ELADCMSecondEditionChapterFivePartⅥ

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具体单板的GPIO操作方法

请使用GIT下载文档后，看下图红框所示目录中各板子对应的文档及图片。

网盘中相同名字的目录下也有对应的视频。

为方便学习，在本文档中也把上述GIT目录中的文档添加进来了。

AM335X的GPIO操作方法

GPIO: General-purpose input/output，通用的输入输出口

PRCM: Power, Reset, and Clock Management (电源、复位、时钟管理器)

CM: Control Module(控制模块) 或 Clock Module (时钟模块)

PRM_PER: Power Reset Module Peripheral Registers(电源/复位模块中关于外设的寄存器)

CM_PER: Clock Module Peripheral Registers (时钟模块中关于外设的寄存器)

AM335X的GPIO模块结构

有4组GPIO（GPIO0～3），每组有32个GPIO。

GPIO的控制涉及3大模块：PRCM、Control Module、GPIO模块本身。

① PRCM用于使能模块：

GPIO0永远都是使能的，GPIO1～3可单独控制。

PRCM模块给GPIO模块常供电，只需要使能GPIO模块的时钟。

② Control Module用于设置模式(Mode)：

设置引脚的Mode(即选择功能)、上下拉电阻等；

每一个GPIO引脚在Control Module中都有一个寄存器，怎么找到这个寄存器？

a. 根据pin number确定pin name

b. 根据pin name在Control Module中确定寄存器

③ GPIO模块内部：

方向：引脚Mode设置为GPIO时，可以继续设置它是输出引脚，还是输入引脚。

数值：对于输出引脚，可以设置寄存器让它输出高、低电平；

对于输入引脚，可以读取寄存器得到引脚的当前电平。

AM335X的GPIO相关寄存器

set-and-clear协议

假设某个GPIO被设置为输出，怎么设置它的输出电平呢？AM335X中对于每个GPIO模块有一个GPIO_DATAOUT寄存器，其中的每一位对应一个引脚，如下：

要设置某一位时，不能影响到其他位，操作方法是：读出原来的值，修改某一位，把新值写回去。需要3个步骤才可以设置某一位的值，这效率太低了！

使用set-and-clear可以只用一个步骤即可修改某一位的值。

当想设置某一位为1时，往DATA_SETDATAOUT寄存器中某位写入1即可，芯片内部会把对应引脚的电平设置为1，并且不会影响其他引脚：

当想清除某一位为0时，往DATA_CLEARDATAOUT寄存器中某位写入1即可，芯片内部会把对应引脚的电平设置为0，并且不会影响其他引脚：

并非所有的芯片都有set-and-clear功能，TI的AM335X系列芯片有这功能。

RK3288的GPIO操作方法

GPIO: General-purpose input/output，通用的输入输出口

CRU: Clock & Reset Unit (时钟和复位单元)

PMU: Power Managerment Unit (电源管理单元)

GRF: General Register Files (通用寄存器文件)

RK3288的GPIO模块结构

有9组GPIO（GPIO0～8），每组分为最多4个小组port A/B/C/D，每小组最多8个GPIO。理论上每组GPIO的引脚有32个，但是实际上并没有那么多。比如GPIO0只有GPIO0_A0～A7、GPIO0_B0～B7、GPIO0_C0～C2这些引脚。

GPIO的控制涉及4大模块：CRU、PMU、GRF、GPIO模块本身。

① CRU用于设置是否向GPIO模块提供时钟：

CRU的内部结构如下图所示：

可以设置寄存器使能GPIOx的时钟：

a. CRU_CLKGATE17_CON用于控制GPIO0；

b. CRU_CLKGATE14_CON用于控制GPIO1～8

② PMU用于控制电源：

电源管理单元里，有多个电源域(power domain，简称为PM)，在一个域下有多个设备。

比如PD_ALIVE，它下面有这些设备：CRU、GRF、GPIO 1~8、TIMER或WDT。

比如PD_PMU，它下面有这些设备：PMU、SRAM(4K)、Secure GRF、GPIO0。

可见，GPIO0、GPIO1~8分属不同的PM。

GPIO0、GPIO1～8都是常供电的，它们是否工作取决于其时钟是否使能。

③ 设置引脚的模式(Mode、功能)：

GPIO0比较特殊，为了让其引脚用于GPIO功能，要设置PMU里的相关寄存器。

GPIO1～8类似，为了让其引脚用于GPIO功能，要设置GRF里的相关寄存器。

④ GPIO模块内部：

方向：引脚设置为GPIO时，可以继续设置寄存器GPIO_SWPORTA_DDR确定它是输出引脚，还是输入引脚。

数值：对于输出引脚，可以设置寄存器GPIO_SWPORTA_DR让它输出高、低电平；

对于输入引脚，可以读取寄存器GPIO_EXT_PORTA得到引脚的当前电平。

RK3288的GPIO相关寄存器

RK3399的GPIO操作方法

GPIO: General-purpose input/output，通用的输入输出口

CRU: Clock & Reset Unit (时钟和复位单元)

PMU: Power Managerment Unit (电源管理单元)

GRF: General Register Files (通用寄存器文件)

RK3399的GPIO模块结构

有5组GPIO（GPIO0～4），每组分为最多4个小组port A/B/C/D，每小组最多8个GPIO。理论上每组GPIO的引脚有32个，但是实际上并没有那么多。比如GPIO0只有GPIO0_A0～A7、GPIO0_B0～B5这些引脚。

GPIO的控制涉及4大模块：CRU、PMU、GRF、GPIO模块本身。

① CRU用于设置是否向GPIO模块提供时钟

a. PMUCRU_CLKGATE_CON1用于控制GPIO0～1；

b. CRU_CLKGATE_CON31用于控制GPIO2～4

② PMU用于控制电源：

电源管理单元里，有多个电源域(power domain，简称为PM)，在一个域下有多个设备。

比如PD_ALIVE，它下面有这些设备：CRU、GRF、GPIO 1~4、TIMER或WDT。

比如PD_PMU，它下面有这些设备：cm0、PMU、SRAM(8K)、Secure GRF、GPIO0、PVTM、I2C。

可见，GPIO0、GPIO1~4分属不同的PM。

GPIO0、GPIO1～4都是常供电的。

③ 设置引脚的模式(Mode、功能)：

GPIO0～1比较特殊，为了让其引脚用于GPIO功能，要设置PMU里的相关寄存器。

GPIO2～4类似，为了让其引脚用于GPIO功能，要设置GRF里的相关寄存器。

④ GPIO模块内部：

方向：引脚设置为GPIO时，可以继续设置寄存器GPIO_SWPORTA_DDR确定它是输出引脚，还是输入引脚。

数值：对于输出引脚，可以设置寄存器GPIO_SWPORTA_DR让它输出高、低电平；

对于输入引脚，可以读取寄存器GPIO_EXT_PORTA得到引脚的当前电平。

RK3399的GPIO相关寄存器

IMX6ULL的GPIO操作方法

CCM: Clock Controller Module (时钟控制模块)

IOMUXC : IOMUX Controller，IO复用控制器

GPIO: General-purpose input/output，通用的输入输出口

IMX6ULL的GPIO模块结构

参考资料：芯片手册《Chapter 26: General Purpose Input/Output (GPIO)》

有5组GPIO（GPIO1～GPIO5），每组引脚最多有32个，但是可能实际上并没有那么多。

GPIO1有32个引脚：GPIO1_IO0~GPIO1_IO31；

GPIO2有22个引脚：GPIO2_IO0~GPIO2_IO21；

GPIO3有29个引脚：GPIO3_IO0~GPIO3_IO28；

GPIO4有29个引脚：GPIO4_IO0~GPIO4_IO28；

GPIO5有12个引脚：GPIO5_IO0~GPIO5_IO11；

GPIO的控制涉及4大模块：CCM、IOMUXC、GPIO模块本身，框图如下：

CCM用于设置是否向GPIO模块提供时钟

参考资料：芯片手册《Chapter 18: Clock Controller Module (CCM)》

GPIOx要用CCM_CCGRy寄存器中的2位来决定该组GPIO是否使能。哪组GPIO用哪个CCM_CCGR寄存器来设置，请看上图红框部分。

CCM_CCGR寄存器中某2位的取值含义如下：

① 00：该GPIO模块全程被关闭

② 01：该GPIO模块在CPU run mode情况下是使能的；在WAIT或STOP模式下，关闭

③ 10：保留

④ 11：该GPIO模块全程使能

GPIO2时钟控制：

GPIO1、GPIO5时钟控制：

GPIO3时钟控制：

GPIO4时钟控制：

IOMUXC：引脚的模式(Mode、功能)

参考资料：芯片手册《Chapter 32: IOMUX Controller (IOMUXC)》。

对于某个/某组引脚，IOMUXC中有2个寄存器用来设置它：

① 选择功能：

IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_<PADNAME> ：Mux pad xxx，选择某个pad的功能

IOMUXC_SW_MUX_CTL_GRP_<GROUP NAME>：Mux grp xxx，选择某组引脚的功能

某个引脚，或是某组预设的引脚，都有8个可选的模式(alternate (ALT) MUX_MODE)。

比如：

② 设置上下拉电阻等参数：

IOMUXC_SW_PAD_CTL_PAD_<PADNAME> ： pad pad xxx，设置某个pad的参数

IOMUXC_SW_PAD_CTL_GRP_<GROUP NAME>：pad grp xxx，设置某组引脚的参数

比如：

GPIO模块内部

框图如下：

我们暂时只需要关心3个寄存器：

① GPIOx_GDIR：设置引脚方向，每位对应一个引脚，1-output，0-input

② GPIOx_GDIR：设置输出引脚的电平，每位对应一个引脚，1-高电平，0-低电平

③ GPIOx_PSR：读取引脚的电平，每位对应一个引脚，1-高电平，0-低电平

怎么编程

读GPIO

翻译一下：

① 设置CCM_CCGRx寄存器中某位使能对应的GPIO模块 // 默认是使能的，上图省略了

② 设置IOMUX来选择引脚用于GPIO

③ 设置GPIOx_GDIR中某位为0，把该引脚设置为输入功能

④ 读GPIOx_DR或GPIOx_PSR得到某位的值（读GPIOx_DR返回的是GPIOx_PSR的值）

写GPIO

翻译一下：

① 设置CCM_CCGRx寄存器中某位使能对应的GPIO模块 // 默认是使能的，上图省略了

② 设置IOMUX来选择引脚用于GPIO

③ 设置GPIOx_GDIR中某位为1，把该引脚设置为输出功能

④ 写GPIOx_DR某位的值

需要注意的是，你可以设置该引脚的loopback功能，这样就可以从GPIOx_PSR中读到引脚的有实电平；你从GPIOx_DR中读回的只是上次设置的值，它并不能反应引脚的真实电平，比如可能因为硬件故障导致该引脚跟地短路了，你通过设置GPIOx_DR让它输出高电平并不会起效果。