i.MX6ULL處理器GPIO寄存器配置原理

公眾號：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)動開發(fā)的方式，并利用虛擬的字符設(shè)備來學(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

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

? IOMUXC復(fù)用控制器：IO通過MUX寄存器來配置復(fù)用功能，如GPIO、IIC等；通過PAD寄存器來配置引腳屬性，如驅(qū)動能力，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、 檢測電平輸入等。當(dāng)需要使用引腳的GPIO功能時，就要配置GPIO外設(shè)中的各個寄存器

? PAD2：另一個引腳，它與PAD1有一根信號線連接，表示部分引腳的輸出可以作為另一個引腳的輸入

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

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 時鐘配置

I.MX6ULL每個外設(shè)都有一個外設(shè)時鐘，使用GPIO時，也必須先使能對應(yīng)的時鐘。CCM(Clock Controller Module)時鐘控制模塊寄存器用來使能外設(shè)時鐘。CMM一共有CCM_CCGR0~CCM_CCGR6這7個寄存器，控制著I.MX6U的所有外設(shè)時鐘開關(guān)

以CCM_CCGR0為例，它是個32位寄存器，每2位控制一個外設(shè)的時鐘，比如 bit31:30 控制著GPIO2 的外設(shè)時鐘，兩個位就有 4 種操作方式：

若要打開GPIO2的外設(shè)時鐘，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GPIO組最大只有32個IO，32位DR寄存器中的每一個位對應(yīng)一個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，每個位對應(yīng)一個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IO對應(yīng)一個位，用于獲取對應(yīng)的GPIO的狀態(tài)

是一個只讀寄存器，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，每兩位對應(yīng)一個GPIO，ICR1用于配置低16個GPIO，ICR2用于配置高16個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IO對應(yīng)一個位，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IO對應(yīng)一個位，只要某個GPIO的中斷發(fā)生，ISR中相應(yīng)的位會被置1

可通過讀取ISR寄存器來判斷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IO對應(yīng)一個位，用來設(shè)置邊沿中斷， 并會覆蓋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)行以下幾個步驟的配置：

使能GPIO對應(yīng)的時鐘

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)