十一、S3C2440 裸机 — GPIO

跟風遠走 提交于 2020-01-24 05:37:22

11.1 GPIO 介绍

11.1.1 GPIO 管脚

GPIO 即是输入输出端口,S3C2440A 包含了 130 个多功能输入/输出口引脚并且它们为如下显示的八个端口:

  • 端口 A(GPA):25 位输出端口
  • 端口 B(GPB):11 位输入/输出端口
  • 端口 C(GPC):16 位输入/输出端口
  • 端口 D(GPD):16 位输入/输出端口
  • 端口 E(GPE):16 位输入/输出端口
  • 端口 F(GPF):8 位输入/输出端口
  • 端口 G(GPG):16 位输入/输出端口
  • 端口 H(GPH):9 位输入/输出端口
  • 端口 J(GPJ):13 位输入/输出端口

GPIO 的功能即是用于 CPU 采集外设信号(INPUT),CPU 输出控制信号(OUTPUT),还有一种功能称为管脚复用功能,即是 GPIO 用于其他信号功能,比如地址,串口等共呢个,GPIO 属于 SOC 的内部外设。

GPIO 的使用需要寄存器配置。

11.1.2 GPIO 寄存器

  • 端口配置寄存器:GPACON --- GPJCON,即配置输入或是输出,还是配置为第三功能
  • 端口数据寄存器:GPADAT---GPJDAT,用于数据的写入或读取
  • 端口上拉寄存器:GPBUP---GPJUP,端口上拉寄存器控制每个端口组的使能/禁止上拉电阻。
    • 当相应位为 0 时使能引脚的上拉电阻。当为 1 时禁止上拉电阻。
    • 如果使能了上拉电阻,那么上拉电阻与引脚的功能设置无关(输入、输出、DATAn、EINTn 等等)
  • 杂项控制寄存器:
    • 此寄存器控制睡眠模式,USB 引脚和 CLKOUT 选择的数据端口上拉电阻。
  • 外部中断控制寄存器:
    • 24 个外部中断由各种信号方式触发。
    • EXTINT 寄存器为外部中断请求配置信号触发方式为低电平触发、高电平触发、下降沿触发、上升沿触发或双边沿触发。
    • 由于每个外部中断引脚包含一个数字滤波器,中断控制可以确认请求信号是否长于 3 个时钟。

11.2 GPIO 控制 LED 

11.2.1 原理图

  

  

  • 从原理图上可以看出,三个灯的控制是由 GPF4 - GPF6 控制的。
  • 由于 LED 由 3.3V 高电平供电,则 GPF4- GPF6 引脚必须要设置为低电平,形成压差点亮 LED

11.2.2 GPF 控制寄存器

  • GPF 主要涉及到三个寄存器:
    • GPFCON:端口配置寄存器,配置各个 I/O 管脚是输入/输出功能,还是第三功能,此寄存器的地址是 0x56000050
    • GPFDAT:数据寄存器,用于管脚发送或是接收数据,地址是 0x56000054
    • GPFUP:上拉寄存器,地址为 0x56000058,需要才用这个寄存器
  • 注意 GPF 控制器的复位值,初始化值即是此值。
  • 具体配置查看芯片手册

11.3 汇编控制 LED

  •  指令的执行时间:
    • 一般单片机指令执行时间是固定的,参考手册,而在高性能的嵌入式 SOC 中,指令执行时间与各方面的因素有关,比如:缓存,内存,硬盘上的传输开销,指令开销,所以在高性能 SOC 上讨论指令的执行时间没有意义。
    • 考虑到多发射、超标量、超流水线、乱序执行、追踪缓存等设计越来越复杂,仅评价单条指令耗时比单片机要困难得多
    • 更由意义的指标是经过统计分析的 CPI、MIPS 数据。
    • 1MHz = 1us
    • 1GHz = 1ns
  • 一般情况下,裸机中精确延时采用定时器,如果延时在 20 us 下的话,定时器不是太合适,需要汇编辅助完成
  • 如果更小的时间要求,那么表示硬件无法满足当前需求

11.4 C语言控制 LED

 makefile

 1 # 获取当前工作目录
 2 CURRDIR = $(shell pwd)
 3 
 4 # 头文件所在目录
 5 INCDIR = $(CURRDIR)
 6 
 7 # 交叉编译工具链的绝对路径
 8 CROSS_COMPILE = ~/work/s3c2440/tools/gcc-3.4.5-glibc-2.3.6/bin/arm-linux-
 9 
10 # 编译器工具
11 AS            = $(CROSS_COMPILE)as
12 LD            = $(CROSS_COMPILE)ld
13 CC            = $(CROSS_COMPILE)gcc
14 CPP            = $(CC) -E
15 AR            = $(CROSS_COMPILE)ar
16 NM            = $(CROSS_COMPILE)nm
17 STRIP        = $(CROSS_COMPILE)strip
18 OBJCOPY        = $(CROSS_COMPILE)objcopy
19 OBJDUMP        = $(CROSS_COMPILE)objdump
20 
21 # 编译器标识位设置
22 CFLAGS :=
23 AFLAGS :=
24 LDFLAGS :=
25 CFLAGS    :=
26 AFLAGSL    :=
27 
28 # 目标文件设置
29 objs := startup.o led.o
30 
31 all: clean s3c2440.bin
32 
33 
34 # 执行编译的过程
35 s3c2440.bin: $(objs)
36     $(LD) -Ttext 0x00000000 -o s3c2440_elf $^
37     $(OBJCOPY) -O binary -S s3c2440_elf $@
38     $(OBJDUMP) -D -m arm s3c2440_elf > s3c2440.dis
39 
40 
41 %.o:%.c
42     $(CC)  -Wall -Wstrict-prototypes -O2 -fomit-frame-pointer -ffreestanding -c -o $@ $<
43 
44 %.o:%.S
45     $(CC)  -Wall -Wstrict-prototypes -O2 -fomit-frame-pointer -ffreestanding -c -o $@ $<
46 
47 clean:
48     rm -f *.bin *_elf *.dis *.o

startup.S

 1 .text
 2 .global _start
 3 
 4 _start:
 5     ldr    r0, =0x53000000         @ WATCHDOG寄存器地址
 6     mov    r1, #0x0
 7     str    r1, [r0]                @ 写入0,禁止WATCHDOG,否则CPU会不断重启
 8 
 9     ldr sp, =1024*4             @ 设置堆栈,注意:不能大于4k, 因为现在可用的内存只有4K
10                                 @ nand flash中的代码在复位后会移到内部ram中,此ram只有4K
11 
12     bl main                     @ 调用 C 程序的 main 函数
13 
14 halt_loop:
15     b halt_loop

led.c

 1 /**
 2  * 将0x56000050 强转为 unsigned long 型指针,并取这个地址的值
 3  * volatile 关键字:防止编译器优化,在应用层上多线程变量,在嵌入式中外设寄存器
 4  */
 5 #define GPFCON      (*(volatile unsigned long *)0x56000050)
 6 #define GPFDAT      (*(volatile unsigned long *)0x56000054)
 7 #define GPFUP       (*(volatile unsigned long *)0x56000058)
 8 
 9 /** 设置 GPFCON 的 4 5 6 引脚为输出 */
10 #define GPF4_OUT    (1 << (4 * 2))
11 #define GPF5_OUT    (1 << (5 * 2))
12 #define GPF6_OUT    (1 << (6 * 2))
13 
14 static void delay_ms(unsigned long ms);
15 
16 int main(void)
17 {
18     /** 将LED1-3对应的GPF4/5/6三个引脚设为输出 */
19     GPFCON = GPF4_OUT | GPF5_OUT | GPF6_OUT;
20 
21     unsigned long i = 0;
22     while(1){
23         delay_ms(500);
24         GPFDAT = (~(i<<4));         // 根据i的值,点亮LED1,2,4
25         if(++i == 8)
26             i = 0;
27     }
28 }
29 
30 static void delay_ms(unsigned long ms)
31 {
32     unsigned int i;
33 
34     while(ms--) {
35         for(i = 0; i < 1200; i++);
36     }
37 }

 

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