[ARM筆記]GPIO硬件介紹

　　GPIO(General Purpose I/O Ports)意思為通用輸入/輸出端口，通俗地說，就是一些引腳，可以通過它們輸出高低電平或者通過它們讀入引腳的狀態(tài)-是高電平或是低電平。

　　S3C2410共有117個I/O端口，共分為A~H共8組：GPA、GPB、...、GPH。S3C2440共有130個I/O端口，分為A~J共9組：GPA、GPB、...、GPJ?？梢酝ㄟ^設置寄存器來確定某個引腳用于輸入、輸出還是其他特殊功能。

　　1.1 通過寄存器來操作GPIO引腳

　　GPxCON用于選擇引腳功能，GPxDAT用于讀/寫引腳數據;另外，GPxUP用于確定是否使用內部上拉電阻。x為B、...、 H/J，沒有GPAUP寄存器。

　　1.1.1 GPxCON寄存器

　　從寄存器的名字可以看出，它用于配置(Configure)-選擇引腳功能。

　　PORTA與PORTB~PORT H/J在功能選擇方面有所不同，GPACON中每一位對應一根引腳(共23根引腳)。當某位被設為0時，相應引腳為輸出引腳，此時我們可以在GPADAT中相應位寫入0或是1讓此引腳為低電平或高電平;當某位被設為1時，相應引腳為地址線或用于地址控制，此時GPADAT無用。一般而言，GPACON通常被設為全1，以便訪問外部存儲器件。

　　PORT B~ PORT H/J在寄存器操作方面完全相同。GPxCON中每兩位控制一根引腳：00表示輸入、01表示輸出、10表示特殊功能、11保留不用。

　　1.1.2 GPxDAT寄存器

　　GPxDAT用于讀/寫引腳;當引腳被設為輸入時，讀此寄存器可知相應引腳的電平狀態(tài)是高還是低;當引腳被設為輸出時，寫此寄存器相應位可以令此引腳輸出高電平或是低電平。

　　1.1.3 GPxUP寄存器

　　GPxUP：某位為1時，相應引腳無內部上拉電阻;為0時，相應引腳使用內部上拉電阻。

　　上拉電阻的作用在于：當GPIO引腳處于第三態(tài)(即不是輸出高電平，也不是輸出低電平，而是呈高阻態(tài)，即相當于沒接芯片)時，它的電平狀態(tài)由上拉電阻、下拉電阻確定。

　　1.2 訪問硬件

　　1.2.1 訪問單個引腳

　　單個引腳的操作無外乎3種：輸出高低電平、檢測引腳狀態(tài)、中斷。對某個引腳的操作一般通過讀、寫寄存器來完成。

　　訪問這些寄存器是通過軟件來讀寫它們的地址。比如：S3C2410和S3C2440的GPBCON、GPBDAT寄存器地址都是0x56000010、0x56000014，可以通過如下的指令讓GPB5輸出低電平。

　　#define GPBCON (*volatile unsigned long *)0x56000010) //long=int 4字節(jié);char 1字節(jié);short 2字節(jié)

　　#define GPBDAT (*volatile unsigned long *)0x56000014)

　　#define GPB5_out (1<<(582))

　　GPBCON = GPB5_out;

　　GPBDAT &= ~(1<<5);

　　1.2.2 以總線方式訪問硬件

　　并非只能通過寄存器才能發(fā)出硬件信號，實際上通過訪問總線的方式控制硬件更為常見。如下圖所示S3C2410/S3C2440與NOR Flash的連線圖，讀寫操作都是16位為單位。

　　圖中緩沖器的作用是以提搞驅動能力、隔離前后級信號。NOR Flash(AM29LV800BB)的片選信號使用nGCS0信號，當CPU發(fā)出的地址信號處于0x00000000~0x07FFFFFF之間時，nGCS0信號有效(為低電平)，于是NOR Flash被選中。這時，CPU發(fā)出的地址信號傳到NOR Flash;進行寫操作時，nWE信號為低，數據信號從CPU發(fā)給NOR Flash;進行讀操作時，nWE信號為高，數據信號從NOR Flash發(fā)給CPU。

　　ADDR1~ADDR20 ------------------> >--------------------A0~A19

　　DATA0~DATA15 <-----------------> <------------------->D0~D15

　　nOE ------------------> -------------------->nOE

　　nWE ------------------> -------------------->nWE

　　nGCS0 ------------------> -------------------->nCE

　　S3C2410/S3C2440 緩沖器 NOR Flash(AM29LV800BB)

　　軟件如何發(fā)起寫操作呢，下面有幾個例子的代碼進行講解。

　　1)地址對齊的16位讀操作

　　unsigned short *pwAddr = (unsigned short *)0x2;

　　unsigned short uwVal;

　　uwVal = *pwAddr;

　　上述代碼會向NOR Flash發(fā)起讀操作：CPU發(fā)出的讀地址為0x2，則地址總線ADDR1~ADDR20、A0~A19的信號都是1、0...、0(CPU的ADDR0為0，不過ADDR0沒有接到NOR Flash上)。NOR Flash的地址就是0x1，NOR Flash在稍后的時間里將地址上的16位數據取出，并通過數據總線D0~D15發(fā)給CPU。

　　2)地址位不對齊的16位讀操作

　　unsigned short *pwAddr = (unsigned short *)0x1;

　　unsigned short uwVal;

　　uwVal = *pwAddr;

　　由于地址是0x1，不是2對齊的，但是BANK0的位寬被設為16，這將導致異常。我們可以設置異常處理函數來處理這種情況。在異常處理函數中，使用0x0、0x2發(fā)起兩次讀操作，然后將兩個結果組合起來：使用地址0x0的兩字節(jié)數據D0、D1;再使用地址0x02讀到D2、D3;最后，D1、D2組合成一個16位的數字返回給wVal。如果沒有地址不對齊的異常處理函數，那么上述代碼將會出錯。如果某個BANK的位寬被設為n，訪問此BANK時，在總線上永遠只會看到地址對齊的n位操作。

　　3)8位讀操作

　　unsigned char *pwAddr = (unsigned char *)0x6;

　　unsigned char ucVal;

　　ucVal = *pwAddr;

　　CPU首先使用地址0x6對NOR Flsh發(fā)起16位的讀操作，得到兩個字節(jié)的數據，假設為D0、D1;然后將D0取出賦值給變量ucVal。在讀操作期間，地址總線ADDR1~ADDR20、A0~A19的信號都是1、1、0、...、0(CPU的ADDR0為0，不過ADDR0沒有接到NOR Flash上)。CPU會自動丟棄D1。

　　4)32位讀操作

　　unsigned int *pwAddr = (unsigned int *)0x6;

　　unsigned int udwVal;

　　udwVal = *pwAddr;

　　CPU首先使用地址0x6對NOR Flsh發(fā)起16位的讀操作，得到兩個字節(jié)的數據，假設為D0、D1;再使用地址0x8發(fā)起讀操作，得到兩字節(jié)的數據，假設為D2、D3;最后將這4個數據組合后賦給變量udwVal。

　　5)16位寫操作

　　unsigned short *pwAddr = (unsigned short *)0x6;

　　*pwAddr = 0x1234;

　　由于NOR Flash的特性，使得NOR Flash的寫操作比較復雜——比如要先發(fā)出特定的地址信號通知NOR Flash準備接收數據，然后才發(fā)出數據等。不過，其總線上的電信號與軟件指令的關系與讀操作類似，只是數據的傳輸方向相反。