Linux驅動開發：匯編LED燈實驗（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 復用將IO作為其它外設 引腳使用
4. 設定初始輸出的電平高低

下面我們學習 IMX6UL 的 GPIO 原理也是按照這樣的流程來學習

1.1 I.MX6UL IO命名

學習前先了解一下 IMX 的命名方式，在以前學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檔案可以參考 IMX6UL 官方檔案

1.2 I.MX6UL IO復用

IO 復用是通過一個暫存器來控制的，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位暫存器，暫存器如下：

可以看到暫存器的地址為 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 的復用暫存器一個簡單的介紹，不同的 IO 他的復用暫存器不完全相同，需要根據手冊具體去查詢

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 口的復用配置暫存器，但 IO 的具體作業配置還有另外一個暫存器進行控制，繼續以 GPIO1 組的 IO00 為例子；具體 IO 作業配置暫存器由 IOMUXC_SW_PAD_CTL_PAD_GPIO1_IO00 控制，該暫存器如下：

其不同位控制的 IO 配置功能不同，需要結合 IO 的作業原理圖來理解，上 IO 原理圖：

暫存器分析：

HYS(bit16)： 對應圖中 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行處理，關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，用來設定上下拉電阻的：

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

狀態保持器在 IO 作為輸入的時候才有用，當外部電路斷電以后此 IO 口可以保持住之前狀態，

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

ODE(bit11)： 對應圖中的 ODE，當 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，當此位為 1 的時候就使能開路輸出功能，

SPEED(bit7:6)： 對應圖中的 SPEED，當 IO 用作輸出的時候，此位用來設定 IO 速度

DSE(bit5:3)： 對應圖中 DSE，當 IO 用作輸出的時候用來設定 IO 的驅動能力， 總共有 8 個可選選項，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)： 對應圖中的 SRE，設定壓擺率，當此位為 0 的時候是低壓擺率，當為 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：運放壓擺率

1.4 I.MX6UL GPIO配置

1.2 和 1.3 講了IO 的復用與功能暫存器配置，1.4 小節分析 IO 眾多復用里面的一種 GPIO 的具體配置

首先看一下 GPIO 的結構圖：

結構中可以看到 IOMUXC 里面有 SW_MUX_CTL_PAD_* 和 SW_PAD_CTL_PAD__* 兩個暫存器用于配置 IO；而單獨的 GPIO 配置則是另外 8 個 GPIO 自己的暫存器進行配置；

這 8 個暫存器介紹如下：

首先看 GPIOx_DR 資料暫存器，由翻譯可以看到，DR 暫存器在 IO 的模式設定為 GPIO 且 GPIO 的輸入輸出方向確定好后，輸出狀態時 DR 暫存器里面的位可以控制 GPIO 的輸出值，輸入時則存盤輸入的狀態值，通過讀取可以獲取 GPIO 狀態，比如當 GPIO1_IO00 引腳接地，那么 GPIO1.DR 的 bit0 就是 0

GPIOx_IR 方向暫存器，結構如下：

GPIO_GDIR 作為方向控制，每個位指定了一位信號的方向，此暫存器用來設定某個 IO 的作業方向，是輸入還是輸出，同 樣的，每個 IO 對應一個位，如果要設定 GPIO 為輸入的話就設定相應的位為 0，如果要設定為輸出的話就設定為 1

PSR 暫存器： GPIO 的狀態暫存器

PSR 暫存器也是一個 GPIO 對應一個位，讀取相應的位即可獲取對應的 GPIO 的狀態，也就是 GPIO 的高低電平值，功能和輸入狀態下的 DR 暫存器一樣

ICR1和ICR2 是中斷控制暫存器， ICR1用于配置低16個GPIO， ICR2 用于配置高 16 個 GPIO，以 ICR1 為例子：暫存器結構如下：

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：

比如要設定 GPIO1_IO15 為上升沿觸發中斷，那么使用 GPIO1.ICR1=2<<30 就可以設定

IMR ： 中斷屏蔽暫存器，一個 GPIO 對應一個位，IMR 暫存器用來控制 GPIO 的中斷禁止和使能，1 對應中斷使能，0 則是禁止

**ISR 是中斷狀態暫存器 ** ：一個 GPIO 對應一個位，只要某個 GPIO 的中斷發生，那么 ISR 中相應的位就會被置 1，通過讀取值判斷中斷有沒有發生

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

EDGE_SEL 暫存器用來設定邊沿中斷，該暫存器會覆寫 ICR1 和 ICR2 的設定，同樣是一 個 GPIO 對應一個位，如果相應的位被置 1，那么就相當與設定了對應的 GPIO 是上升沿和下降 沿(雙邊沿)觸發，暫存器如下

1.5 I.MX6UL時鐘使能

I.MX6U 有復雜的時鐘系統，每個外設的時鐘都可以獨立的使能或禁止，這樣可以關閉掉不使用的外設時鐘，起到 省電的目的，時鐘系統后面學習到在分析，當前先研究 IO 時鐘如何使能

時鐘系統有關的模塊叫做 Clock Controller Module(CCM) ，其中控制時鐘使能的暫存器為CCM_CCGR0~CCM_CCGR6 這 7 個暫存器，這 7 個暫存器控制著 I.MX6U 的所有外設時鐘開關，CCM_CCGR0 結構體如圖：

每 2 位控制一個外設的時鐘，控制功能如下：

要使能對應的時鐘只要置位對應的時鐘控制位就行！

二、開發板原理圖

正點原子阿爾法LED燈原理圖如下：

LED0 接到了 GPIO_3 上，GPIO_3 就是 GPIO1_IO03

三、程式撰寫

程式撰寫按照下面的流程進行撰寫：

1. 使能IO時鐘
2. 設定IO復用功能
3. 配置IO運行功能
4. 配置具體GPIO暫存器
5. 設定輸入輸出

• 使能IO時鐘

配置 CCM 的 CCGR0-6 暫存器，開啟所有時鐘

讀取立即數到 R0 、 R1，通過暫存器間接尋址將 R1 的值賦值給目標地址

ldr r0, =0X020C4068 	# CCGR0
ldr r1, =0XFFFFFFFF  
str r1, [r0]		

ldr r0, =0X020C406C  	# CCGR1
str r1, [r0]

ldr r0, =0X020C4070  	# CCGR2
str r1, [r0]

ldr r0, =0X020C4074  	# CCGR3
str r1, [r0]

ldr r0, =0X020C4078  	# CCGR4
str r1, [r0]

ldr r0, =0X020C407C  	# CCGR5
str r1, [r0]

ldr r0, =0X020C4080  	# CCGR6
str r1, [r0]

• 設定IO復用功能

ldr r0, =0X020E0068	# 將暫存器 SW_MUX_GPIO1_IO03_BASE 地址加載到 r0 中
ldr r1, =0X5		
str r1,[r0]		# 設定暫存器 SW_MUX_GPIO1_IO03_BASE 的 MODE 為5

• 配置IO運行功能

# 模式配置
# bit 16:0 HYS關閉
# bit [15:14]: 00 默認下拉
# bit [13]: 0 kepper功能
# bit [12]: 1 pull/keeper使能
# bit [11]: 0 關閉開路輸出
# bit [7:6]: 10 速度100Mhz
# bit [5:3]: 110 R0/6驅動能力
# bit [0]: 0 低轉換率

# 暫存器 SW_PAD_GPIO1_IO03_BASE
ldr r0, =0X020E02F4	
ldr r1, =0X10B0
str r1,[r0]

• 配置具體GPIO暫存器

# 暫存器GPIO1_GDIR
ldr r0, =0X0209C004
# 配置為輸出模式
ldr r1, =0X0000008		
str r1,[r0]

• 設定GPIO輸入輸出值

# 暫存器GPIO1_DR
ldr r0, =0X0209C000
# 輸出低電平
ldr r1, =0		
str r1,[r0]

在開頭添加一個全域入口宣告代碼

.global _start

_start
# 需要運行的代碼

結尾加一個死回圈，防止程式結束

loop:
	b loop 	

四、編譯下載

編譯使用 makefile 進行編譯鏈接得到 .elf 檔案，之后轉化為 .bin 檔案，通過 imxdownload 到 sd 下插到開發板上進行 SD 啟動，具體步驟可以參考我之前的文章： Linux驅動開發：I.MX6UL 程式編譯下載（SD卡）

五、實驗現象

下載程式后，LED 燈點亮