【韦东山旧1期学习笔记】04.S3C2440 GPIO实验

我不是女神ヾ 2023-07-03 10:42 15阅读 0赞

### 目录 ###

*  介绍
 *  关闭看门狗
 *  硬件原理图
 *  配置寄存器
 *   *  GPIO
     *  GPFCON
     *  GPFDAT
 *  实验1 汇编点亮LED
 *  实验2 C语言循环点亮LED

# 介绍 #

这是开发板的第一个硬件实验，以最简单的GPIO为实验对象，通过操作IO端口的输出电压，进行LED灯的点亮实验。

# 关闭看门狗 #

看门狗定时器内部有一个递减计数器，当该计数器递减为0的时候，就会自动发出复位信号。如果我们在计数器递减为0之前，将其重新设置一下（喂狗），那么就不会产生复位信号。假如机器设备出现异常情况如死机、程序跑飞等情况，CPU就不会去重置计数器。当计数器递减为0时，会产生复位信号，机器就会重新启动，恢复正常执行流程。这样的设计原理就解决了很多环境恶劣的情况下，对SoC进行重启的任务。上面的重置计数器的操作通常叫做“喂狗”。

为简单起见，我们先关闭看门狗功能，防止CPU自动重启。关于使能看门狗后怎么设置看门狗寄存器，在后续文章中在进行介绍。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0Jha2VyVGhlR3JlYXQ_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
从上图可知，想要关闭看门狗，只需将WTCON寄存器全置0即可。

@ WATCHDOG寄存器地址
    		ldr     R0, =0x53000000    
    		@ 写入0，禁止WATCHDOG，否则CPU会不断重启 
    		mov     R1, #0x0                     
    		str     R1, [R0]

# 硬件原理图 #

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0Jha2VyVGhlR3JlYXQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0Jha2VyVGhlR3JlYXQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]  
GPIO的全称是通用的输入/输出(General Purpose Input/Output)，每个端口引脚有三个功能：

1.  输入功能
2.  输出功能
3.  其他功能，通常情况下为中断功能

想要点亮LED灯，从原理图上可以看出，需要对应的引脚nLED\_1、nLED\_2和nLED\_4输出低电平。而这三个引脚对应的SoC的GPIO分别为GPF4、GPF5和GPF6，如上图红框中所示。

# 配置寄存器 #

## GPIO ##

通过查看S3C2440用户手册第9章IO Ports，可以看到S3C2440的GPIO分为9组，如下所示：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0Jha2VyVGhlR3JlYXQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]  
而我们所需要配置的三个引脚属于GPF组。在S3C2440中，大多数的引脚都是复用引脚。所以我们需要选择每个引脚处于什么功能状态，这就需要我们配置PORT CONFIGURATION REGISTER (GPACON-GPJCON)。

## GPFCON ##

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0Jha2VyVGhlR3JlYXQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]  
对于GPF4、GPF5、GPF6这三个引脚，我们需要配置其为输出功能，即将GPFCON\[9:8\]、GPFCON\[11:10\]、GPFCON\[13:12\]均配置为0b01。

## GPFDAT ##

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0Jha2VyVGhlR3JlYXQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 5]  
当选定了引脚的功能之后，就需要对GPFDAT数据寄存器进行操作了。如果将端口设置为输出功能，那么可以写入GPFDAT寄存器相应的比特位来控制端口输出电压的高低；如果将端口设置为输入功能，那可以通过读取GPFDAT寄存器相应的比特位来获取对应端口输入电压的高低。

# 实验1 汇编点亮LED #

为简单起见，我们先采用ARM汇编语言来实现点灯功能，实现一次性点亮3个LED灯。  
LED.S文件

.text
    .global _start
    _start:     
    			@ WATCHDOG寄存器地址
    			ldr     R0, =0x53000000    
    			@ 写入0，禁止WATCHDOG，否则CPU会不断重启 
                mov     R1, #0x0                     
                str     R1, [R0]           
    			@ 将R0设为GPFCON寄存器的地址
    			@ 此寄存器用于选择端口F各引脚的功能是输出、输入还是其他
                LDR     R0, =0x56000050      
                @ 设置GPF4、GPF5、GPF6为输出口
                MOV     R1, #((0x1 << 8) | (0x1 << 10) | (0x1 << 12))        
                STR     R1,[R0]             
                
                @ R0设为GPFDAT寄存器的地址
                @ 此寄存器用于读/写端口F各引脚的数据
                LDR     R0,=0x56000054  
                @ 此值改为0x00000010,可让LED1、LED2、LED4熄灭    
                MOV     R1,#0x00000000  
                @ GPF4、GPF5、GPF6输出0，LED1、LED2、LED4点亮    
                STR     R1,[R0]             
    MAIN_LOOP:
                B       MAIN_LOOP

Makefile文件

LED.bin : LED.S
            arm-linux-gcc -g -c -o LED.o $^ 
            arm-linux-ld -Ttext 0x0000000 -g LED.o -o LED.elf
            arm-linux-objcopy -O binary -S LED.elf $@
    clean:
            rm -f   LED.bin LED.elf *.o

编译烧写到NandFlash之后，启动开发板，可以看到三个LED灯均被点亮。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0Jha2VyVGhlR3JlYXQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 6]

# 实验2 C语言循环点亮LED #

我们接着采用C语言来实验同样的功能。如果想要使用C语言，则需要初始化栈寄存器sp。想要设置栈指针，就需要先了解内存分布情况。查看用户手册第5章内存控制器，可知内存分布情况如下图所示：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0Jha2VyVGhlR3JlYXQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 7]  
当使用Nand Flash启动时，0x00000000开始的4KB内存空间映射到了SoC片内SRAM上。由于现在片外的SDRAM芯片尚未初始化，故我们只有片内的4KB内存可用。又由于ARM的栈默认是向下生长，故我们将栈指针sp设置为最高的4KB地址处。  
故可得我们的CRT0.S文件如下所示：

.text
    
    .global _start
    
    _start: 
    
    	@ WATCHDOG寄存器地址
    
    	ldr     R0, =0x53000000    
    
    	@ 写入0，禁止WATCHDOG，否则CPU会不断重启 
    
    	mov     R1, #0x0                     
    
    	str     R1, [R0]        
    
    	
    	ldr sp, =4096
    	
    	@ 调用C的main函数
    	bl main
    
    HALT_LOOP:
    
    	B       HALT_LOOP

LEDs.c文件内容如下所示：

#define GPFCON (*(volatile unsigned int *)0x56000050)
    #define GPFDAT (*(volatile unsigned int *)0x56000054)
    
    void  wait(volatile unsigned int delay) { 
            unsigned int idx = delay;
            for(; idx > 0; idx--)
                    ;
    }
    
    int main(void) { 
            //设置GPF4、GPF5、GPF6为输出口
            GPFCON = ((0x1 << 8) | (0x1 << 10) | (0x1 << 12));    
            while(1) { 
                    //GPF4输出0，LED1点亮
                    GPFDAT = ~(0x1 << 4);
                    //加入延时，方便观察
                    wait(60000);
                    //GPF5输出0，LED2点亮
                    GPFDAT = ~(0x1 << 5);
                    //加入延时，方便观察
                    wait(60000);
                    //GPF6输出0，LED4点亮
                    GPFDAT = ~(0x1 << 6);
                    //加入延时，方便观察
                    wait(60000);
            }
    
            return 0;
    }

相应的Makefile文件如下所示：

LEDs.bin : CRT0.o LEDs.o
            arm-linux-ld -Ttext 0x0000000 -g $^ -o LEDs.elf
            arm-linux-objcopy -O binary -S LEDs.elf $@
    
    CRT0.o : CRT0.S
            arm-linux-gcc -g -c -o $@ $^
    LEDs.o : LEDs.c
            arm-linux-gcc -g -c -o $@ $^
    
    clean:
            rm -f   LEDs.bin LEDs.elf *.o

编译烧写到NandFlash之后，启动开发板，可以看到三个LED灯被循环点亮。  
![在这里插入图片描述][20200205181055863.gif]

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0Jha2VyVGhlR3JlYXQ_size_16_color_FFFFFF_t_70]: https://img-blog.csdnimg.cn/20200205213543254.jpg?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0Jha2VyVGhlR3JlYXQ=,size_16,color_FFFFFF,t_70
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0Jha2VyVGhlR3JlYXQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]: https://img-blog.csdnimg.cn/20200205163130233.jpg?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0Jha2VyVGhlR3JlYXQ=,size_16,color_FFFFFF,t_70
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