树莓派底层编程-GPIO篇

只看该作者 · 2015-10-27 02:04

树莓派底层编程-GPIO篇0 前言

本来是准备写一篇用python控制GPIO的例子，结果发现太简单了，还是深入一些吧，多深入底层

接下来，我会按照下面的顺序来介绍：
1）GPIO控制器地址映射
2）GPIO主要控制寄存器介绍
3）GPIO操作流程
4）用C语言控制GPIO
6）用python来控制GPIO

1 概述

树莓派2B采用的CPU为BCM2836，外设部分和BCM2835完全一致，所以就可以参考BCM2835的寄存器手册
但是，这个寄存器手册笔误有点多，建议配合着wiki的勘误手册来看

CPU总共有54个IO，每个IO都可以复用，配置输入或者输出模式，单从GPIO部分来看，比较简单，无非是输入／输出，触法模式等，和一般的MCU没有太大差异

2 地址映射

BCM2835将BUS的地址空间，通过MMU映射到线性寻址空间，如下所示

这里，我们从左到右看，IO Peripherals的基地址为0x7E000000，然后映射后的基地址为0x20000000
也就是说外设的地址空间为0x20000000~0x20FFFFFF

接下来，在手册中，找到GPIO章节，查看寄存器地址，如下所示

比如GPFSEL0寄存器的BUS地址为0x7E200000，也就是说相对偏移为0x00200000，所以我们可以知道映射后的GPIO基地址为
0x20200000(0x20000000 + 0x00200000)，其它寄存器的地址以此类推

3 寄存器介绍

解决了GPIO寄存器地址问题，下面就需要知道如何控制GPIO，大致浏览GPIO章节，发现相当简单，GPIO的主要功能有

外设模式
GPIO模式
输出／输出
上拉／下拉
事件监测（上升沿／下降沿／边缘变化／高电平／低电平）

下面简单介绍GPIO相关寄存器

GPFSELn(n=0/1/2/3/4)
用于选择GPIO管脚的模式是IO输出还是输入或者是复用
GPSETn
设置IO输出值，写1有效，表示置高对应管脚
GPCLRn
设置IO输出值，写1有效，表示置低对应管脚
GPLEVn
IO当前值，用于读入当前的电平值
GPEDSn
也就是所谓的事件标志位，可以通过该位来检查是否有事件发生，写1清零
GPRENn／GPRENn／GPHENn／GPLENn
用于设置IO的事件模式，比如上升沿／下降沿／跳变／高电平／低电平触发方式，触发事件后，会发送一个中断信号给CPU
从而实现中断机制
GPPUD／GPPUDCLKn
上拉／下拉配置寄存器，这个比较特殊，CPU不会保存这个配置状态，需要用户用软件来配置并保存，配置掉电不丢失，同时，
系统只提供两个相关寄存器，所以配置时需要采用复用模式，并遵循特定的配置方式和延时，具体参见手册介绍