I.MX6ULL Linux 点灯实验理论及汇编点灯

系列文章目录

I.MX6ULL Linux C语言开发

I.MX6ULL Linux 点灯实验理论

系列文章目录
一、I.MX6ULL GPIO
二、I.MX6ULL IO 命名
三、I.MX6ULL IO 复用
四、I.MX6ULL IO 配置
五、I.MX6ULL GPIO 配置
六、I.MX6ULL GPIO 时钟使能
七、硬件原理分析
八、实验程序编写

一、I.MX6ULL GPIO

一般拿到一款全新的芯片，第一个要做的事情的就是驱动其 GPIO，控制其 GPIO 输
出高低电平

学习 I.MX6U 也一样的，先来学习一下 I.MX6U 的 GPIO，学习方法打开I.MX6NULL手册，然后就是“啃”手册。

总结一下，要将 I.MX6ULL 的 IO 作为 GPIO 使用，我们需要一下几步：
①、使能 GPIO 对应的时钟。
②、设置寄存器 IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_XX_XX，设置 IO 的复用功能，使其复用为 GPIO 功能。
③、设置寄存器 IOMUXC_SW_PAD_CTL_PAD_XX_XX，设置 IO 的上下拉、速度等。
④、第②步已经将 IO 复用为了 GPIO 功能，所以需要配置 GPIO，设置输入/输出、是否使用中断、默认输出电平等。

二、I.MX6ULL IO 命名

I.MX6ULL 参考手册的第 32 章“Chapter 32: IOMUX Controller(IOMUXC)”，第 32 章的书签如图所示：
在这里插入图片描述

从图可以看出，I.MX6ULL 的 IO 分为两类：SNVS 域的和通用的
这两类 IO 本质上都是一样的，我们就有下面的常用 IO 为例，讲解一下 I.MX6ULL 的 IO 命名方式。

图中的形如“IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_GPIO1_IO00”的就是 GPIO 命名 （General-Purpose Input/Output（通用输入/输出）），命名形式就是“IOMUXC_SW_MUC_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。I.MX6ULL是根据某个 IO 所拥有的功能来命名的。比如我们一看到GPIO1_IO01 就知道这个肯定能做 GPIO，看到 UART1_TX_DATA 肯定就知道这个 IO 肯定能做为 UART1 的发送引脚。“Chapter 32: IOMUX Controller(IOMUXC)”这一章列出了 I.MX6ULL 的所有 IO，如果你找遍 32 章的书签，你会发现貌似 GPIO 只有 GPIO1_IO00~GPIO1_IO09，难道I.MX6ULL 的 GPIO 只有这 10 个？显然不是的，我们知道 STM32 的很多 IO 是可以复用为其它功能的，那么 I.MX6ULL 的其它 IO 也是可以复用为 GPIO 功能。
同样的，GPIO1_IO00~GPIO_IO09 也是可以复用为其它外设引脚的，接下来就是 I.MX6ULL IO 复用。

三、I.MX6ULL IO 复用

以“IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_GPIO1_IO00”这个 IO 为例，打开参考手册的 1568 页，如图所示：

在这里插入图片描述

从图中可以看到有个名为：IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_GPIO1_IO00 的寄存器，
寄存器地址为 0X020E005C，这个寄存器是 32 位的，但是只用到了最低 5 位，其中
bit0~bit3(MUX_MODE)就是设置 GPIO1_IO00 的复用功能的。GPIO1_IO00 一共可以复用为 9种功能 IO，分别对应 ALT0~ALT8，其中 ALT5 就是作为 GPIO1_IO00。GPIO1_IO00 还可以作为 I2C2_SCL、GPT1_CAPTURE1、ANATOP_OTG1_ID 等。这个就是 I.MX6U 的 IO 复用

再看一个“IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_UART1_TX_DATA”这个 IO，这个 IO 对应
的复用如图所示：

在这里插入图片描述
同样的，从图可以看出，UART1_TX_DATA 可以复用为 8 种不同功能的 IO，分为
ALT0~ALT5 和 ALT8、ATL9，其中 ALT5 表示 UART1_TX_DATA 可以复用为 GPIO1_IO16。
由此可见，I.MX6U 的 GPIO 不止 GPIO1_IO00~GPIO1_IO09 这 10 个，其它的 IO 都可以复用为 GPIO 来使用。I.MX6U 的 GPIO 一共有 5 组：GPIO1、GPIO2、GPIO3、GPIO4 和 GPIO5，其中 GPIO1 有 32 个 IO，GPIO2 有 22 个 IO，GPIO3 有 29 个 IO、GPIO4 有 29 个 IO，GPIO5最少，只有 12 个 IO，这样一共有 124 个 GPIO。如果只想看每个 IO 能复用什么外设的话可以直接查阅《IMX6ULL 参考手册》的第 4 章“Chapter 4 External Signals and Pin Multiplexing”。如果我们要编写代码，设置某个 IO 的复用功能的话就需要查阅第 32 章“Chapter 32: IOMUX Controller(IOMUXC)”,第 32 章详细的列出了所有 IO 对应的复用配置寄存器。
如果某个 IO 要作为某个外设引脚使用的话，是需要配置复用寄存器的。

四、I.MX6ULL IO 配置

在《I.MX6UL 参考手册》第 30 章“Chapter 30: IOMUXController(IOMUXC)”的书签中，每一个 IO 会出现两次，它们的名字差别很小，不仔细看就看不出来，比如 GPIO1_IO00 有如下两个书签
在这里插入图片描述
上面两个都是跟 GPIO_IO00 有关的寄存器，名字上的区别就是红色部分，一是“MUX”，
一个是“PAD”。IOMUX_SW_MUX_CTL_PAD_GPIO1_IO00 我们前面已经说了，是用来配置GPIO1_IO00 复用功能的，那么 IOMUXC_SW_PAD_CTL_PAD_GPIO1_IO00 是做什么的呢？找到这个书签对应的 1787 页，如图所示：

在这里插入图片描述

从图中可以看出，IOMUXC_SW_PAD_CTL_PAD_GPIO1_IO00 也是个寄存器，寄存器地址为 0X020E02E8。这也是个 32 位寄存器，但是只用到了其中的低 17 位，在看这写位的具体含义之前，先来看一下下图所示的 GPIO 功能图：

在这里插入图片描述
我们对照着图来详细看一下寄存器 IOMUXC_SW_PAD_CTL_PAD_GPIO1_IO00 的
各个位的含义：

HYS(bit16)：对应图中 HYS，用来使能迟滞比较器，当 IO 作为输入功能的时候有效，用于设置输入接收器的施密特触发器是否使能。如果需要对输入波形进行整形的话可以使能此位。此位为 0 的时候禁止迟滞比较器，为 1 的时候使能迟滞比较器。

PUS(bit15:14)：对应图中的 PUS，用来设置上下拉电阻的，一共有四种选项可以选
择，如表所示：
在这里插入图片描述
PUE(bit13)：图没有给出来，当 IO 作为输入的时候，这个位用来设置 IO 使用上下拉还是状态保持器。当为 0 的时候使用状态保持器，当为 1 的时候使用上下拉。状态保持器在IO 作为输入的时候才有用，顾名思义，就是当外部电路断电以后此 IO 口可以保持住以前的状态。

PKE(bit12)：对应图中的 PKE，此位用来使能或者禁止上下拉/状态保持器功能，为0 时禁止上下拉/状态保持器，为 1 时使能上下拉和状态保持器。
ODE(bit11)：对应图中的 ODE，当 IO 作为输出的时候，此位用来禁止或者使能开路输出，此位为 0 的时候禁止开路输出，当此位为 1 的时候就使能开路输出功能。

SPEED(bit7:6)：对应图中的 SPEED，当 IO 用作输出的时候，此位用来设置 IO 速度，设置如表所示：
在这里插入图片描述
DSE(bit5:3)：对应图 8.1.4.2 中的 DSE，当 IO 用作输出的时候用来设置 IO 的驱动能力，总共有 8 个可选选项，如表所示：

在这里插入图片描述 SRE(bit0)：对应图 8.1.4.2 中的 SRE，设置压摆率，当此位为 0 的时候是低压摆率，当为 1的时候是高压摆率。这里的压摆率就是 IO 电平跳变所需要的时间，比如从 0 到 1 需要多少时间，时间越小波形就越陡，说明压摆率越高；反之，时间越多波形就越缓，压摆率就越低。如果你的产品要过 EMC 的话那就可以使用小的压摆率，因为波形缓和，如果你当前所使用的 IO做高速通信的话就可以使用高压摆率。

通过上面的介绍，可以看出寄存器 IOMUXC_SW_PAD_CTL_PAD_GPIO1_IO00 是用来配置 GPIO1_IO00 的，包括速度设置、驱动能力设置、压摆率设置等等。I.MX6U 的 IO 是可以设置速度的

五、I.MX6ULL GPIO 配置

IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_XX_XX 和 IOMUXC_SW_PAD_CTL_PAD_XX_XX 这两
种寄存器都是配置 IO 的，注意是 IO！不是 GPIO，GPIO 是一个 IO 众多复用功能中的一种。比如 GPIO1_IO00 这个 IO 可以复用为：I2C2_SCL、GPT1_CAPTURE1、ANATOP_OTG1_ID、ENET1_REF_CLK 、 MQS_RIGHT 、 GPIO1_IO00 、 ENET1_1588_EVENT0_IN 、SRC_SYSTEM_RESET 和 WDOG3_WDOG_B 这 9 个功能，GPIO1_IO00 是其中的一种，我们想要把 GPIO1_IO00 用作哪个外设就复用为哪个外设功能即可。如果我们要用 GPIO1_IO00 来点个灯、作为按键输入啥的就是使用其 GPIO(通用输入输出)的功能。将其复用为 GPIO 以后还需要对其 GPIO 的功能进行配置，关于 I.MX6U 的 GPIO 请参考《IMX6UL 参考手册》的第 26章“Chapter 26 General Purpose Input/Ouput(GPIO)”，GPIO 结构如图所示：

在这里插入图片描述
在图中的左下角的 IOMUXC 框图里面就有 SW_MUX_CTL_PAD_* 和
SW_PAD_CTL_PAD_*两种寄存器。这两种寄存器前面说了用来设置 IO 的复用功能和 IO 属性配置。左上角部分的 GPIO 框图就是，当 IO 用作 GPIO 的时候需要设置的寄存器，一共有八个：
DR、GDIR、PSR、ICR1、ICR2、EDGE_SEL、IMR 和 ISR。 前面我们说了 I.MX6U 一共有GPIO1~GPIO5 共五组 GPIO，每组 GPIO 都有这 8 个寄存器。我们来看一下这 8 个寄存器都是什么含义。

DR 寄存器此寄存器是数据寄存器，结构图如图所示：

在这里插入图片描述

此寄存器是 32 位的，一个 GPIO 组最大只有 32 个 IO，因此 DR 寄存器中的每个位都对应一个 GPIO。当 GPIO 被配置为输出功能以后，向指定的位写入数据那么相应的 IO 就会输出相应的高低电平，比如要设置 GPIO1_IO00 输出高电平，那么就应该设置 GPIO1.DR=1。当 GPIO被配置为输入模式以后，此寄存器就保存着对应 IO 的电平值，每个位对对应一个 GPIO，例如，当 GPIO1_IO00 这个引脚接地的话，那么 GPIO1.DR 的 bit0 就是 0。

GDIR 寄存器，这是方向寄存器，用来设置某个 GPIO 的工作方向的，即输入/输出
GDIR 寄存器结构如图所示：

在这里插入图片描述
GDIR 寄存器也是 32 位的，此寄存器用来设置某个 IO 的工作方向，是输入还是输出。同样的，每个 IO 对应一个位，如果要设置 GPIO 为输入的话就设置相应的位为 0，如果要设置为输出的话就设置为 1。比如要设置 GPIO1_IO00 为输入，那GPIO1.GDIR=0；

PSR 寄存器，这是 GPIO 状态寄存器
如图所示：

在这里插入图片描述
同样的 PSR 寄存器也是一个 GPIO 对应一个位，读取相应的位即可获取对应的 GPIO 的状态，也就是 GPIO 的高低电平值。功能和输入状态下的 DR 寄存器一样。

ICR1和ICR2这两个寄存器，都是中断控制寄存器，ICR1用于配置低16个GPIO，
ICR2 用于配置高 16 个 GPIO

ICR1 寄存器如图所示：

在这里插入图片描述

ICR1 用于 IO0~15 的配置， ICR2 用于 IO16~31 的配置。ICR1 寄存器中一个 GPIO 用两个
位，这两个位用来配置中断的触发方式，可配置的选线如表所示：位设置

在这里插入图片描述
以GPIO1_IO15为例，如果要设置GPIO1_IO15为上升沿触发中断，那么GPIO1.ICR1=2<<30，
如果要设置 GPIO1 的 IO16~31 的话就需要设置 ICR2 寄存器了。

IMR 寄存器，这是中断屏蔽寄存器

如图所示：

在这里插入图片描述 IMR 寄存器也是一个 GPIO 对应一个位，IMR 寄存器用来控制 GPIO 的中断禁止和使能，如果使能某个 GPIO 的中断，那么设置相应的位为 1 即可，反之，如果要禁止中断，那么就设置相应的位为 0 即可。例如，要使能 GPIO1_IO00 的中断，那么就可以设置 GPIO1.MIR=1 即可。

寄存器 ISR，ISR 是中断状态寄存器

寄存器如图所示：

在这里插入图片描述

ISR 寄存器也是 32 位寄存器，一个 GPIO 对应一个位，只要某个 GPIO 的中断发生，那么ISR 中相应的位就会被置 1。所以，我们可以通过读取 ISR 寄存器来判断 GPIO 中断是否发生，相当于 ISR 中的这些位就是中断标志位。当我们处理完中断以后，必须清除中断标志位，清除方法就是向 ISR 中相应的位写 1，也就是写 1 清零。

EDGE_SEL 寄存器，这是边沿选择寄存器

寄存器如图所示：

在这里插入图片描述
EDGE_SEL 寄存器用来设置边沿中断，这个寄存器会覆盖 ICR1 和 ICR2 的设置，同样是一个 GPIO 对应一个位。如果相应的位被置 1，那么就相当与设置了对应的 GPIO 是上升沿和下降沿(双边沿)触发。例如，我们设置 GPIO1.EDGE_SEL=1，那么就表示 GPIO1_IO01 是双边沿触发中断，无论 GFPIO1_CR1 的设置为多少，都是双边沿触发。
关于 GPIO 的寄存器就讲解到这里，因为 GPIO 是最常用的功能，我们详细的讲解了 GPIO的 8 个寄存器。I.MX6U 的 IO 是需要配置和输出的、是可以设置输出高低电平，也可以读取 GPIO 对应的电平。

六、I.MX6ULL GPIO 时钟使能

I.MX6ULL每个外设的时钟都可以独立的使能或禁止，这样可以关闭掉不使用的外设时钟，起到省电的目的。I.MX6U 的系统时钟参考《I.MX6UL 参考手册》的第 18 章“Chapter 18: Clock Controller Module(CCM)”，这一章主要讲解 I.MX6U 的时钟系统，很复杂。我们先不研究 I.MX6U的时钟系统，我们只看一下 CCM 里面的外设时钟使能寄存器。 CMM 有CCM_CCGR0~CCM_CCGR6 这 7 个寄存器，这 7 个寄存器控制着 I.MX6U 的所有外设时钟开关，我们以 CCM_CCGR0 为例来看一下如何禁止或使能一个外设的时钟，CCM_CCGR0 结构体如图所示：
在这里插入图片描述 CCM_CCGR0 是个 32 位寄存器，其中每 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，如表所示：

在这里插入图片描述根据表中的位设置，如果我们要打开 GPIO2 的外设时钟，那么只需要设置
CCM_CCGR0 的 bit31 和 bit30 都为 1 即可，也就是 CCM_CCGR0=3 << 30。反之，如果要关闭GPIO2 的外设时钟，那就设置 CCM_CCGR0 的 bit31 和 bit30 都为 0 即可。
CCM_CCGR0~CCM_CCGR6 这 7 个寄存器操作都是类似的，只是不同的寄存器对应不同的外设时钟而已，为了方便开发，本教程后面所有的例程将 I.MX6U 的所有外设时钟都打开了。

七、硬件原理分析

打开 I.MX6U-ALPHA 开发板底板原理图，I.MX6UALPHA 开发板上有一个 LED 灯，原理图如下所示：
在这里插入图片描述
从图可以看出，LED0 接到了 GPIO_3 上，GPIO_3 就是 GPIO1_IO03，当 GPIO1_IO03
输出低电平(0)的时候发光二极管 LED0 就会导通点亮，当 GPIO1_IO03 输出高电平(1)的时候发光二极管 LED0 不会导通，因此 LED0 也就不会点亮。所以 LED0 的亮灭取决于 GPIO1_IO03的输出电平，输出 0 就亮，输出 1 就灭。

八、实验程序编写

我们需要对 GPIO1_IO03 做如下设置：
1、使能 GPIO1 时钟GPIO1 的时钟由 CCM_CCGR1 的 bit27 和 bit26 这两个位控制，将这两个位都设置位 11 即可。将 I.MX6U 的所有外设时钟都已经打开了，因此这一步可以不用做。
2、设置 GPIO1_IO03 的复用功能找到 GPIO1_IO03 的复用寄存器“IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_GPIO1_IO03”的地址为0X020E0068，然后设置此寄存器，将 GPIO1_IO03 这个 IO 复用为 GPIO 功能，也就是 ALT5。
3、配置 GPIO1_IO03
找到 GPIO1_IO03 的配置寄存器“IOMUXC_SW_PAD_CTL_PAD_GPIO1_IO03”的地址为0X020E02F4，根据实际使用情况，配置此寄存器。
4、设置 GPIO
将 GPIO1_IO03 复用为了 GPIO 功能，所以我们需要配置 GPIO。找到 GPIO3 对
应的 GPIO 组寄存器地址，在《IMX6ULL 参考手册》的 1357 页，如图所示：
在这里插入图片描述本实验中 GPIO1_IO03 是作为输出功能的，因此 GPIO1_GDIR 的 bit3 要设置为 1，表示输出

5、控制 GPIO 的输出电平
经过前面几步，GPIO1_IO03 已经配置好了，只需要向 GPIO1_DR 寄存器的 bit3 写入 0 即可控制 GPIO1_IO03 输出低电平，打开 LED，向 bit3 写入 1 可控制 GPIO1_IO03 输出高电平，关闭 LED。

所有的裸机实验我们都在 Ubuntu 下完成，使用 VSCode 编辑器！
既然是实验，肯定要自己动手创建工程，新建一个名为“1_leds”的文件夹，然后在“1_leds”这个目录下新建一个名为“led.s”的汇编文件和一个名为“.vscode”的目录，创建好以后“1_leds”文件夹
.vscode 文件夹里面存放 VSCode 的工程文件，led.s 就是我们新建的汇编文件，
在 led.s 这个文件中编写汇编程序。使用 VSCode 打开 1_leds 这个文件夹，打开以后
如图所示：
在这里插入图片描述
在 led.s 中输入如下代码：

1
2 .global _start /* 全局标号 */
3 
4 /*
5 * 描述： _start 函数，程序从此函数开始执行此函数完成时钟使能、
6 * GPIO 初始化、最终控制 GPIO 输出低电平来点亮 LED 灯。
7 */
8 _start:
9 /* 例程代码 */
10 /* 1、使能所有时钟 */
11 ldr r0, =0X020C4068 /* 寄存器 CCGR0 */
12 ldr r1, =0XFFFFFFFF 
13 str r1, [r0] 
14 
15 ldr r0, =0X020C406C /* 寄存器 CCGR1 */
16 str r1, [r0]
17
18 ldr r0, =0X020C4070 /* 寄存器 CCGR2 */
19 str r1, [r0]
20 
21 ldr r0, =0X020C4074 /* 寄存器 CCGR3 */
22 str r1, [r0]
23 
24 ldr r0, =0X020C4078 /* 寄存器 CCGR4 */
25 str r1, [r0]
26 
27 ldr r0, =0X020C407C /* 寄存器 CCGR5 */
28 str r1, [r0]
29 
30 ldr r0, =0X020C4080 /* 寄存器 CCGR6 */
31 str r1, [r0]
32 
33
34 /* 2、设置 GPIO1_IO03 复用为 GPIO1_IO03 */
35 ldr r0, =0X020E0068 /* 将寄存器 SW_MUX_GPIO1_IO03_BASE 加载到 r0 中 */
36 ldr r1, =0X5 /* 设置寄存器 SW_MUX_GPIO1_IO03_BASE 的 MUX_MODE 为 5 */
37 str r1,[r0]
38
39 /* 3、配置 GPIO1_IO03 的 IO 属性 
40 *bit 16:0 HYS 关闭
41 *bit [15:14]: 00 默认下拉
42 *bit [13]: 0 kepper 功能
43 *bit [12]: 1 pull/keeper 使能
44 *bit [11]: 0 关闭开路输出
45 *bit [7:6]: 10 速度 100Mhz
46 *bit [5:3]: 110 R0/6 驱动能力
47 *bit [0]: 0 低转换率
48 */
49 ldr r0, =0X020E02F4 /*寄存器 SW_PAD_GPIO1_IO03_BASE */
50 ldr r1, =0X10B0
51 str r1,[r0]
52
53 /* 4、设置 GPIO1_IO03 为输出 */
54 ldr r0, =0X0209C004 /*寄存器 GPIO1_GDIR */
55 ldr r1, =0X0000008 
56 str r1,[r0]
57
58 /* 5、打开 LED0
59 * 设置 GPIO1_IO03 输出低电平
60 */
61 ldr r0, =0X0209C000 /*寄存器 GPIO1_DR */
62 ldr r1, =0 
63 str r1,[r0]
64
65 /*
66 * 描述： loop 死循环
67 */
68 loop:
69 b loop

第 2 行定义了一个全局标号_start，代码就是从_start 这个标号开始顺序往下执行的。
第 11 行使用 ldr 指令向寄存器 r0 写入 0X020C4068，也就是 r0=0X020C4068，这个是
CCM_CCGR0 寄存器的地址。
第 12 行使用 ldr 指令向寄存器 r1 写入 0XFFFFFFFF，也就是 r1=0XFFFFFFFF。因为要开启所有的外设时钟，因此 CCM_CCGR0~CCM_CCGR6 所有寄存器的 32 位都要置 1，也就是写入 0XFFFFFFFF。
第 13 行使用 str 将 r1 中的值写入到 r0 所保存的地址中去，也就是给 0X020C4068 这个地址写入 0XFFFFFFFF，相当于 CCM_CCGR0=0XFFFFFFFF，就是打开CCM_CCGR0 寄存器所控制的所有外设时钟。
第 15~31 行都是向 CCM_CCGRX(X=1~6)寄存器写入 0XFFFFFFFF。这样我就通过汇编代
码使能了 I.MX6U 的所有外设时钟。
第35~37行是设置GPIO1_IO03的复用功能，GPIO1_IO03的复用寄存器地址为0X020E0068,寄存器 IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_GPIO1_IO03 的 MUX_MODE 设置为 5 就是将GPIO1_IO03 设置为 GPIO。
第 49~51 行是设置 GPIO1_IO03 的配置寄存器，也就是寄存器
IOMUX_SW_PAD_CTL_PAD_GPIO1_IO03 的值，此寄存器地址为 0X020E02F4，代码里面已经给出了这个寄存器详细的位设置。
第 54~63 行是设置 GPIO 功能，经过上面几步操作，GPIO1_IO03 这个 IO 已经被配置为了GPIO 功能，所以还需要设置跟 GPIO 有关的寄存器。第 54~56 行是设置 GPIO1->GDIR 寄存器，
将 GPIO1_IO03 设置为输出模式，也就是寄存器的 GPIO1_GDIR 的 bit3 置 1。
第 61~63 行设置 GPIO1->DR 寄存器，也就是设置 GPIO1_IO03 的输出，我们要点亮开发板上的 LED0，那么 GPIO1_IO03 就必须输出低电平，所以这里设置 GPIO1_DR 寄存器为 0。
第 68~69 行是死循环，通过 b 指令，CPU 重复不断的跳到 loop 函数执行，进入一个死循环。

END
在这里插入图片描述