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公眾號(hào)：嵌入式攻城獅（ID：andyxi_linux）
作者：安迪西
之前的文章中介紹了新舊字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)開發(fā)的方式，并利用虛擬的字符設(shè)備來(lái)學(xué)習(xí)其開發(fā)流程，沒有涉及到操作Linux開發(fā)板上的硬件。對(duì)硬件的操作，究其本質(zhì)最終都是要操作處理器的寄存器。因此在操作硬件之前，我們需要先了解有關(guān)GPIO的寄存器配置原理及方法
1. 認(rèn)識(shí)i.MX6ULL處理器GPIO
1.1 基本概念
以下是一些名詞縮寫及其含義：
IO：Input Output，用于CPU與外界進(jìn)行信息交互
GPIO：General Purpose IO ports，通用IO口
SNVS：Secure Non-Volatile Storage 安全的非易失性存儲(chǔ)
IOMUX：Input Output Multiplexer 輸入/輸出多路復(fù)用器
IOMUXC：Input Output Multiplexer Controller 輸入/輸出多路復(fù)用控制器
SW：Switch 開關(guān)
1.2 GPIO邏輯結(jié)構(gòu)
下圖為i.MX6ULL處理器的GPIO硬件結(jié)構(gòu)框圖，其中PAD1和PAD2表示i.MX6ULL芯片引出的GPIO引腳，其余部件均位于芯片內(nèi)部
上圖中各部分的功能和作用如下
? PAD1：GPIO引腳，其左側(cè)通過(guò)IOMUX復(fù)用選擇器連接到各種寄存器上
? IOMUX復(fù)用選擇器：用于將芯片引腳與最左側(cè)的各種寄存器連接起來(lái)
? IOMUXC復(fù)用控制器：IO通過(guò)MUX寄存器來(lái)配置復(fù)用功能，如GPIO、IIC等；通過(guò)PAD寄存器來(lái)配置引腳屬性，如驅(qū)動(dòng)能力，是否使用上下拉電阻等
? Block外設(shè)功能控制塊：例如具有PWM輸出功能的引腳，它需要PWM外設(shè)的支持
? GPIO外設(shè)：GPIO是每個(gè)IO都有的外設(shè)，是IO控制的基本功能， 如輸出高低電平、 檢測(cè)電平輸入等。當(dāng)需要使用引腳的GPIO功能時(shí)，就要配置GPIO外設(shè)中的各個(gè)寄存器
? PAD2：另一個(gè)引腳，它與PAD1有一根信號(hào)線連接，表示部分引腳的輸出可以作為另一個(gè)引腳的輸入
1.3 GPIO命名
i.MX6ULL處理器的GPIO被分為5組，且每組的數(shù)量不同，具體可查閱數(shù)據(jù)手冊(cè)
另外根據(jù)IO類別，可以分為兩大類：SNVS域IO和通用域IO，這兩類IO本質(zhì)上是一樣的
2. 配置i.MX6ULL處理器GPIO
下面以GPIO1_IO00引腳為例，介紹GPIO配置的步驟
2.1 時(shí)鐘配置
I.MX6ULL每個(gè)外設(shè)都有一個(gè)外設(shè)時(shí)鐘，使用GPIO時(shí)，也必須先使能對(duì)應(yīng)的時(shí)鐘。CCM(Clock Controller Module)時(shí)鐘控制模塊寄存器用來(lái)使能外設(shè)時(shí)鐘。CMM一共有CCM_CCGR0~CCM_CCGR6這7個(gè)寄存器，控制著I.MX6U的所有外設(shè)時(shí)鐘開關(guān)
以CCM_CCGR0為例，它是個(gè)32位寄存器，每2位控制一個(gè)外設(shè)的時(shí)鐘，比如 bit31:30 控制著GPIO2 的外設(shè)時(shí)鐘，兩個(gè)位就有 4 種操作方式：
若要打開GPIO2的外設(shè)時(shí)鐘，只需要設(shè)置CCM_CCGR0的bit31和bit30為1即可，即 CCM_CCGR0=3 << 30
2.2 IO配置
? 配置MUX寄存器：配置復(fù)用功能
IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_GPIO1_IO00寄存器地址為：0x020E005C，只用到了最低的5位，bit0~bit3就是設(shè)置復(fù)用功能的，該引腳可復(fù)用為9種不同功能的IO
? 配置PAD寄存器：配置引腳屬性
IOMUXC_SW_PAD_CTL_PAD_GPIO1_IO00寄存器地址為：0x020E02E8，只用到了低17位，用于設(shè)置速度、驅(qū)動(dòng)能力、壓擺率等
2.3 GPIO配置
上面的MUX和PAD寄存器都是配置IO的，當(dāng)把IO配置為了GPIO功能后，還需要繼續(xù)對(duì)GPIO外設(shè)的各種寄存器進(jìn)行配置? 配置DR寄存器：數(shù)據(jù)寄存器，一個(gè)GPIO組最大只有32個(gè)IO，32位DR寄存器中的每一個(gè)位對(duì)應(yīng)一個(gè)GPIO
當(dāng)設(shè)置為輸出模式，向指定的位寫入數(shù)據(jù)，相應(yīng)的IO就會(huì)輸出相應(yīng)的高低電平；當(dāng)設(shè)置為輸入模式，比如GPIO1_IO00引腳接地的話，GPIO1.DR的bit0就是0
? 配置GDIR寄存器：方向寄存器，設(shè)置GPIO的工作方向是輸入還是輸出，每個(gè)位對(duì)應(yīng)一個(gè)IO
若要設(shè)置GPIO1_IO00為輸入，則GPIO1.GDIR=0；反之GPIO1.GDIR=1
? 配置PSR寄存器：狀態(tài)寄存器，每個(gè)IO對(duì)應(yīng)一個(gè)位，用于獲取對(duì)應(yīng)的GPIO的狀態(tài)
是一個(gè)只讀寄存器，功能類似于輸入狀態(tài)下的DR寄存器
? 配置ICR1/ICR2寄存器：中斷控制寄存器，每?jī)晌粚?duì)應(yīng)一個(gè)GPIO，ICR1用于配置低16個(gè)GPIO，ICR2用于配置高16個(gè)GPIO
例如設(shè)置GPIO1_IO15為上升沿觸發(fā)中斷，則GPIO1.ICR1 = 2 << 30
? 配置IMR寄存器：中斷屏蔽寄存器，每個(gè)IO對(duì)應(yīng)一個(gè)位，用于控制GPIO的中斷使能和禁止
例如要使能GPIO1_IO00的中斷，則GPIO1.MIR=1
? 配置ISR寄存器：中斷狀態(tài)寄存器，每個(gè)IO對(duì)應(yīng)一個(gè)位，只要某個(gè)GPIO的中斷發(fā)生，ISR中相應(yīng)的位會(huì)被置1
可通過(guò)讀取ISR寄存器來(lái)判斷GPIO中斷是否發(fā)生，相當(dāng)于中斷標(biāo)志位。處理完中斷后，必須清除中斷標(biāo)志位
? 配置EDGE_SEL寄存器：邊沿選擇寄存器，每個(gè)IO對(duì)應(yīng)一個(gè)位，用來(lái)設(shè)置邊沿中斷， 并會(huì)覆蓋ICR1和ICR2的設(shè)置
若相應(yīng)位被置1，相當(dāng)于設(shè)置了對(duì)應(yīng)GPIO雙邊沿(上升沿和下降沿)觸發(fā)。例如，設(shè)置GPIO1.EDGE_SEL=1，則表示雙邊沿觸發(fā)中斷，無(wú)論 GFPIO1_CR1的設(shè)置為多少
3. GPIO配置總結(jié)
綜上所述，i.MX6ULL的IO作為GPIO使用，需要進(jìn)行以下幾個(gè)步驟的配置：
使能GPIO對(duì)應(yīng)的時(shí)鐘
配置MUX寄存器，設(shè)置IO的復(fù)用功能，使其復(fù)用為GPIO功能
配置PAD寄存器，設(shè)置IO的上下拉、速度等
配置GPIO的各種寄存器，設(shè)置輸入/輸出、是否使用中斷、默認(rèn)輸出電平等
裸機(jī)開發(fā)中，需要自已定義寄存器及其地址，通常代碼如下：
/* 寄存器物理地址 */
#define CCM_CCGR1_BASE (0X020C406C)
#define SW_MUX_SNVS_TAMPER3_BASE (0X02290014)
#define SW_PAD_SNVS_TAMPER3_BASE (0X02290058)
#define GPIO5_DR_BASE (0X020AC000)
#define GPIO5_GDIR_BASE (0X020AC004)
