ARM软件访问硬件的核心理论(1) -- CPU访问外设方法Andrew Huang 在嵌入式编程里，特别是32bit CPU里，各种各样五花八门的动作是CPU通过对外设的驱动来完成的.因为底层编程大部分工作就是外设编程。 CPU本身几乎每一种外设都是通过读写设备上的寄存器来进行操作的。外设寄存器也称为“I/O端口”，通常包括：控制寄存器、状态寄存器和数据寄存器三大类，而且一个外设的寄存器通常被连续地编址。注意，这里的外设是相对于CPU来讲的，比如S3C2440除了ARM920T的内核以外，还在同一块CPU里集成很多模块，这一些模块也称为外设。 CPU对外设IO端口物理地址的编址方式 有两种：一种是I/O映射方式（I/O－mapped）称为端口映射，另一种是存储空间映射方式（Memory－mapped），称为内存映射。而具体采用哪一种则取决于CPU的体系结构。 内存映射 有些体系结构的CPU（如，PowerPC、m68k等）通常只实现一个物理地址空间（RAM）。在这种情况下，外设 I/O端口的物理地址就被映射到CPU的单一物理地址空间中，而成为存储空间的一部分。此时，CPU可以象访问一个内存单元那样访问外设I/O端口，而不需要 设立专门的外设I/O指令。这就是所谓的“存储空间映射方式”（Memory－mapped）。ARM体系的CPU均采用这一模式. 简而言之，就是内存（一般是SDRAM）与外设寄存器统一编址。 端口映射 而另外一些体系结构的CPU（典型地如X86）则为外设专门实现了一个单独地地址空间，称为“I/O地址空间”或者“I/O端口空间”。这是一个 与CPU地RAM物理地址空间不同的地址空间，所有外设的I/O端口均在这一空间中进行编址。CPU通过设立专门的I/O指令（如X86的IN和OUT指 令）来访问这一空间中的地址单元（也即 I/O端口）。这就是所谓的“I/O映射方式”（I/O－mapped）。与RAM物理地址空间相比，I/O地址空间通常都比较小，如x86 CPU的I/O空间就只有64KB（0－0xffff）。这是“I/O映射方式”的一个主要缺点。而且必须要专门的汇编语言才能处理. 内存映射模式下，对寄存器的访问就是某一个地址的操作，因此C语言的指针即可完成此操作。这样编程相当方便。 Linux 最早是在在X86运行,对硬件地址采用端口映射，后来又扩展到ARM之类运行.为了简化操作,Linux在所以CPU上都采用I/O端口概念.如果是象ARM这样内存映射.也被模拟成端口. SOC的外设地址编址 ----------------------------------------------------------------------------------------------- 对于S3C2440/S3C6410这种集成很多外设模块的SOC来说，外设的地址编址分成两种类型。 一种是CPU内部集成的外设，这里物理地址是固定的。这个查CPU的DataSheet即可知道。 另外一种是物理上与CPU分离的IC，如Nor Flash,SDRAM网络控制器，它们通过片选信号来确定自己的物理地址.
还有一类IC的不直接映射到物理空间之上。这一类往往通过相应寄存器来间接控制。不在此讨论之列
内部模块固定地址 比如S3C2440内部模块地址 S3C6410的映射地址 在CPU上都会引出多个片选线。每一个片选线表示对应一个固定的地址范围，在术语上称为(Bank). 以S3C2440为例，参见如下对应关系 在硬件设计上，第一片的SDRAM的片选线接在nGCS36上，参考上表，这片SDRAM的物理地理就是0x30000000. DM9000的网络控制接在nGCS3这个硬件联线上，这样网络处理器的硬件地址起始地址在0x18000000.
以S3C6410为为例，它的第一步选是片选线nGCS3,SDRAM的起始地址是0x5000000之上.
软件如何读写外设 ----------------------------------------------------------------------------------------------- 在内存映射模式下。对于外设的访问实际就是对内存地址的访问.在C语言里，即指针操作。为了增加阅读性，往往采用如下的宏定义.
#define rGPGCON (*(volatile unsigned *)0x56000060) //Port G control
这个宏定义非常之复杂，所以我经常用如下五个问题来问学生或者来面试讲师的人。 1.为什么要用绝对地址,地址怎么来的？ 2. unsigned *表示什么？ •3.为什么要用unsigned? 4.最左边的*表示什么？ 5. volatile表示什么含意？ 6.完成同样一个功能，在不同字节序下，设置的寄存器的数字是不是一样?
第一个问题比较好答.内存映射模式是直接内存访问。编址的来源看上两节
•2. unsigned *表示什么？ – unsigned int 缩写, unsigned *表示取后面四个byte空间的宽度, 同理还有(*(volatile unsigned short *)0x56000060) 表示取后面两个字节空间。
•3.为什么要用unsigned? – 禁止算术移位，采用逻辑移位.因为嵌入式编程大量采用移位操作。如果用带符号，会形成算术移位，即最高位符号不参与移位，这是错误操作。
•4.第一*表示什么？ – 表取指针指向空间.*(unsigned *) 上述表达式相当如下代码的简写， int val; int * p = &val; *p = 0x100000; 5.volatile表示什么含意？ – 其中volatile 是C的保留字,表 禁止编译器对变量访问优化. 即源码中有多少读写操作，编译后生产多少机器操作指令.否则如下代码，将不产生指令 int a; a++ ; a-- ; 但是在硬件编程中，一次操作都可能表示特定含意.如果省略，往往出错。
6.完成同样一个功能，在不同字节序下，设置的寄存器的数字是不是一样? 不一样，小端字节序是与手册相同顺序，即个数位表示第0位。大端字节序正好相反.
基本操作 向寄存器赋值 rGPBCON = 0x1000; 向寄存器取值 unsigned int val = rGPBCON;
位操作-置位操作
把第0位置1 rGPGCON | = 0x1; 把第3位置1 rGPGCON |= 0x8; 把第n位置1 rGPGCON |= (0x1 < 把第12，13位分别置1 rGPGON|= (0x3) << 12; 把第10,15位分别置1 rGPGON | = ( 0x01 << 10 ) | (0x01 << 15) ; 把(0x0 < rGPGON = (0x01 << 2) | (0x0 <<1) | (0x0 <<0); 表示占位，对应位是默认值不变. 位操作-清位操作 把第1位清0
rGPGCON &= ~(0x1);
第3位清洗0
rGPGCON &= ~(0x8);
第n位清0
rGPGCON &= ~(0x1 << n);
第12，13清0
rGPGCON &= ~(0x3 << 12);
第10,15位清0
rGPGCON &= ~((0x1 <<10) | (0x1<<15)); //<--较优
rGPGCON &= ~(0x1 <<10) & ~(0x1<<15);
位操作-取位操作
把第一位取出来
rGBACON & 0x01
把第3位取出来
rGBACON & 0x8
精确知道n位是1，还是0
(rGBACON & (0x1< |
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