GPIO

一、什么是GPIO？

 

GPIO，英文全称为General-Purpose IO ports，也就是通用IO口。嵌入式系统中常常有数量众多，但是结构却比较简单的外部设备/电路，对这些设备/电路有的需要CPU为之提供控制手段，有的则需要被CPU用作输入信号。而且，许多这样的设备/电路只要求一位，即只要有开/关两种状态就够了，比如灯亮与灭。对这些设备/电路的控制，使用传统的串行口或并行口都不合适。所以在微控制器芯片上一般都会提供一个“通用可编程IO接口”，即GPIO。

 

接口至少有两个寄存器，即“通用IO控制寄存器”与“通用IO数据寄存器”。数据寄存器的各位都直接引到芯片外部，而对这种寄存器中每一位的作用，即每一位的信号流通方向，则可以通过控制寄存器中对应位独立的加以设置。这样，有无GPIO接口也就成为微控制器区别于微处理器的一个特征。

 

    在实际的MCU中，GPIO是有多种形式的。比如，有的数据寄存器可以按照位寻址，有些却不能按照位寻址，这在编程时就要区分了。比如传统的8051系列，就区分成可位寻址和不可位寻址两种寄存器。另外，为了使用的方便，很多mcu把glue logic等集成到芯片内部，增强了系统的稳定性能，比如GPIO接口除去两个标准寄存器必须具备外，还提供上拉寄存器，可以设置IO的输出模式是高阻，还是带上拉的电平输出，或者不带上拉的电平输出。这在电路设计中，外围电路就可以简化不少。

  

另外需要注意的是，对于不同的计算机体系结构，设备可能是端口映射，也可能是内存映射的。如果系统结构支持独立的IO地址空间，并且是端口映射，就必须使用汇编语言完成实际对设备的控制，因为C语言并没有提供真正的“端口”的概念。如果是内存映射，那就方便的多了。

举个例子，比如像寄存器A（地址假定为0x48000000）写入数据0x01，那么就可以这样设置了。

 #define A (*(volatile unsigned long *)0x48000000)
...
    A = 0x01;
...

    这实际上就是内存映射机制的方便性了。其中volatile关键字是嵌入式系统开发的一个重要特点。上述表达式拆开来分析，首先(volatile unsigned long *)0x48000000的意思是把0x48000000强制转换成volatile unsigned long类型的指针，暂记为p，那么就是#define A *p，即A为P指针指向位置的内容了。这里就是通过内存寻址访问到寄存器A，可以读/写操作。

  

二、S3C2410的GPIO的特点

   s3c2410的GPIO有117pin，下面应该到9 IO ports看看详细部分了。

The S3C2410X has 117 multi-functional input/output port pins. The ports are:
— Port A (GPA): 23-output port
— Port B (GPB): 11-input/output port
— Port C (GPC): 16-input/output port
— Port D (GPD): 16-input/output port
— Port E (GPE): 16-input/output port
— Port F (GPF): 8-input/output port
— Port G (GPG): 16-input/output port
— Port H (GPH): 11-input/output port 

    这么多的IO口，其实很多是复合功能的，既可以作为普通的IO口使用，也可以作为特殊外设接口。在程序设计时，要对整体的资源有所规划，初始化时就应该把所有资源安排合理。这样才会避免出现问题。 

    现在的8个端口，其寄存器是相似的。除了两个通用寄存器GPxCON、GPxDAT外，还提供了GPxUP用于确定是否使用内部上拉电阻（其中x为A-H，需要注意的是没有GPAUP）。应用的主要步骤就是： 

    ·设置GPIO控制寄存器GPxCON

    ·设置GPIO上拉寄存器GPxUP

初始化完成后，就可以通过对GPxDAT的操作来实现相应的应用了。其中，PORT A与PORT B-H在功能选择方面有所不同，GPACON的每一位对应一根引脚（共23pin有效）。当某位设为0，相应引脚为输出引脚，此时往GPADAT中写0/1，可以让引脚输出低电平/高电平；当某位设为1，则相应引脚为地址线，或者用于地址控制，此时GPADAT没有用了。

一般而言，GPACON通常全设为1，以便访问外部存储器件。PORT B-H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保留。GPxDAT用于读/写引脚：当引脚设为输入时，读此寄存器可知相应引脚状态是高/低；当引脚设为输出时，写此寄存器相应位可以使相应引脚输出低电平或高电平。GPxUP：某位设为0，相应引脚无内部上拉；为1，相应引脚使用内部上拉。关于特殊功能，那就得结合特殊外设来进行设置了。

 

三 基本实验

实验1：8段数码管显示，共四位

 

我的开发板上没有多余的GPIO插头，只好利用液晶的显示的插口了，对应的引脚：

VD[0：7] 对应 GPC[8：15]     VD[8：23] 对应 GPD[0：15]

   四个共阴极的数码管，选择信号对应GPC[8：11]

   8段显示数据对应GPD[0：7]

这样一来就可以利用这四个数码管显示数字了

（1）软件架构仿照了vivi，或者Linux Kernel。其实写这么小的程序用不到这么麻烦，但是可以训练这种架构，为写中型大型程序打好基础。

    （2）注意C语言下实现寄存器读写的(*(volatile unsigned long *)(addr))。其实就是要掌握volatile和指针的用法。

    （3）写c时，要注意头文件如何处理。写Makefile时，要注意是否采用隐含规则，如果不采用，就要自己定义明确规则，就像vivi里面的Rules.make。在这里，因为只是涉及到.s的编译不采用隐含规则，所以没有把Rules.make单独拿出，事实上可以单独写为Rules.make，然后在Makefile后加入include Rules.make就可以了。

    （4）要调用C子程序，必须分配堆栈空间。因为子程序调用时，要进行入栈出栈处理。又因为从nand flash启动，而nand flash在S3C2410下的特点规定堆栈不能超过4K。