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[ARM笔记]GPIO硬件介绍

GPIO（General Purpose I/O Ports）意思为通用输入/输出端口，通俗地说，就是一些引脚，可以通过它们输出高低电平或者通过它们读入引脚的状态-是高电平或是低电平 。
S3C2410共有117个I/O端口，共分为A~H共8组：GPA、GPB、...、GPH 。S3C2440共有130个I/O端口，分为A~J共9组：GPA、GPB、...、GPJ 。可以通过设置寄存器来确定某个引脚用于输入、输出还是其他特殊功能 。
1.1 通过寄存器来操作GPIO引脚
GPxCON用于选择引脚功能，GPxDAT用于读/写引脚数据；另外，GPxUP用于确定是否使用内部上拉电阻 。x为B、...、 H/J，没有GPAUP寄存器 。
1.1.1 GPxCON寄存器
从寄存器的名字可以看出，它用于配置（Configure）-选择引脚功能 。
PORTA与PORTB~PORT H/J在功能选择方面有所不同，GPACON中每一位对应一根引脚（共23根引脚） 。当某位被设为0时，相应引脚为输出引脚，此时我们可以在GPADAT中相应位写入0或是1让此引脚为低电平或高电平；当某位被设为1时，相应引脚为地址线或用于地址控制，此时GPADAT无用 。一般而言，GPACON通常被设为全1，以便访问外部存储器件 。
PORT B~ PORT H/J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保留不用 。
1.1.2 GPxDAT寄存器
GPxDAT用于读/写引脚；当引脚被设为输入时，读此寄存器可知相应引脚的电平状态是高还是低；当引脚被设为输出时，写此寄存器相应位可以令此引脚输出高电平或是低电平 。
1.1.3 GPxUP寄存器
GPxUP：某位为1时，相应引脚无内部上拉电阻；为0时，相应引脚使用内部上拉电阻 。
上拉电阻的作用在于：当GPIO引脚处于第三态（即不是输出高电平，也不是输出低电平，而是呈高阻态，即相当于没接芯片）时，它的电平状态由上拉电阻、下拉电阻确定 。
1.2 访问硬件
1.2.1 访问单个引脚
单个引脚的操作无外乎3种：输出高低电平、检测引脚状态、中断 。对某个引脚的操作一般通过读、写寄存器来完成 。
访问这些寄存器是通过软件来读写它们的地址 。比如：S3C2410和S3C2440的GPBCON、GPBDAT寄存器地址都是0x56000010、0x56000014，可以通过如下的指令让GPB5输出低电平 。
#define GPBCON (*volatile unsigned long *)0x56000010) //long=int 4字节；ｃｈａｒ 1字节；short 2字节
#define GPBDAT (*volatile unsigned long *)0x56000014)
#define GPB5_out (1<<(582))
GPBCON = GPB5_out;
GPBDAT &= ~(1<<5);
1.2.2 以总线方式访问硬件
并非只能通过寄存器才能发出硬件信号，实际上通过访问总线的方式控制硬件更为常见 。如下图所示S3C2410/S3C2440与NOR Flash的连线图，读写操作都是16位为单位 。
图中缓冲器的作用是以提搞驱动能力、隔离前后级信号 。NOR Flash（AM29LV800BB）的片选信号使用nGCS0信号，当CPU发出的地址信号处于0x00000000~0x07FFFFFF之间时，nGCS0信号有效（为低电平），于是NOR Flash被选中 。这时，CPU发出的地址信号传到NOR Flash；进行写操作时，nWE信号为低，数据信号从CPU发给NOR Flash；进行读操作时，nWE信号为高，数据信号从NOR Flash发给CPU 。
ADDR1~ADDR20 ------------------> >--------------------A0~A19
DATA0~DATA15 <-----------------> <------------------->D0~D15
nOE ------------------> -------------------->nOE
nWE ------------------> -------------------->nWE
nGCS0 ------------------> -------------------->nCE
S3C2410/S3C2440 缓冲器 NOR Flash（AM29LV800BB）
软件如何发起写操作呢，下面有几个例子的代码进行讲解 。
1）地址对齐的16位读操作
unsigned short *pwAddr = (unsigned short *)0x2;
unsigned short uwVal;
uwVal = *pwAddr;
上述代码会向NOR Flash发起读操作：CPU发出的读地址为0x2，则地址总线ADDR1~ADDR20、A0~A19的信号都是1、0...、0（CPU的ADDR0为0，不过ADDR0没有接到NOR Flash上） 。NOR Flash的地址就是0x1，NOR Flash在稍后的时间里将地址上的16位数据取出，并通过数据总线D0~D15发给CPU 。
2）地址位不对齐的16位读操作
unsigned short *pwAddr = (unsigned short *)0x1;
unsigned short uwVal;
uwVal = *pwAddr;
由于地址是0x1，不是2对齐的，但是BANK0的位宽被设为16，这将导致异常 。我们可以设置异常处理函数来处理这种情况 。在异常处理函数中，使用0x0、0x2发起两次读操作，然后将两个结果组合起来：使用地址0x0的两字节数据D0、D1；再使用地址0x02读到D2、D3；最后，D1、D2组合成一个16位的数字返回给wVal 。如果没有地址不对齐的异常处理函数，那么上述代码将会出错 。如果某个BANK的位宽被设为n，访问此BANK时，在总线上永远只会看到地址对齐的n位操作 。
3）8位读操作
unsigned ｃｈａｒ *pwAddr = (unsigned ｃｈａｒ *)0x6;
unsigned ｃｈａｒ ucVal;
ucVal = *pwAddr;
CPU首先使用地址0x6对NOR Flsh发起16位的读操作，得到两个字节的数据，假设为D0、D1；然后将D0取出赋值给变量ucVal 。在读操作期间，地址总线ADDR1~ADDR20、A0~A19的信号都是1、1、0、...、0（CPU的ADDR0为0，不过ADDR0没有接到NOR Flash上） 。CPU会自动丢弃D1 。
4）32位读操作
unsigned int *pwAddr = (unsigned int *)0x6;
unsigned int udwVal;
udwVal = *pwAddr;
CPU首先使用地址0x6对NOR Flsh发起16位的读操作，得到两个字节的数据，假设为D0、D1；再使用地址0x8发起读操作，得到两字节的数据，假设为D2、D3；最后将这4个数据组合后赋给变量udwVal 。
5）16位写操作
unsigned short *pwAddr = (unsigned short *)0x6;
*pwAddr = 0x1234;
由于NOR Flash的特性，使得NOR Flash的写操作比较复杂——比如要先发出特定的地址信号通知NOR Flash准备接收数据，然后才发出数据等 。不过，其总线上的电信号与软件指令的关系与读操作类似，只是数据的传输方向相反 。
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