本章目標：
掌握嵌入式開發的步驟：編程、編譯、燒寫程序、運行
通過GPIO的操作了解軟件如何控制硬件
5.1 GPIO硬件介紹
S3C2440A有130個多功能輸入/輸出口引腳，分爲A~J共9組：GPA、GPB、...、GPH、GPJ。
5.1.1 管腳相關的寄存器
對於這幾組GPIO引腳，它們的寄存器是相似的：
① GPxCON：用於選擇管腳功能；
x爲A、B、...、H、J
PORTA與PORTB~PORTJ在功能選擇上有所不同，GPACON中每一位對應一根引腳(共23根引腳)。
當某位被設爲0時，對應的引腳爲輸出引腳；
當某位被設爲1時，對應的引腳爲地址線或用於地址控制，此時GPADAT無用。
一般而言，GAPCON通常被設爲全1，以方便訪問外部存儲器件。本章不使用PORTA。
PORTB~PORTJ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：表示保留不用。
② GPxDATA：用於讀寫管腳數據；
x爲A、B、...、H、J
當引腳被設爲輸入時，讀此寄存器可知對應引腳的電平狀態是高還是低；
當引腳被設爲輸出時，寫此寄存器對應位，可令此引腳輸出高電平或低電平。
③ GPxUP ：用於確定是否使用內部上拉電阻。
x爲B、...、H、J，沒有GPAUP寄存器。
某位爲1時，相應引腳無內部上拉電阻；某位爲0時，相應引腳使用內部上拉電阻
5.1.2 怎麼使用軟件來訪問硬件
1.訪問單個引腳
操作種類：輸出高/低電平、檢測引腳狀態、中斷。
如下圖所示，JZ2440原理圖中LED和按鍵的連接。
可以設置GPFCON寄存器將GPF4、GPF5、GPF6設爲輸出功能，然後寫GPFDAT寄存器的
相應位使得這3個引腳輸出高電平或低電平。
還可以設置GPFCON寄存器將GPF0、GPF2、GPG3、GPG11設置爲輸入功能，然後通過讀
出GPFDAT/GPGDAT寄存器並判斷相應位電平狀態來確定各個按鍵是否按下。
訪問寄存器的方法：通過軟件，讀寫它們的地址。
比如，S3C2440的GPBCON、GPBDAT寄存器地址是0x5600 0010、0x56000014，可以通
過如下指令讓GPF4輸出低電平，點亮LED(D10)。
#define GPFCON (*(volatile unsigned long *) 0x56000050)
#define GPFDAT (*(volatile unsigned long *) 0x56000054)
#define GPF4_out (1 << 4*2)
GPFCON = GPF4_out; //GPF4引腳設爲輸出
GPFDAT &= ~(1 << 4); //GPF4輸出低電平5.2 GPIO操作實例：LED和按鍵
5.2.1 硬件設計
如上圖所示。
5.2.2 程序設計及代碼詳解
本小節有3個實例，通過讀寫GPIO寄存器來驅動LED、獲取按鍵狀態。先使用匯編程序編寫
一個簡單的點亮LED的程序，然後使用C語言實現了更復雜的功能。
1.實例1：使用匯編代碼點亮1個LED
源程序爲/work/hardware/led_on/led_on.S。它只有7條指令，簡單地點亮LED。
實例分爲4個步驟：編譯源程序、生成可執行程序、燒寫程序、運行程序。
先看看源程序：led_on.S:
1
.text2
.global _start3
_start:4
LDR R0,=0x56000050 @R0設爲GPFCON寄存器5
MOV R1, #0x00000100 @0b 01 0000 00006
STR R1,[R0] @設置GPF4爲輸出口，位[9:8] = 017
LDR R0,=0x56000054 @R0設置GPFDAT寄存器8
MOV R1, #0x0000000 @此值改爲0x00000010(0001 0000)可以讓LED全熄滅9
STR R1,[R0] @GPF4輸出0，點亮LED10
MAIN_LOOP:11
B MAIN_LOOP Makefile內容如下：
1
led_on.bin:led_on.S @make指令比較led_on.bin和led_on.S的時間，決定是否執行下面的命令
2
arm-linux-gcc -g -c -o led_on.o led_on.S @編譯
3
arm-linux-ld -Ttext 0x0000 -g led_on.o -o led_on_elf @鏈接
4
arm-linux-objcopy -O binary -S led_on_elf led_on.bin @把ELF格式的可執行文件led_on_elf轉換成二進制格式文件led_on.bin
5
clean:
6
rm -f led_on.bin led_on_elf *.o
注意：Makefile文件中相應的命令行前一定要有一個製表符
2.實例2：使用C語言代碼點亮1個LED
源程序爲/work/hardware/led_on_c目錄下。
C語言執行的第一條指令並不在main函數中。生成一個C程序的可執行文件時，編譯器通常會在我們
的代碼中加上幾個被稱爲啓動文件的代碼——crtl.o、crti.o、crtend.o、crtn.o等，它們是標準庫文件。
這些代碼設置C程序的堆棧等，然後調用main函數。它們依賴於操作系統，在裸板上這些代碼無法執行，
需要自己寫一個。
這段代碼很簡單，只有6條指令。自己編寫的crt0.S文件內容如下：
1
@************************************2
@File:crt0.S3
@功能：通過它轉入C程序4
@************************************5
.text6
.global _start7
_start:8
ldr r0, =0x56000010 @WATCHDOG寄存器地址9
mov r1, #0x010
str r1, [r0] @寫入0,禁止WATCHDOG11
12
ldr sp, =1024*4 @設置堆棧，注意不能大於4k，因爲現在可用內存只有4kB13
@NAND Flash中的代碼在復位後會移到內部ram（只有4kB）14
bl main15
halt_loop:16
b halt_loop 上面設置堆棧指針後，就可以調用C函數main了。C函數執行前，必須設置棧。
現在可以很容易寫出控制LED的程序了。main函數在led_on_c.c文件中，代碼如下：
1
2
3
4
5
int main()
6
{
7
GPFCON = GPF4_out; //GPF4引腳設爲輸出
8
GPFDAT &= ~(1 << 4); //GPF4輸出低電平
9
10
return 0;
11
}
最後來看看Makefile：
1
led_on_c.bin:crt0.S led_on_c.c2
arm-linux-gcc -g -c -o crt0.o crt0.S3
arm-linux-gcc -g -c -o led_on_c.o led_on_c.c4
arm-linux-ld -Ttext 0x0000000 -g crt0.o led_on_c.o -o led_on_c_elf5
arm-linux-objcopy -O binary -S led_on_c_elf led_on_c.bin6
arm-linux-objdump -D -m arm led_on_c_elf > led_on_c.dis7
clean:8
rm -f led_on_c.dis led_on_c.bin led_on_c_elf *.o 操作步驟如下：
(1)進入led_on_c目錄後，執行如下命令可生成可執行文件led_on_c.bin;
$make
(2)使用dnw把led_on_c.bin寫入NAND Flash；
(3)把開發板撥爲NAND啓動，給開發板上電，可看見LED被點亮。
2.實例3：使用按鍵來控制LED
目錄/work/hardware/key_led中的程序功能爲：當K1~K3中某個按鍵被按下時，點亮D10~D12
(v2版電路板只有3個燈)中相應的LED。
key_led.c代碼如下：
1
2
3
4
5
6
7
/*
8
* LED1,LED2,LED4對應GPF4、GPF5、GPF6
9
*/
10
11
12
13
14
15
16
17
18
/*
19
* S2,S3,S4對應GPF0、GPF2、GPG3
20
*/
21
22
23
24
25
26
27
28
29
int main()
30
{
31
unsigned long dwDat;
32
// LED1,LED2,LED4對應的3根引腳設爲輸出
33
GPFCON &= ~(GPF4_msk | GPF5_msk | GPF6_msk);
34
GPFCON |= GPF4_out | GPF5_out | GPF6_out;
35
36
// S2,S3對應的2根引腳設爲輸入
37
GPFCON &= ~(GPF0_msk | GPF2_msk);
38
GPFCON |= GPF0_in | GPF2_in;
39
40
// S4對應的引腳設爲輸入
41
GPGCON &= ~GPG3_msk;
42
GPGCON |= GPG3_in;
43
44
while(1){
45
//若Kn爲0(表示按下)，則令LEDn爲0(表示點亮)
46
dwDat = GPFDAT; // 讀取GPF管腳電平狀態
47
48
if (dwDat & (1<<0)) // S2沒有按下
49
GPFDAT |= (1<<4); // LED1熄滅
50
else
51
GPFDAT &= ~(1<<4); // LED1點亮
52
53
if (dwDat & (1<<2)) // S3沒有按下
54
GPFDAT |= (1<<5); // LED2熄滅
55
else
56
GPFDAT &= ~(1<<5); // LED2點亮
57
58
dwDat = GPGDAT; // 讀取GPG管腳電平狀態
59
60
if (dwDat & (1<<3)) // S4沒有按下
61
GPFDAT |= (1<<6); // LED3熄滅
62
else
63
GPFDAT &= ~(1<<6); // LED3點亮
64
}
65
66
return 0;
67
}
操作步驟如下：
(1)進入key_led目錄後，執行make命令，即可生成可執行文件key_led.bin;
(2)使用dnw把key_led.bin寫入NAND Flash；
(3)把開發板撥爲NAND啓動，給開發板上電，可看見LED被點亮。
5.2.3 實例測試
在燒寫程序是要燒到NAND Flash中去的原因：2440中有被稱爲“Steppingstone”的
4KB內部RAM，當選擇從NAND Flash啓動CPU時，CPU會通過內部的硬件將NAND
Flash開始的4KB字節數據複製到這4KB的內部RAM中(此時，內部RAM的起始地址爲0)，
然後跳到地址0開始執行。
NOR Flash雖然可以像內存一樣進行讀操作，但不能像內存一樣進行寫操作，所以從
NOR Flash啓動時，一般先在代碼的開始部分使用匯編指令初始化外接的內存器件(外存)，
然後將代碼複製到外存中，最後跳到外存中繼續執行。
對於小程序，一般將它燒入NAND Flash中，藉助CPU內部RAM直接運行。
附：代碼：
鏈接: https://pan.baidu.com/s/1kV24a9L 密碼: tfab
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