JZ2440 裸机驱动 第5章 GPIO接口
本章目标：
掌握嵌入式开发的步骤：编程、编译、烧写程序、运行
通过GPIO的操作了解软件如何控制硬件
5.1 GPIO硬件介绍
S3C2440A有130个多功能输入/输出口引脚，分为A~J共9组：GPA、GPB、...、GPH、GPJ。
5.1.1 管脚相关的寄存器
对于这几组GPIO引脚，它们的寄存器是相似的：
① GPxCON：用于选择管脚功能；
x为A、B、...、H、J
PORTA与PORTB~PORTJ在功能选择上有所不同，GPACON中每一位对应一根引脚(共23根引脚)。
当某位被设为0时，对应的引脚为输出引脚；
当某位被设为1时，对应的引脚为地址线或用于地址控制，此时GPADAT无用。
一般而言，GAPCON通常被设为全1，以方便访问外部存储器件。本章不使用PORTA。
PORTB~PORTJ在寄存器操作方面完全相同。GPxCON中每两位控制一根引脚。
00：表示输入、01：表示输出、10：表示特殊功能、11：表示保留不用。
② GPxDATA：用于读写管脚数据；
x为A、B、...、H、J
当引脚被设为输入时，读此寄存器可知对应引脚的电平状态是高还是低；
当引脚被设为输出时，写此寄存器对应位，可令此引脚输出高电平或低电平。
③ GPxUP ：用于确定是否使用内部上拉电阻。
x为B、...、H、J，没有GPAUP寄存器。
某位为1时，相应引脚无内部上拉电阻；某位为0时，相应引脚使用内部上拉电阻
5.1.2 怎么使用软件来访问硬件
1.访问单个引脚
操作种类：输出高/低电平、检测引脚状态、中断。
如下图所示，JZ2440原理图中LED和按键的连接。
可以设置GPFCON寄存器将GPF4、GPF5、GPF6设为输出功能，然后写GPFDAT寄存器的
相应位使得这3个引脚输出高电平或低电平。
还可以设置GPFCON寄存器将GPF0、GPF2、GPG3、GPG11设置为输入功能，然后通过读
出GPFDAT/GPGDAT寄存器并判断相应位电平状态来确定各个按键是否按下。
访问寄存器的方法：通过软件，读写它们的地址。
比如，S3C2440的GPBCON、GPBDAT寄存器地址是0x5600 0010、0x56000014，可以通
过如下指令让GPF4输出低电平，点亮LED(D10)。
配置GPF4模式5.2 GPIO操作实例：LED和按键
5.2.1 硬件设计
如上图所示。
5.2.2 程序设计及代码详解
本小节有3个实例，通过读写GPIO寄存器来驱动LED、获取按键状态。先使用汇编程序编写
一个简单的点亮LED的程序，然后使用C语言实现了更复杂的功能。
1.实例1：使用汇编代码点亮1个LED
源程序为/work/hardware/led_on/led_on.S。它只有7条指令，简单地点亮LED。
1 #define GPFCON (*(volatile unsigned long *) 0x56000050) 2 #define GPFDAT (*(volatile unsigned long *) 0x56000054) 3 #define GPF4_out (1 << 4*2) 4 GPFCON = GPF4_out; //GPF4引脚设为输出 5 GPFDAT &= ~(1 << 4); //GPF4输出低电平
实例分为4个步骤：编译源程序、生成可执行程序、烧写程序、运行程序。
先看看源程序：led_on.S:
1 .text 2 .global _start 3 _start: 4 LDR R0,=0x56000050 @R0设为GPFCON寄存器 5 MOV R1, #0x00000100 @0b 01 0000 0000 6 STR R1,[R0] @设置GPF4为输出口，位[9:8] = 01 7 LDR R0,=0x56000054 @R0设置GPFDAT寄存器 8 MOV R1, #0x0000000 @此值改为0x00000010(0001 0000)可以让LED全熄灭 9 STR R1,[R0] @GPF4输出0，点亮LED 10 MAIN_LOOP: 11 B MAIN_LOOP
Makefile内容如下：
1 led_on.bin:led_on.S @make指令比较led_on.bin和led_on.S的时间，决定是否执行下面的命令 2 arm-linux-gcc -g -c -o led_on.o led_on.S @编译 3 arm-linux-ld -Ttext 0x0000 -g led_on.o -o led_on_elf @链接 4 arm-linux-objcopy -O binary -S led_on_elf led_on.bin @把ELF格式的可执行文件led_on_elf转换成二进制格式文件led_on.bin 5 clean: 6 rm -f led_on.bin led_on_elf *.o
注意：Makefile文件中相应的命令行前一定要有一个制表符
2.实例2：使用C语言代码点亮1个LED
源程序为/work/hardware/led_on_c目录下。
C语言执行的第一条指令并不在main函数中。生成一个C程序的可执行文件时，编译器通常会在我们
的代码中加上几个被称为启动文件的代码——crtl.o、crti.o、crtend.o、crtn.o等，它们是标准库文件。
这些代码设置C程序的堆栈等，然后调用main函数。它们依赖于操作系统，在裸板上这些代码无法执行，
需要自己写一个。
这段代码很简单，只有6条指令。自己编写的crt0.S文件内容如下：
1 @************************************ 2 @File:crt0.S 3 @功能：通过它转入C程序 4 @************************************ 5 .text 6 .global _start 7 _start: 8 ldr r0, =0x56000010 @WATCHDOG寄存器地址 9 mov r1, #0x0 10 str r1, [r0] @写入0,禁止WATCHDOG 11 12 ldr sp, =1024*4 @设置堆栈，注意不能大于4k，因为现在可用内存只有4kB 13 @NAND Flash中的代码在复位后会移到内部ram（只有4kB） 14 bl main 15 halt_loop: 16 b halt_loop
上面设置堆栈指针后，就可以调用C函数main了。C函数执行前，必须设置栈。
现在可以很容易写出控制LED的程序了。main函数在led_on_c.c文件中，代码如下：
1 #define GPFCON (*(volatile unsigned long *) 0x56000050) 2 #define GPFDAT (*(volatile unsigned long *) 0x56000054) 3 #define GPF4_out (1 << 4*2) 4 5 int main() 6 { 7 GPFCON = GPF4_out; //GPF4引脚设为输出 8 GPFDAT &= ~(1 << 4); //GPF4输出低电平 9 10 return 0; 11 }
最后来看看Makefile：
1 led_on_c.bin:crt0.S led_on_c.c 2 arm-linux-gcc -g -c -o crt0.o crt0.S 3 arm-linux-gcc -g -c -o led_on_c.o led_on_c.c 4 arm-linux-ld -Ttext 0x0000000 -g crt0.o led_on_c.o -o led_on_c_elf 5 arm-linux-objcopy -O binary -S led_on_c_elf led_on_c.bin 6 arm-linux-objdump -D -m arm led_on_c_elf > led_on_c.dis 7 clean: 8 rm -f led_on_c.dis led_on_c.bin led_on_c_elf *.o
操作步骤如下：
(1)进入led_on_c目录后，执行如下命令可生成可执行文件led_on_c.bin;
$make
(2)使用dnw把led_on_c.bin写入NAND Flash；
(3)把开发板拨为NAND启动，给开发板上电，可看见LED被点亮。
2.实例3：使用按键来控制LED
目录/work/hardware/key_led中的程序功能为：当K1~K3中某个按键被按下时，点亮D10~D12
(v2版电路板只有3个灯)中相应的LED。
key_led.c代码如下：
1 #define GPFCON (*(volatile unsigned long *)0x56000050) 2 #define GPFDAT (*(volatile unsigned long *)0x56000054) 3 4 #define GPGCON (*(volatile unsigned long *)0x56000060) 5 #define GPGDAT (*(volatile unsigned long *)0x56000064) 6 7 /* 8 * LED1,LED2,LED4对应GPF4、GPF5、GPF6 9 */ 10 #define GPF4_out (1<<(4*2)) 11 #define GPF5_out (1<<(5*2)) 12 #define GPF6_out (1<<(6*2)) 13 14 #define GPF4_msk (3<<(4*2)) 15 #define GPF5_msk (3<<(5*2)) 16 #define GPF6_msk (3<<(6*2)) 17 18 /* 19 * S2,S3,S4对应GPF0、GPF2、GPG3 20 */ 21 #define GPF0_in (0<<(0*2)) 22 #define GPF2_in (0<<(2*2)) 23 #define GPG3_in (0<<(3*2)) 24 25 #define GPF0_msk (3<<(0*2)) 26 #define GPF2_msk (3<<(2*2)) 27 #define GPG3_msk (3<<(3*2)) 28 29 int main() 30 { 31 unsigned long dwDat; 32 // LED1,LED2,LED4对应的3根引脚设为输出 33 GPFCON &= ~(GPF4_msk | GPF5_msk | GPF6_msk); 34 GPFCON |= GPF4_out | GPF5_out | GPF6_out; 35 36 // S2,S3对应的2根引脚设为输入 37 GPFCON &= ~(GPF0_msk | GPF2_msk); 38 GPFCON |= GPF0_in | GPF2_in; 39 40 // S4对应的引脚设为输入 41 GPGCON &= ~GPG3_msk; 42 GPGCON |= GPG3_in; 43 44 while(1){ 45 //若Kn为0(表示按下)，则令LEDn为0(表示点亮) 46 dwDat = GPFDAT; // 读取GPF管脚电平状态 47 48 if (dwDat & (1<<0)) // S2没有按下 49 GPFDAT |= (1<<4); // LED1熄灭 50 else 51 GPFDAT &= ~(1<<4); // LED1点亮 52 53 if (dwDat & (1<<2)) // S3没有按下 54 GPFDAT |= (1<<5); // LED2熄灭 55 else 56 GPFDAT &= ~(1<<5); // LED2点亮 57 58 dwDat = GPGDAT; // 读取GPG管脚电平状态 59 60 if (dwDat & (1<<3)) // S4没有按下 61 GPFDAT |= (1<<6); // LED3熄灭 62 else 63 GPFDAT &= ~(1<<6); // LED3点亮 64 } 65 66 return 0; 67 }
操作步骤如下：
(1)进入key_led目录后，执行make命令，即可生成可执行文件key_led.bin;
(2)使用dnw把key_led.bin写入NAND Flash；
(3)把开发板拨为NAND启动，给开发板上电，可看见LED被点亮。
5.2.3 实例测试
在烧写程序是要烧到NAND Flash中去的原因：2440中有被称为“Steppingstone”的
4KB内部RAM，当选择从NAND Flash启动CPU时，CPU会通过内部的硬件将NAND
Flash开始的4KB字节数据复制到这4KB的内部RAM中(此时，内部RAM的起始地址为0)，
然后跳到地址0开始执行。
NOR Flash虽然可以像内存一样进行读操作，但不能像内存一样进行写操作，所以从
NOR Flash启动时，一般先在代码的开始部分使用汇编指令初始化外接的内存器件(外存)，
然后将代码复制到外存中，最后跳到外存中继续执行。
对于小程序，一般将它烧入NAND Flash中，借助CPU内部RAM直接运行。
附：代码：
链接: https://pan.baidu.com/s/1kV24a9L 密码: tfab
