迅为iTOP-4418/6818开发板-驱动-IO初始化配置介绍和例程

对于所有的处理器，pad 一般可以分为两大类：IO（输入输出）、Power（VDD 和
GDD）。
类似摄像头 IO、以太网 IO、PWM 的 IO 等等，都可以统称为 IO。一个 IO，有可能能够
被配置为多种功能。
GPIO 是 IO 的一种，GPIO 就是普通输入输出的意思，当需要实现高低电平输入输出、中
断功能的时候，都需要将其设置为 GPIO 模式。
本文档以 GPIO 为例，介绍如何配置 iTOP-4418 和 iTOP-6818 的 IO。iTOP-4418 和
iTOP-6818 的完全兼容，适用于 Android、Ubuntu 和 QtE 等各种文件系统。
1 IO 和 GPIO 部分 datasheet 阅读指导
本小节带大家阅读 datasheet 的相关内容，如果要分析 GPIO 的 datasheet，6818 的
datasheet 主要理解 datasheet 的 2.4 小节和 16.5 小节；4418 的 datasheet 主要理解 2.3.2
小节，15.4 小节。
通过 2.3.2 或者 2.4 小节了解 IO 复用也就是 alternate function 功能，通过 15.4 或者
16.5 了解 GPIO 各种寄存器。当然，这些寄存器不需要我们一个一个配置，在接下来的一节
中所有寄存器都有对应的内核代码以及对一个的宏，可以通过配置内核代码中的宏来实现 IO
的初始化。
本文档以 4418 为例来分析，6818 的分析类似。
1.1 IO 的 alternate function 功能
datasheet 的 2.3.2 小节，如下图所示，。
表格中的 Ball 对应个每一个 pad(类似 BGA 封装的芯片，有些会用 Ball 来表示 pad)，
pad 是编号是唯一；
Name 表示每一个 pad 对应的名字，这个名字是唯一的；

Type 表示 IO 的类型，S 表示是信号管脚，P 表示电源管脚，G 表示接地管脚；
alternate function[0-4]，表示这个 pad 可以被设置的功能，下表中的每个管脚似乎都是
只能设置为一种功能。

如下图所示，红色框中的是 GPIOB18（这个管脚是后面我们要分析 IO），可以看到这个
IO 可以被设置为三种功能，如果我们要将其配置为 GPIO，那么这个管脚要在这里要被设置为
alternate function3。

1.2 GPIO 的寄存器分析
datasheet 上的 15.4 小节目录，如下图所示。
似乎 4418 和 6818 的 GPIO 设计的比较整齐划一，每一个 bank 都是 32 个 GPIO，所以
datasheet 上的介绍很笼统，不过并不影响 datasheet 的使用。

现在我们来分析，每一类寄存器的作用。
GPIOxOUT：在 GPIO 被设置为输出模式的时候，寄存器被设置为 1，则输出高电平，设
置为 0，则输出低电平；
GPIOxOUTEND：输入和输出模式的使能，输出和输入要二选一；
GPIOxDETMODE[0:1]：设置 GPIO 的中断模式，3 个比特设置一个 IO，其中两个 bit 在
这两个寄存器中，剩余的 1 个 bit 位在 GPIOxDETMODEEX 寄存器中；
GPIOxINTENB：中断使能寄存器；
GPIOxDET：中断触发之后，可用于清除中断；
GPIOxPAD：在 GPIO 被设置为输入模式的时候，读取这个寄存器就是对应 GPIO 输入的
电平值；
GPIOxALTFN[0:1]：用于设置 IO 的 alternate function，前面介绍的 IO 管脚多功能配
置，这个是对应的寄存器；
GPIOxDETMODEEX：用于中断模式，结合 GPIOxDETMODE[0:1]寄存器来设置中断 IO
输入模式，是高电平触发、低电平触发等等；

GPIOxDETENB：在输入模式下，寄存器用于设置使能；
GPIOx_SLEW:设置 GPIO 检测速度，也就是 GPIO 翻转速度；
GPIOx_SLEW_DISABLE_DEFAULT:用于配置 GPIO 的翻转速度是否使用默认的设置；
GPIOx_DRV0 和 GPIOx_DRV1：设置 GPIO 的驱动能力；
GPIOx_DRV0_DISABLE_DEFAULT 和 GPIOx_DRV1_DISABLE_DEFAULT：用于配置
GPIO 的驱动能力是否使用默认的设置；
GPIOx_PULLSEL_DISABLE_DEFAULT：用于设置 GPIO 输出能力使用默认配置还是使用
GPIOx_PULLSEL 寄存器配置的值；
GPIOx_PULLSEL：用于设置 GPIO 内部上拉和下拉；
GPIOx_PULLSELENB：GPIO 内部上来和下拉的使能；
GPIOx_PULLSELENB_DISABLE_DEFAULT：GPIO 内部上拉和下拉的使能的配置寄存
器。
2 内核 IO 初始化配置分析
本小节介绍 IO 初始化宏定义和配置文件，并和 datasheet 结合来理解。
2.1 初始化文件分析
内核代码最好 Windows 上的 source insight 和 Ubuntu 上的 vim 工具结合起来阅读。
4418 的内核 IO 配置文件是“arch/arm/plat-s5p4418/topeet/include/cfg_gpio.h”；
6818 的内核 IO 配置文件是“arch/arm/plat-s5p6818/topeet/include/cfg_gpio.h”。
所有的 IO 都是在这个文件下配置基本功能的。
这里以 GPIOB18 为例，在内核 IO 文件 cfg_gpio.h 中搜索“GPIOB18”，如下图所示。

这部分 source insight 下查看，如下图所示。作者的 source insight 中的代码比较旧，
和上面一张截图有一点区别，不过并不影响使用。

如上图所示，4412 的 BSP 文件 cfg_gpio.h 中，PAD_GPIOB18 使用了 5 个宏通过或运
算来实现初始化配置。
我们先来分析这 5 个宏分别对应什么参数，在 cfg_gpio.h 文件靠前位置，可以看到如
下。

如上图所示，这 5 个宏对应配置如下：
第一个：PAD_MOD_XXX，用于设置 GPIO 被配置为对应模式；
第二个：PAD_FUNC_ALT[0:3]，用于设置 GPIO 被配置为对应模式，PAD_FUNC_ALT
可以和 PAD_MOD_XXX 结合起来使用；
第三个：PAD_LEVEL_XXX,用于 GPIO 电平输出或者输出，对应输出高电平或者低电平或
者中断模式下的中断模式设置；
第四个：PAD_PULL_XX，用于输入模式的内部上拉或者下拉。例如 GPIO 被设置为输入
模式，这里设置为上拉模式，那么 GPIO 在悬空状态下检测到的就是高电平；
第五个：PAD_STRENGTH_0,1,2,3，用于设置 GPIO 输出能力设置。
这里对应前一小节中，GPIO 寄存器，不过在软件上纯粹的设置，就比较容易了。
另外在 linux 内核驱动中，还提供了一部分函数接口，例如：设置输入模式和输出模式、
读取输入值，设置输出值，设置中断口，设置独立中断 IO 的中断模式等等。

作者在 4418 和 6818 的 GPIO 函数接口中，没有找到输入模式下的上拉和下拉函数，后
面我们就在这个文件中设置一下，然后让 GPIO 悬空，通过读取输入值就可以判断设置是否生
效。如果 pull up 模式下，GPIO 悬空状态读取的值应该 1；pull down 模式下，GPIO 悬空状
态读取的值就是 0。
2.2 常用 GPIO 宏介绍
第一个宏介绍：
通过 source insight 可以找到宏定义，定义的位置。例如“PAD_MODE_ALT”，如下图
所示。

如上图可知，如果设置为 PAD_MODE_ALT，那么要结合第二个宏来设置管脚功能，不过
这样似乎还要结合 datasheet 来对照。
作者发现 4418 和 6818 所有的 GPIOXXX 都可以作为 OUT、IN 和 INT 这三种模式，可
以直接将其设置为输出模式，不用管第二个宏定义，如果要严谨一点应该也没问题，用户可以
自己测试。
PAD_MODE_ALT：IO 的功能设置，结合第二个宏来使用
PAD_MODE_IN：直接设置为输入模式；
PAD_MODE_OUT：直接设置为输出模式；
PAD_MODE_INT：至二级设置为中断模式。
第二个宏介绍：
如下图所示，可以有以下选择。

这个宏要结合 datasheet 来使用，不是很建议在 GPIO 设置中使用，如下图所示，例如
要设置 GPIOB18 功能，那么第一个宏要设置为 PAD_MODE_ALT，第二个宏设置为
PAD_FUNC_ALT2，然后在驱动中设置是输入、输出还是中断模式。当然如果要简单，可以直
接将第一个宏设置为 PAD_MODE_IN，这样就是输入模式了。

PAD_FUNC_ALT[0:3]，表示将 IO 设置为 datasheet 上对应的功能。
第三个宏介绍：
如下图所示，可以有以下选择。

上图中的介绍，主要是中断部分，表示中断触发模式，分别对应高电平触发、低电平触
发，下降沿触发等等，这不可以参考独立中断的例程。
不过这部分在驱动中通过内核函数接口都是可以设置的，初始化的状态可以修改。
第四个宏介绍：

如下图所示，可以有以下选择。

这个比较好理解，在输入模式下有上拉和下拉，悬空状态下可以通过读取 GPIO 的值来实
现。
第五个宏介绍：
如下图所示，可以有以下选择。

这里用于设置 GPIO 驱动能力，0-3 和第二个宏的 0-3 对应。
至此，GPIO 部分所有配置的宏都分析完毕，另外还有其它宏定义，用于设置特殊的功
能，这部分用户可以自行去理解，分析方法和思路都是一样的。
2.3 GPIOB18 的配置
这里回到 GPIOB18 这个管脚，我们在初始状态中，可以将其设置为输入模式或者 GPIO
模式，这样在内核中，我们可以有以下两种配置，如下图所示。
#define PAD_GPIOB18 (PAD_MODE_IN | PAD_FUNC_ALT0 | PAD_LEVEL_HIGH | PAD_PULL_DN |
PAD_STRENGTH_0)
或者
#define PAD_GPIOB18 (PAD_MODE_ALT | PAD_FUNC_ALT2 | PAD_LEVEL_HIGH | PAD_PULL_DN
| PAD_STRENGTH_0)
如上配置代码，PAD_PULL_DN 这第四个宏可以将其设置为下拉模式，这样在管脚悬空
状态下，就可以读取的管脚值为 0；

如果将其替换为 PAD_PULL_UP，则将其设置为上拉模式，在管脚悬空状态下，读取的管
脚值为 1；
3 GPIO 例程-pull up 和 pull down 测试
这里的例程在独立文档“iTOP-4418 和 6818-驱动-GPIO 输入输出和例程_V1.0”基础上
做，所以不做重复分析，直接用这个例程即可。
如下图所示，在内核“arch/arm/plat-s5p4418/topeet/include/cfg_gpio.h”文件下,
默认是设置为输出模式（输入输出模式是可以在内核中修改的，这里也可以不用修改第一个
宏，直接设置为 PAD_MODE_OUT 也是一样的）。默认状态下是 PAD_PULL_UP，那么悬空
状态下读取出的值是 1（在独立文档“iTOP-4418 和 6818-驱动-GPIO 输入输出和例程
_V1.0”测试中将 GPIOB18 悬空，读到的值是 1，就是因为这里设置为 PAD_PULL_UP）。

如果将上图中的 PAD_PULL_UP 修改为 PAD_PULL_DN，其它参数不用修改，则可以实
现，在 GPIOB18 悬空状态，读到的值是 0。
具体操作和驱动代码请参考“iTOP-4418 和 6818-驱动-GPIO 输入输出和例程_V1.0”文
档。
至此，GPIO 寄存器配置和初始化配置分析完毕。

开发板：