一、什么是GPIO

　　GPIO----“通用目的輸入/輸出端口”----是一個靈活的軟件控制的數(shù)字信號。許多種類的芯片都會提供，嵌入式linux開發(fā)者和硬件定制者會對此比較熟悉。每個GPIO提供一位與特定的管腳（或是“球”，BGA（BallGridArray）封裝下）相連。單板電路圖會顯示外部硬件與GPIOs的連接關(guān)系。GPIO驅(qū)動可寫成通用的，便于單板setup代碼可以將這些管腳配置數(shù)據(jù)傳遞給驅(qū)動。

　　SOC處理器非常依賴于GPIO。某些情況下，普通管腳可以被配置為GPIO。大多數(shù)芯片至少擁有幾組類似的GPIO。可編程邏輯器件（如FPGAs）可以很容易提供GPIO。一些多功能芯片，如電源管理、聲音解碼等經(jīng)常具有一些這樣的管腳來彌補SOC芯片上面管腳的不足。同樣，也存在一些GPIO擴展芯片，連接用于I2C或是SPI串行總線。多數(shù)PC南橋擁有幾組GPIO兼容的管腳（僅有BIOS固件知道如何使用它們）。

　　不同系統(tǒng)間的GPIO的確切作用不同。通用常有下面幾種：

　　----輸出值可寫（高=1，低=0）。一些芯片也可以選擇驅(qū)動這些值的方式，以便支持“線-或”或類似方案（開漏信號線）。

　　----輸入值可讀（1，0）。一些芯片支持輸出管腳回讀，這在線或的情況下非常有用（以支持雙向信號線）。GPIO控制器可能具有一個輸入防故障/防反跳邏輯，有時還會有軟件控制。

　　----輸入經(jīng)常被用作中斷信號，通常是邊沿觸發(fā)，但也有可能是電平觸發(fā)。這些中斷可以配置為系統(tǒng)喚醒事件，從而將系統(tǒng)從低功耗模式喚醒。

　　----一個GPIO經(jīng)常被配置為輸入/輸出雙向，根據(jù)不同的產(chǎn)品單板需求，但也存在單向的情況。

　　----大多是GPIO可以在獲取到spinlock自旋鎖時訪問，但那些通過串行總線訪問的通常不能如此操作（休眠的原因）。一些系統(tǒng)中會同時存在這兩種形式的GPIO。

　　----在一個給定單板上，每個GPIO用于一個特定的目的，如監(jiān)控MMC/SD卡的插入/移除，檢查卡寫保護狀態(tài)，驅(qū)動LED，配置發(fā)送器，串行總線位拆，觸發(fā)一個硬件看門狗，觸發(fā)一個開關(guān)之類的。

　　二、GPIO的優(yōu)點（端口擴展器）

　　低功耗：GPIO具有更低的功率損耗（大約1μA，μC的工作電流則為100μA）。

　　集成IIC從機接口：GPIO內(nèi)置IIC從機接口，即使在待機模式下也能夠全速工作。

　　小封裝：GPIO器件提供最小的封裝尺寸 ― 3mm x 3mm QFN！

　　低成本：您不用為沒有使用的功能買單。

　　快速上市：不需要編寫額外的代碼、文檔，不需要任何維護工作。

　　靈活的燈光控制：內(nèi)置多路高分辨率的PWM輸出。

　　可預(yù)先確定響應(yīng)時間：縮短或確定外部事件與中斷之間的響應(yīng)時間。

　　更好的燈光效果：匹配的電流輸出確保均勻的顯示亮度。

　　布線簡單：僅需使用2條就可以組成IIC總線或3條組成SPI總線。

　　與ARM 的幾組GPIO引腳，功能相似，GPxCON 控制引腳功能，GPxDAT用于讀寫引腳數(shù)據(jù)。另外，GPxUP用于確定是否使用上拉電阻。 x為A，B，，H/J，

　　GPAUP沒有上拉電阻。

　　三、GPIO硬件介紹

　　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(shù)據(jù)；另外，GPxUP用于確定是否使用內(nèi)部上拉電阻。x為B、。。.、 H/J，沒有GPAUP寄存器。

　　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(yīng)一根引腳（共23根引腳）。當(dāng)某位被設(shè)為0時，相應(yīng)引腳為輸出引腳，此時我們可以在GPADAT 中相應(yīng)位寫入0或是1讓此引腳為低電平或高電平；當(dāng)某位被設(shè)為1時，相應(yīng)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(shè)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。

　　1.2 GPxDAT寄存器

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

　　1.3 GPxUP寄存器

　　GPxUP：某位為1時，相應(yīng)引腳無內(nèi)部上拉電阻；為0時，相應(yīng)引腳使用內(nèi)部上拉電阻。

　　上拉電阻的作用在于：當(dāng)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(dāng)于沒接芯片）時，它的電平狀態(tài)由上拉電阻、下拉電阻確定。

　　2、訪問硬件

　　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）;

　　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(qū)動能力、隔離前后級信號。NOR Flash（AM29LV800BB）的片選信號使用nGCS0信號，當(dāng)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(shù)據(jù)信號從CPU發(fā)給NOR Flash；進行讀操作時，nWE信號為高，數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)取出，并通過數(shù)據(jù)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(shè)為16，這將導(dǎo)致異常。我們可以設(shè)置異常處理函數(shù)來處理這種情況。在異常處理函數(shù)中，使用 0x0、0x2發(fā)起兩次讀操作，然后將兩個結(jié)果組合起來：使用地址0x0的兩字節(jié)數(shù)據(jù)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(shù)字返回給wVal。如果沒有地址不對齊的異常處理函數(shù)，那么上述代碼將會出錯。如果某個BANK的位寬被設(shè)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(shù)據(jù)，假設(shè)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(shù)據(jù)，假設(shè)為D0、D1；再使用地址0x8發(fā)起讀操作，得到兩字節(jié)的數(shù)據(jù)，假設(shè)為D2、D3；最后將這4個數(shù)據(jù)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(fù)雜——比如要先發(fā)出特定的地址信號通知NOR Flash準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)，然后才發(fā)出數(shù)據(jù)等。不過，其總線上的電信號與軟件指令的關(guān)系與讀操作類似，只是數(shù)據(jù)的傳輸方向相反。

　　四、何為上拉電阻、下拉電阻

　　上拉電阻是針對NPN來說的，下拉電阻是針對PNP來說的！不管是上拉電阻還是下拉電阻都是為了使集電極有確定的電位！

　　比如對NPN來說，當(dāng)不用上拉電阻的時候，若基集為正，則導(dǎo)通，集電極為0。但當(dāng)基集為0，則截止，此時集電極是懸空的，電位無法確定！一旦加了上拉電阻，當(dāng)導(dǎo)通的時候，集電極為0，當(dāng)截止的時候，集電極為正。

　　PNP也一樣，導(dǎo)通的時候集電極為正，截止的時候集電極為0。

　　五、GPIO端口配置方法

　　單個引腳的操作無非就三種情況：輸出高低電平，檢測引腳狀態(tài)，中斷。對引腳的操作一般是通過特定寄存器的配置完成。

　　如圖，根據(jù)LED 的硬件電路圖，實現(xiàn)點亮LED：

　　［cpp］ view plain copy#define GPFCON （*（volatile unsigned long *）0x56000050）

　　#define GPFDAT （*（volatile unsigned long *）0x56000054）

　　#define GPF4_out （1《《（4*2））

　　#define GPF5_out （1《《（5*2））

　　#define GPF6_out （1《《（6*2））

　　#define GPF7_out （1《《（7*2））

　　void wait（volatile unsigned long dly）

　　{

　　for（; dly 》 0; dly--）;

　　}

　　int main（void）

　　{

　　unsigned long i = 0;

　　GPFCON = GPF4_out|GPF5_out|GPF6_out|GPF7_out; // 將LED1-4對應(yīng)的GPF4/5/6/7三個引腳設(shè)為輸出

　　while（1）{

　　wait（30000）;

　　GPFDAT = （~（i《《4））; // 根據(jù)i的值，點亮LED1~4

　　if（++i == 8）

　　i = 0;

　　}

　　return 0;

　　}