i.MX6ULL处理器GPIO寄存器配置原理

公众号：嵌入式攻城狮（ID：andyxi_linux）

作者：安迪西

之前的文章中介绍了新旧字符设备驱动开发的方式，并利用虚拟的字符设备来学习其开发流程，没有涉及到操作Linux开发板上的硬件。对硬件的操作，究其本质最终都是要操作处理器的寄存器。因此在操作硬件之前，我们需要先了解有关GPIO的寄存器配置原理及方法

1. 认识i.MX6ULL处理器GPIO

1.1 基本概念

以下是一些名词缩写及其含义：

IO：Input Output，用于CPU与外界进行信息交互

GPIO：General Purpose IO ports，通用IO口

SNVS：Secure Non-Volatile Storage 安全的非易失性存储

IOMUX：Input Output Multiplexer 输入/输出多路复用器

IOMUXC：Input Output Multiplexer Controller 输入/输出多路复用控制器

SW：Switch 开关

1.2 GPIO逻辑结构

下图为i.MX6ULL处理器的GPIO硬件结构框图，其中PAD1和PAD2表示i.MX6ULL芯片引出的GPIO引脚，其余部件均位于芯片内部

上图中各部分的功能和作用如下

⏩ PAD1：GPIO引脚，其左侧通过IOMUX复用选择器连接到各种寄存器上

⏩ IOMUX复用选择器：用于将芯片引脚与最左侧的各种寄存器连接起来

⏩ IOMUXC复用控制器：IO通过MUX寄存器来配置复用功能，如GPIO、IIC等；通过PAD寄存器来配置引脚属性，如驱动能力，是否使用上下拉电阻等

⏩ Block外设功能控制块：例如具有PWM输出功能的引脚，它需要PWM外设的支持

⏩ GPIO外设：GPIO是每个IO都有的外设，是IO控制的基本功能， 如输出高低电平、 检测电平输入等。当需要使用引脚的GPIO功能时，就要配置GPIO外设中的各个寄存器

⏩ PAD2：另一个引脚，它与PAD1有一根信号线连接，表示部分引脚的输出可以作为另一个引脚的输入

1.3 GPIO命名

i.MX6ULL处理器的GPIO被分为5组，且每组的数量不同，具体可查阅数据手册

另外根据IO类别，可以分为两大类：SNVS域IO和通用域IO，这两类IO本质上是一样的

2. 配置i.MX6ULL处理器GPIO

下面以GPIO1_IO00引脚为例，介绍GPIO配置的步骤

2.1 时钟配置

I.MX6ULL每个外设都有一个外设时钟，使用GPIO时，也必须先使能对应的时钟。CCM(Clock Controller Module)时钟控制模块寄存器用来使能外设时钟。CMM一共有CCM_CCGR0~CCM_CCGR6这7个寄存器，控制着I.MX6U的所有外设时钟开关

以CCM_CCGR0为例，它是个32位寄存器，每2位控制一个外设的时钟，比如 bit31:30 控制着GPIO2 的外设时钟，两个位就有 4 种操作方式：

若要打开GPIO2的外设时钟，只需要设置CCM_CCGR0的bit31和bit30为1即可，即 CCM_CCGR0=3 << 30

2.2 IO配置

⏩ 配置MUX寄存器：配置复用功能

IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_GPIO1_IO00寄存器地址为：0x020E005C，只用到了最低的5位，bit0~bit3就是设置复用功能的，该引脚可复用为9种不同功能的IO

⏩ 配置PAD寄存器：配置引脚属性

IOMUXC_SW_PAD_CTL_PAD_GPIO1_IO00寄存器地址为：0x020E02E8，只用到了低17位，用于设置速度、驱动能力、压摆率等

2.3 GPIO配置

上面的MUX和PAD寄存器都是配置IO的，当把IO配置为了GPIO功能后，还需要继续对GPIO外设的各种寄存器进行配置⏩ 配置DR寄存器：数据寄存器，一个GPIO组最大只有32个IO，32位DR寄存器中的每一个位对应一个GPIO

当设置为输出模式，向指定的位写入数据，相应的IO就会输出相应的高低电平；当设置为输入模式，比如GPIO1_IO00引脚接地的话，GPIO1.DR的bit0就是0

⏩ 配置GDIR寄存器：方向寄存器，设置GPIO的工作方向是输入还是输出，每个位对应一个IO

若要设置GPIO1_IO00为输入，则GPIO1.GDIR=0；反之GPIO1.GDIR=1

⏩ 配置PSR寄存器：状态寄存器，每个IO对应一个位，用于获取对应的GPIO的状态

是一个只读寄存器，功能类似于输入状态下的DR寄存器

⏩ 配置ICR1/ICR2寄存器：中断控制寄存器，每两位对应一个GPIO，ICR1用于配置低16个GPIO，ICR2用于配置高16个GPIO

例如设置GPIO1_IO15为上升沿触发中断，则GPIO1.ICR1 = 2 << 30

⏩ 配置IMR寄存器：中断屏蔽寄存器，每个IO对应一个位，用于控制GPIO的中断使能和禁止

例如要使能GPIO1_IO00的中断，则GPIO1.MIR=1

⏩ 配置ISR寄存器：中断状态寄存器，每个IO对应一个位，只要某个GPIO的中断发生，ISR中相应的位会被置1

可通过读取ISR寄存器来判断GPIO中断是否发生，相当于中断标志位。处理完中断后，必须清除中断标志位

⏩ 配置EDGE_SEL寄存器：边沿选择寄存器，每个IO对应一个位，用来设置边沿中断， 并会覆盖ICR1和ICR2的设置

若相应位被置1，相当于设置了对应GPIO双边沿(上升沿和下降沿)触发。例如，设置GPIO1.EDGE_SEL=1，则表示双边沿触发中断，无论 GFPIO1_CR1的设置为多少

3. GPIO配置总结

综上所述，i.MX6ULL的IO作为GPIO使用，需要进行以下几个步骤的配置：

使能GPIO对应的时钟

配置MUX寄存器，设置IO的复用功能，使其复用为GPIO功能

配置PAD寄存器，设置IO的上下拉、速度等

配置GPIO的各种寄存器，设置输入/输出、是否使用中断、默认输出电平等

裸机开发中，需要自已定义寄存器及其地址，通常代码如下：

/* 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)