GPIO的定义及应用举例

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2024年6月1日发(作者：)

GPIO，英文全称为General-Purpose IO ports，也就是通用IO口。嵌入式系统中常

常有数量众多，但是结构却比较简单的外部设备/电路，对这些设备/电路有的需要CPU为

之提供控制手段，有的则需要被CPU用作输入信号。而且，许多这样的设备/电路只要求

一位，即只要有开/关两种状态就够了，比如灯亮与灭。对这些设备/电路的控制，使用传

统的串行口或并行口都不合适。所以在微控制器芯片上一般都会提供一个“通用可编程IO

接口”，即GPIO。

接口至少有两个寄存器，即“通用IO控制寄存器”与“通用IO数据寄存器”。数据

寄存器的各位都直接引到芯片外部，而对这种寄存器中每一位的作用，即每一位的信号流

通方向，则可以通过控制寄存器中对应位独立的加以设置。这样，有无GPIO接口也就成

为微控制器区别于微处理器的一个特征。

在实际的MCU中，GPIO是有多种形式的。比如，有的数据寄存器可以按照位寻址，

有些却不能按照位寻址，这在编程时就要区分了。比如传统的8051系列，就区分成可位

寻址和不可位寻址两种寄存器。另外，为了使用的方便，很多mcu把glue logic等集成

到芯片内部，增强了系统的稳定性能，比如GPIO接口除去两个标准寄存器必须具备外，

还提供上拉寄存器，可以设置IO的输出模式是高阻，还是带上拉的电平输出，或者不带上

拉的电平输出。这在电路设计中，外围电路就可以简化不少。

另外需要注意的是，对于不同的计算机体系结构，设备可能是端口映射，也可能是内

存映射的。如果系统结构支持独立的IO地址空间，并且是端口映射，就必须使用汇编语言

完成实际对设备的控制，因为C语言并没有提供真正的“端口”的概念。如果是内存映射，

那就方便的多了。

举个例子，比如像寄存器A（地址假定为0x48000000）写入数据0x01，那么就可以

这样设置了。

#define A (*(volatile unsigned long *)0x48000000)

...

A = 0x01;

...

这实际上就是内存映射机制的方便性了。其中volatile关键字是嵌入式系统开发的一

个重要特点。上述表达式拆开来分析，首先(volatile unsigned long *)0x48000000的意

思是把0x48000000强制转换成volatile unsigned long类型的指针，暂记为p，那么就

是#define A *p，即A为P指针指向位置的内容了。这里就是通过内存寻址访问到寄存器

A，可以读/写操作。

二、S3C2410的GPIO的特点

s3c2410的GPIO有117pin，下面应该到9 IO ports看看详细部分了。

The S3C2410X has 117 multi-functional input/output port pins. The ports are:

— Port A (GPA): 23-output port

— Port B (GPB): 11-input/output port

— Port C (GPC): 16-input/output port

— Port D (GPD): 16-input/output port

— Port E (GPE): 16-input/output port

— Port F (GPF): 8-input/output port

— Port G (GPG): 16-input/output port

— Port H (GPH): 11-input/output port

这么多的IO口，其实很多是复合功能的，既可以作为普通的IO口使用，也可以作为

特殊外设接口。在程序设计时，要对整体的资源有所规划，初始化时就应该把所有资源安

排合理。这样才会避免出现问题。

现在的8个端口，其寄存器是相似的。除了两个通用寄存器GPxCON、GPxDAT外，

还提供了GPxUP用于确定是否使用内部上拉电阻（其中x为A-H，需要注意的是没有

GPAUP）。应用的主要步骤就是：

·设置GPIO控制寄存器GPxCON

·设置GPIO上拉寄存器GPxUP

初始化完成后，就可以通过对GPxDAT的操作来实现相应的应用了。其中，PORT A

与PORT B-H在功能选择方面有所不同，GPACON的每一位对应一根引脚（共23pin有

效）。当某位设为0，相应引脚为输出引脚，此时往GPADAT中写0/1，可以让引脚输出低

电平/高电平；当某位设为1，则相应引脚为地址线，或者用于地址控制，此时GPADAT

没有用了。

一般而言，GPACON通常全设为1，以便访问外部存储器件。PORT B-H在寄存器操

作方面完全相同。

GPxCON中每两位控制一根引脚：00表示输入，01表示输出，10表示特殊功能，

11保留。GPxDAT用于读/写引脚：当引脚设为输入时，读此寄存器可知相应引脚状态是

高/低；当引脚设为输出时，写此寄存器相应位可以使相应引脚输出低电平或高电平。

GPxUP：某位设为0，相应引脚无内部上拉；为1，相应引脚使用内部上拉。关于特殊功

能，那就得结合特殊外设来进行设置了。

三 基本实验

实验1：8段数码管显示，共四位

我的开发板上没有多余的GPIO插头，只好利用液晶的显示的插口了，对应的引脚：

VD[0：7] 对应 GPC[8：15] VD[8：23] 对应 GPD[0：15]

四个共阴极的数码管，选择信号对应GPC[8：11]

8段显示数据对应GPD[0：7]

这样一来就可以利用这四个数码管显示数字了

（1）软件架构仿照了vivi，或者Linux Kernel。其实写这么小的程序用不到这么麻烦，

但是可以训练这种架构，为写中型大型程序打好基础。

（2）注意C语言下实现寄存器读写的(*(volatile unsigned long *)(addr))。其实就

是要掌握volatile和指针的用法。

（3）写c时，要注意头文件如何处理。写Makefile时，要注意是否采用隐含规则，

如果不采用，就要自己定义明确规则，就像vivi里面的。在这里，因为只是

涉及到.s的编译不采用隐含规则，所以没有把单独拿出，事实上可以单独写

为，然后在Makefile后加入include 就可以了。

（4）要调用C子程序，必须分配堆栈空间。因为子程序调用时，要进行入栈出栈处

理。又因为从nand flash启动，而nand flash在S3C2410下的特点规定堆栈不能超过

4K。

本文标签： 寄存器引脚相应输出控制