GPIO和LED
1.1、LED物理特性介绍
LED本身有2个接线点,一个是LED的正极,一个是LED的负极。LED这个硬件的功能就是点亮或者不亮,物理上想要点亮一颗LED只需要给他的正负极上加正电压即可,要熄灭一颗LED只需要去掉电压即可。
1.2、查阅原理图了解板载LED硬件接法
查阅原理图,发现开发板上一共有5颗LED。其中一颗D26的接法是:正极接5V,负极接地。因此这颗LED只要上电就会常亮。因此我们分析这颗LED是电源指示灯。
剩下4颗LED的接法是:正极接3.3V,负极接了SoC上的一个引脚(GPIO),具体详细接法是:
D22:GPJ0_3
D23:GPJ0_4
D24:GPJ0_5
D25:PWMTOUT1(GPD0_1)
1.3、分析如何点亮及熄灭LED(GPIO)
分析:LED点亮的要求是:正极和负极之间有正向电压差。
思考:在开发板上如何为LED制造这个电压差让它点亮呢?
解答:因为正极已经定了(3.3V),而负极接在了SoC的引脚上,可以通过SoC中编程来控制负极的电压值,因此我们可以通过程序控制负极输出低电平(0V),这样在正负极上就有了压差,LED即可点亮。
2.0、一步步点亮LED2_数据手册查阅及相关寄存器浏览
2.1、GPIO概念的引入
GPIO:general purpose input output 通用输入输出
GPIO就是芯片的引脚(芯片上的引脚有些不是GPIO,只有一部分是),作为GPIO的这类引脚,他的功能和特点是可以被编程控制它的工作模式,也可以编程控制他的电压高低等。
通过之前的分析我们知道,我们设计电路时就把LED接在了一个GPIO上,这样我们就可以通过编程控制GPIO的模式和输入输出值来操控LED亮还是灭;如果你当时设计电路时把LED接在非GPIO上那就不可能了。
2.2、阅读数据手册中有关部分
当我们想要通过编程操控GPIO来操作LED时,我们首先需要通读一下S5PV210的数据手册中有关于GPIO的部分,这部分在数据手册的Section2.2中。
2.3、GPIO相关的寄存器介绍
回忆下之前说过的,软件操作硬件的接口是:寄存器。
我们当前要操作的硬件是LED,但是LED实际是通过GPIO来间接控制的,所以当前我们实际要操作的设备其实是SoC的GPIO。要操作这些GPIO,必须通过设置他们的寄存器。
查阅数据手册可知,GPJ0相关的寄存器有以下:
GPJ0CON, (GPJ0 control)GPJ0控制寄存器,用来配置各引脚的工作模式
GPJ0DAT, (GPJ0 data)当引脚配置为input/output模式时,寄存器的相应位和引脚的电平高低相对应。
GPJ0PUD, (pull up down)控制引脚内部弱上拉、下拉
GPJ0DRV, (driver)配置GPIO引脚的驱动能力
GPJ0CONPDN,(记得是低功耗模式下的控制寄存器)
GPJ0PUDPDN (记得是低功耗模式下的上下拉寄存器)
注:在驱动LED点亮时,应该将GPIO配置为output模式。
实际上真正操控LED的硬件,主要的有:GPJ0CON, GPJ0DAT 这么2个。
如何点亮LED,编程的步骤是:
1、操控GPJ0CON寄存器中,选中output模式
2、操控GPJ0DAT寄存器,相应的位设置为0
3.0、一步步点亮LED3_从零开始手写汇编点亮LED
3.1、GPxCON、GPxDAT寄存器分析
GPJ0端口一共有8个引脚,分别记住:GPJ0_0 ~ GPJ0_7,相关重要寄存器就是GPJ0CON和GPJ0DAT
GPJ0CON寄存器中设置8个引脚的工作模式(32/8=4,每个引脚可以分到4位,譬如GPJ0_0对应的bit位为bit0bit3,GPJ0_3对应的位为bit12bit15。工作方法是:给相应的寄存器位写入相应的值,该引脚硬件就会按照相应的模式去工作。譬如给bit12~bit15写入0b0001,GPJ0_3引脚就成为输出模式了)
3.2、从零开始写代码操作寄存器
需要哪些先决条件才能写呢?
1. 硬件接法和引脚:GPJ0_3 GPJ0_4 GPJ0_5 低电平亮/高电平灭
2. GPJ0CON(0xE0200240)寄存器和GPJ0DAT(0xE0200244)寄存器
3. 工程管理:Makefile等
根据以上分析,我们就知道代码的写法了,代码所要完成的动作就是:
把相应的配置数据写入相应的寄存器即可。
3.3、编译、下载、运行看结果
编译时用我们的工程管理,直接make编译得到led.bin和210.bin
下载运行可以用usb启动dnw下载;也可以用sd卡烧录下载,根据自己的情况用
一般都用usb下载,因为方便。如果电脑主板插上dnw会死机没法解决,那只有sd卡下载启动了。
注意:开发板上按下电源键之后4颗LED默认都是半亮的,当我们下载程序后其中3颗变的很亮,这说明我们的程序已经运行了。
3.4、总结和回顾(软件控制硬件思想、寄存器意义、原理图数据手册的作用)
软件到底是怎么控制硬件的?为什么程序一运行硬件就能跟着动?
软件编程控制硬件的接口就是:寄存器
4.0、一步步点亮LED4_使用位运算实现复杂点亮要求
上节回顾:代码写的更漂亮一些
1. 用宏定义来定义寄存器名字,再来操作。
2. 用 b . 来实现死循环
3. 用.global把_start链接属性改为外部,消除链接时的警告
4.1、问题提出:如何只点亮中间1颗(两边是熄灭的)LED
分析:程序其实就是写了GPJ0CON和GPJ0DAT这2个寄存器而已,功能更改也要从这里下手。
GPJ0CON寄存器不需要修改,GPJ0DAT中设置相应的输出值即可。
4.2、直接解法(不使用位运算)和它的弊端
GPJ0DAT = 0x28
代码见<3.led_s>
总结:1. 这样写可以完成任务。
2. 这样写有缺陷。缺陷就是需要人为的去计算这个特定的设置值,而且看代码的也不容易看懂。
解决方案:在写代码时用位运算去让编译器帮我们计算这个特定值。
4.3、常用位运算:与、或、非、移位
位与(&) 位或(|) 位非(取反 ~) 移位(左移<< 右移>>)
4.4、使用位运算实现功能
1<<3 等于 0b1000
1<<5 等于 0b100000
(1<<3)|(1<<5) 等于 0b101000
5.0一步步点亮LED5_汇编编写延时函数并实现LED闪烁效果
5.1、闪烁效果原理分析
闪烁 = 亮 + 延时 + 灭 + 延时 + 亮 + 延时 ······
5.2、延时函数原理
在汇编中实现延时的方法:用一些没有目的的代码来执行消耗时间,达到延时的效果。
5.3、汇编编写延时函数
汇编编写延时函数的原理,用一个寄存器存放一个数字,然后在循环中每个循环里给数字减1,然后再判断这个数字的值是否为0.如果为0则停止循环,如果不为0则继续循环。
5.4、汇编编写及调用函数的方式
汇编中整个汇编的主程序是一个死循环,这个死循环是我们汇编程序的主体,类似于C中的main函数。其他函数必须写在这个主死循环程序的后面(死循环外),不然会出错。
汇编编写delay延时函数时,要注意函数的初始化和函数体的位置,不能把初始化写在了循环体内。
汇编中调用函数用bl指令,子函数中最后用mov pc, lr来返回。
6.0一步步点亮LED6_再难一点的流水灯效果
6.1、流水灯原理分析
流水灯又叫跑马灯,实现的效果就是:挨着的LED一次点亮熄灭(同时只有1颗LED亮的)
6.2、流水灯编写(使用循环)
LED1亮延时 + LED2亮延时 + LED3亮延时 + 循环
6.3、复杂点的实现
用位取反操作符来轻松愉快的实现单颗LED点亮流水效果
6.4、总结:一步步写,根本不难
从一步一步点亮LED1开始到6,写了8个示例代码,一步步的实现了更复杂的效果,其间夹杂使用了位运算来给LED赋值,以实现想要的点亮效果。如果按部就班实际上非常简单。
编程操控一个硬件的步骤:1 分析硬件工作原理 2 分析原理图 3 分析数据手册 4 找到相关的SFR 5 写代码设置寄存器得到想要的效果