Linux驅(qū)動開發(fā)：匯編LED燈實(shí)驗(yàn)（I.MX6UL芯片）

一、I.MX6UL的GPIO原理

研究IMX6UL GPIO 原理前先回憶一下STM32GPIO配置流程，其主要分為4個步驟：

1. 使能指定 GPIO 的時鐘。
2. 初始化 GPIO，如輸出功能、上拉、速度等
3. 是否開啟 IO 復(fù)用將IO作為其它外設(shè) 引腳使用
4. 設(shè)置初始輸出的電平高低

下面我們學(xué)習(xí) IMX6UL 的 GPIO 原理也是按照這樣的流程來學(xué)習(xí)

1.1 I.MX6UL IO命名

學(xué)習(xí)前先了解一下 IMX 的命名方式，在以前學(xué)STM32時他的 IO 口是按照一組一組來命名的，如PA是一組，一組里面有16個 IO 口即 PA0-PA15；而在 IMX6UL里面命名方式則大不一樣，I.MX6UL 的 IO 主要分為兩類：SNVS 域IO和通用 IO

SNVC域 IO 命名： IOMUXC_SNVC_SW_MUX_CTL_PAD_XX_XX，后面的 XX_XX 就是 GPIO 命名， 比如：BOOT_MODE0 等等

通用 IO 命名： IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_XX_XX，后面的 XX_XX 就是 GPIO 命名， 比如：GPIO1_IO01、UART1_TX_DATA、JTAG_MOD 等等

具體IO文檔可以參考 IMX6UL 官方文檔

1.2 I.MX6UL IO復(fù)用

IO 復(fù)用是通過一個寄存器來控制的，這里我以 IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_GPIO1_IO00 為例子，翻閱手冊可以看到一個 IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_GPIO1_IO01 的32位寄存器，寄存器如下：

可以看到寄存器的地址為 20E_005CH 低5位用于模式控制分為 SION 和 MUX_MODE，其他的則是保留位

MUX_MODE 的0到3位對應(yīng)具體模式，具體有以下幾個：

SION 的控制功能如下：

以上就是 IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_GPIO1_IO00 的復(fù)用寄存器一個簡單的介紹，不同的 IO 他的復(fù)用寄存器不完全相同，需要根據(jù)手冊具體去查詢

I.MX6U 的 GPIO 一共有 5 組：GPIO1、GPIO2、GPIO3、GPIO4 和 GPIO5， 其中 GPIO1 有 32 個 IO，GPIO2 有 22 個 IO，GPIO3 有 29 個 IO、GPIO4 有 29 個 IO，GPIO5 有 12 個 IO，一共有 124 個 GPIO

1.3 I.MX6UL IO配置

1.2 講述的是 IO 口的復(fù)用配置寄存器，但 IO 的具體工作配置還有另外一個寄存器進(jìn)行控制，繼續(xù)以 GPIO1 組的 IO00 為例子；具體 IO 工作配置寄存器由 IOMUXC_SW_PAD_CTL_PAD_GPIO1_IO00 控制，該寄存器如下：

其不同位控制的 IO 配置功能不同，需要結(jié)合 IO 的工作原理圖來理解，上 IO 原理圖：

寄存器分析：

HYS(bit16)： 對應(yīng)圖中 HYS，用來使能遲滯比較器，在 IO 輸入時有效，可以用來對輸入波形進(jìn)行處理，關(guān)于遲滯比較器可以看這篇文章 ： 遲滯比較器；HYS 為 0 的時候禁止遲滯比較器，為 1 的時候使能遲滯比較器

PUS(bit15:14)： 圖中的 PUS，用來設(shè)置上下拉電阻的：

PUE(bit13)： 上圖沒有顯示，當(dāng) IO 作為輸入的時候，這個位用來設(shè)置 IO 是使用上下拉還是使用狀態(tài)保持器。為 0 的時候使用狀態(tài)保持器，當(dāng)為 1 的時候使用上下拉。

狀態(tài)保持器在 IO 作為輸入的時候才有用，當(dāng)外部電路斷電以后此 IO 口可以保持住之前狀態(tài)。

PKE(bit12)： 對應(yīng)圖中的 PKE，此位用來使能或者禁止上下拉或者狀態(tài)保持器功能，為 0 時禁止上下拉/狀態(tài)保持器，為 1 時使能上下拉和狀態(tài)保持器。

ODE(bit11)： 對應(yīng)圖中的 ODE，當(dāng) IO 作為輸出的時候，此位用來禁止或者使能開路輸出，此位為 0 的時候禁止開路輸出，當(dāng)此位為 1 的時候就使能開路輸出功能。

SPEED(bit7:6)： 對應(yīng)圖中的 SPEED，當(dāng) IO 用作輸出的時候，此位用來設(shè)置 IO 速度

DSE(bit5:3)： 對應(yīng)圖中 DSE，當(dāng) IO 用作輸出的時候用來設(shè)置 IO 的驅(qū)動能力， 總共有 8 個可選選項(xiàng)，如表所示：

(3.3V 下 R0 是 260Ω，1.8V 下 R0 是 150Ω，接 DDR 的時候是 240Ω)

SRE(bit0)： 對應(yīng)圖中的 SRE，設(shè)置壓擺率，當(dāng)此位為 0 的時候是低壓擺率，當(dāng)為 1 的時候是高壓擺率。

壓擺率就是 IO 電平跳變所需要的時間，比如從 0 到 1 需要多少時 間，時間越小波形就越陡，說明壓擺率越高；反之，時間越多波形就越緩，壓擺率就越低。高速信號壓擺率要高，速度快；而要考慮電磁兼容性的話壓擺率要低

壓擺率參考文章：運(yùn)放壓擺率

1.4 I.MX6UL GPIO配置

1.2 和 1.3 講了IO 的復(fù)用與功能寄存器配置，1.4 小節(jié)分析 IO 眾多復(fù)用里面的一種 GPIO 的具體配置

首先看一下 GPIO 的結(jié)構(gòu)圖：

結(jié)構(gòu)中可以看到 IOMUXC 里面有 SW_MUX_CTL_PAD_* 和 SW_PAD_CTL_PAD__* 兩個寄存器用于配置 IO；而多帶帶的 GPIO 配置則是另外 8 個 GPIO 自己的寄存器進(jìn)行配置；

這 8 個寄存器介紹如下：

首先看 GPIOx_DR 數(shù)據(jù)寄存器，由翻譯可以看到，DR 寄存器在 IO 的模式設(shè)置為 GPIO 且 GPIO 的輸入輸出方向確定好后，輸出狀態(tài)時 DR 寄存器里面的位可以控制 GPIO 的輸出值，輸入時則存儲輸入的狀態(tài)值，通過讀取可以獲取 GPIO 狀態(tài)，比如當(dāng) GPIO1_IO00 引腳接地，那么 GPIO1.DR 的 bit0 就是 0

GPIOx_IR 方向寄存器，結(jié)構(gòu)如下：

GPIO_GDIR 作為方向控制，每個位指定了一位信號的方向，此寄存器用來設(shè)置某個 IO 的工作方向，是輸入還是輸出。同 樣的，每個 IO 對應(yīng)一個位，如果要設(shè)置 GPIO 為輸入的話就設(shè)置相應(yīng)的位為 0，如果要設(shè)置為輸出的話就設(shè)置為 1

PSR 寄存器： GPIO 的狀態(tài)寄存器

PSR 寄存器也是一個 GPIO 對應(yīng)一個位，讀取相應(yīng)的位即可獲取對應(yīng)的 GPIO 的狀態(tài)，也就是 GPIO 的高低電平值，功能和輸入狀態(tài)下的 DR 寄存器一樣

ICR1和ICR2 是中斷控制寄存器， ICR1用于配置低16個GPIO， ICR2 用于配置高 16 個 GPIO，以 ICR1 為例子：寄存器結(jié)構(gòu)如下：

兩位一組控制一個 GPIO 的中斷，和 STM32 的中斷類似，每一組可配置的選線如下：

比如要設(shè)置 GPIO1_IO15 為上升沿觸發(fā)中斷，那么使用 GPIO1.ICR1=2<<30 就可以設(shè)置

IMR ： 中斷屏蔽寄存器，一個 GPIO 對應(yīng)一個位，IMR 寄存器用來控制 GPIO 的中斷禁止和使能，1 對應(yīng)中斷使能，0 則是禁止

**ISR 是中斷狀態(tài)寄存器 ** ：一個 GPIO 對應(yīng)一個位，只要某個 GPIO 的中斷發(fā)生，那么 ISR 中相應(yīng)的位就會被置 1，通過讀取值判斷中斷有沒有發(fā)生

注意：處理完中斷以后，必須清除中斷標(biāo)志位，清除方法就是向 ISR 中相應(yīng)的位寫 1 清零

EDGE_SEL 寄存器用來設(shè)置邊沿中斷，該寄存器會覆蓋 ICR1 和 ICR2 的設(shè)置，同樣是一 個 GPIO 對應(yīng)一個位。如果相應(yīng)的位被置 1，那么就相當(dāng)與設(shè)置了對應(yīng)的 GPIO 是上升沿和下降 沿(雙邊沿)觸發(fā)，寄存器如下

1.5 I.MX6UL時鐘使能

I.MX6U 有復(fù)雜的時鐘系統(tǒng)，每個外設(shè)的時鐘都可以獨(dú)立的使能或禁止，這樣可以關(guān)閉掉不使用的外設(shè)時鐘，起到 省電的目的，時鐘系統(tǒng)后面學(xué)習(xí)到在分析，當(dāng)前先研究 IO 時鐘如何使能

時鐘系統(tǒng)有關(guān)的模塊叫做 Clock Controller Module(CCM) ，其中控制時鐘使能的寄存器為CCM_CCGR0~CCM_CCGR6 這 7 個寄存器，這 7 個寄存器控制著 I.MX6U 的所有外設(shè)時鐘開關(guān)，CCM_CCGR0 結(jié)構(gòu)體如圖：

每 2 位控制一個外設(shè)的時鐘，控制功能如下：

要使能對應(yīng)的時鐘只要置位對應(yīng)的時鐘控制位就行！

二、開發(fā)板原理圖

正點(diǎn)原子阿爾法LED燈原理圖如下：

LED0 接到了 GPIO_3 上，GPIO_3 就是 GPIO1_IO03

三、程序編寫

程序編寫按照下面的流程進(jìn)行編寫：

1. 使能IO時鐘
2. 設(shè)置IO復(fù)用功能
3. 配置IO運(yùn)行功能
4. 配置具體GPIO寄存器
5. 設(shè)置輸入輸出

• 使能IO時鐘

配置 CCM 的 CCGR0-6 寄存器，開啟所有時鐘

讀取立即數(shù)到 R0 、 R1，通過寄存器間接尋址將 R1 的值賦值給目標(biāo)地址

ldr r0, =0X020C4068 	# CCGR0ldr r1, =0XFFFFFFFF  str r1, [r0]		ldr r0, =0X020C406C  	# CCGR1str r1, [r0]ldr r0, =0X020C4070  	# CCGR2str r1, [r0]ldr r0, =0X020C4074  	# CCGR3str r1, [r0]ldr r0, =0X020C4078  	# CCGR4str r1, [r0]ldr r0, =0X020C407C  	# CCGR5str r1, [r0]ldr r0, =0X020C4080  	# CCGR6str r1, [r0]

• 設(shè)置IO復(fù)用功能

ldr r0, =0X020E0068	# 將寄存器 SW_MUX_GPIO1_IO03_BASE 地址加載到 r0 中l(wèi)dr r1, =0X5		str r1,[r0]		# 設(shè)置寄存器 SW_MUX_GPIO1_IO03_BASE 的 MODE 為5

• 配置IO運(yùn)行功能

# 模式配置# bit 16:0 HYS關(guān)閉# bit [15:14]: 00 默認(rèn)下拉# bit [13]: 0 kepper功能# bit [12]: 1 pull/keeper使能# bit [11]: 0 關(guān)閉開路輸出# bit [7:6]: 10 速度100Mhz# bit [5:3]: 110 R0/6驅(qū)動能力# bit [0]: 0 低轉(zhuǎn)換率# 寄存器 SW_PAD_GPIO1_IO03_BASEldr r0, =0X020E02F4	ldr r1, =0X10B0str r1,[r0]

• 配置具體GPIO寄存器

# 寄存器GPIO1_GDIRldr r0, =0X0209C004# 配置為輸出模式ldr r1, =0X0000008		str r1,[r0]

• 設(shè)置GPIO輸入輸出值

# 寄存器GPIO1_DRldr r0, =0X0209C000# 輸出低電平ldr r1, =0		str r1,[r0]

在開頭添加一個全局入口聲明代碼

.global _start_start# 需要運(yùn)行的代碼

結(jié)尾加一個死循環(huán)，防止程序結(jié)束

loop:	b loop 	

四、編譯下載

編譯使用 makefile 進(jìn)行編譯鏈接得到 .elf 文件，之后轉(zhuǎn)化為 .bin 文件，通過 imxdownload 到 sd 下插到開發(fā)板上進(jìn)行 SD 啟動，具體步驟可以參考我之前的文章： Linux驅(qū)動開發(fā)：I.MX6UL 程序編譯下載（SD卡）

五、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

下載程序后，LED 燈點(diǎn)亮