【NXP LPC54110试用体验】3：GPIO寄存器介绍

NXP LPC54110使用体验3：GPIO寄存器介绍

Mabel_7b8(QQ:724419756)

第一部分：GPIO相关寄存器及介绍

自然，在进行写代码控制LED灯亮灭之前，我们首先要做的是了解一下LPC54110芯片的GPIO的基本情况，本篇文章主要是根据NXP LPC54110的用户手册来写的（大多数是直接翻译的），由于该手册是英文版的，理解肯定存在不正确的地方，希望大家指出一起学习。

LPC54110有两组GPIO组，GPIO 0和GPIO 1，每组有32个GPIO引脚，GPIO0_0 - GPIO[0_31,GPIO1_0 - GPIO1_31;

在使用GPIO引脚之前，我们需要将使能GPIO端口的时钟（在第二部分介绍），可通过设置 AHBCLKCTRL0寄存器实现；

LPC54110寄存器的特性：

1：每个GPIO引脚都可配置为输入引脚或者输出引脚

2：所有的GPIO引脚默认时都为输入引脚，并且禁止中断；

3：可通过Pin寄存器来感知或者设置引脚状态；

4：可通过设置或者清除对应寄存器来控制引脚的方向（输入或者输出）；

我们知道，操作开发板就是操作这些开发板的对应寄存器来实现相应的操作；下面我们先介绍一些GPIO相关的寄存器；

在LPC54114_cm4.h这个头文件有一部分主要介绍了GPIO结构体的定义，首先#define GPIO_BASE   (0x4008C000u)这句代码表明GPIO的基地址是0x4008C000u，依据是LPC54110的芯片数据手册中的 Main memory map可以看出，High Speed GPIO占Flash空间的0x4008C000u - 0x4008FFFF， 共占0x4000个字节；

根据《LPC5411x User manual》这个用户手册的11章节LPC5411x General Purpose I/O (GPIO)，我们知道，GPIO的相关寄存器有以下这些：

GPIO的结构体成员就是根据这个内容进行定义的，我们可以参考LPC54114_cm4.h文档中的GPIO_TYPE结构体的内容；其中值得注意的是各个寄存器的偏移量；下图是我根据数据手册自己算的结果，从excel表格中截图的。

我们需要清楚的了解到每个寄存器的作用，在我们进行配置时方知如何下手；

B寄存器（GPIO port byte pin registers）：每个GPIO引脚都有对应1个字节寄存器，可通过读写单字节访问单独的GPIO引脚的状态；也通过读写半字（2字节）来访问两个GPIO引脚的状态；通过读写字（四字节）来访问四个GPIO引脚的状态；

每个引脚的对应的1字节B寄存器只使用了bit[0]，bit[1-7]保留；

当进行读操作时，当该GPIO引脚为低电平时读结果为0，当该GPIO引脚为高电平时读结果为0xFF;

当进行写操作时，写0表示清除输出位，写0x01-0xFF中的任何一个值表示设置输出位；

可是我不明白的一点是，保留位bit[1-7]在进行读操作时为0，那么为什么当GPIO引脚为高电平的时候读的结果是0xFF而不是0x01呢？

W寄存器（GPIO port word pin register）：每个GPIO引脚都有一个字空间的寄存器；

不管是进行字节访问、半字访问还是字访问，当该引脚为低电平时，读的结果都是0x0000 0000；当该引脚为高电平时，读的结果为0xFFFF FFFF；

当进行写操作时，当写值为0x0000 0000时会清除输出位；当写值为0x0000 0001 - 0xFFFF FFFF范围内的任何一个数的时候，都表示设置输出位为该值；

DIR寄存器（GPIO direction port register）：在DIR寄存器中每个GPIO引脚都有一个用来配置该引脚为输入或输出的位空间（bit 0 = PIOn_0, bit 1 = PIOn_1，依此类推）；当DIR寄存器对应的某GPIO引脚位设置为0时表示输入模式，设置为1表示输出模式；

MASK寄存器(GPIO port mask register)：这个寄存器的值影响MPORT寄存器的读写操作，当该寄存器的对应位值为0时，那么使能MPORT寄存器的对应GPIO的读写操作；当该寄存器的对应位值为1时，禁止写MPORT寄存器，且读MPORT寄存器的结果都会强制为0；

PIN寄存器（GPIO port pin register）：读取这个寄存器时会返回引脚的当前状态；写这个寄存器时忽视Mask register，加载该值到对应引脚的输出位；

MPIN寄存器（GPIO masked port pin register）：

这些寄存器与PORT寄存器（PIN寄存器中的每一位标志为PORT）类似，除了读取该寄存器的值是经过和MASK寄存器的反向值进行位与之后的结果；写这些寄存器只对输出位起作用，通过写0到这些寄存器的对应位；

SET寄存器（GPIO port set registers）：可以通过写该寄存器的值为1来设置输出位（不在乎MASK寄存器的值的影响）；读取这个寄存器的值可以得到输出位的状态（不在乎引脚的方向）；

CLR寄存器（GPIO port clear registers）：这是只写寄存器，可通过写1来清除对应引脚的输出位（忽略MASK寄存器）；

NOT寄存器（GPIO port toggle registers）：这是只写寄存器，可通过写1到对应位来设置输出位的切换、反转、补全（忽略MASK寄存器的值的影响）；

DIRSET寄存器（GPIO port direction set registers）：可通过写1到这个寄存器的对应位来设置引脚的方向；

DIRCLR寄存器（GPIO port direction clear register）：只写寄存器，可通过写1到对应位来清除方向位；

DIRNOT寄存器（GPIO port direction toggle register）：只写寄存器，可通过写1到对应位来设置方向位；

功能性描述：

读引脚状态：

可通过软件程序来读取所有GPIO引脚的状态除了那些配置为模拟输入输出的IO配置逻辑。读取引脚的状态有以下4中方法：

1：若是读取单个引脚的状态那么可以读取其对应的B寄存器字节的bit[7]位；

2：若是读取单个引脚的状态，也可以通过字节、半字、字的方式读取其对应的W寄存器的值；

3：若是想读取同个端口的几个引脚的状态值那么可以通过字节、半字、字的方式读取（PIN）PORT寄存器；

4：若是想读取同个端口的多个子引脚状态，你可以读取MPORT寄存器，但是有个前提是，对应的MASK寄存器的值必须为0。

GPIO输出：

每个GPIO引脚在GPIO块中都有一个输出位，对GPIO引脚进行写操作就是对这个输出位进行操作，驱动这个输出位必须满足以下两个条件：

1：必须通过IOCON寄存器（第三部分详述）来选择引脚操作；

2：必须将对应引脚的DIR寄存器配置为1（输出）；

如果以上两个条件有任何一个不满足，那么写引脚操作将会无效；

有以下7种方法修改GPIO的输出位：

1：通过写GPIO引脚对应的B寄存器的bit[7]位；

2：写GPIO引脚对应的W寄存器的值将其加载到输出位中；

3：写PORT寄存器可对所有的GPIO引脚的输出位进行更改；

4：写MPORT寄存器也可对所有的GPIO引脚的输出位进行更改，但是MASK寄存器的对应位必须为0；

5：可通过写1到SET寄存器来设置输出位；

6：可通过写1到CLR寄存器来清除输出位；

7：可通过写1到NOT寄存器来触发、完善、反转输出位；

一个端口的输出位可通过SET寄存器来读。上面读寄存器状态的方法都是不在乎引脚的方向、可选功能的。

Masked I/O:

MASK寄存器定义了能够访问MPORT寄存器中的引脚，当MASK中某位为0时表示能够访问MPORT寄存器的值；若该值为1表示不能够访问MPORT寄存器的值，读MPORT时其值会被强制为0，写MPORT时其输出位不会受影响。当MASK寄存器的值为全0时表示PORT和MPORT寄存器都能被等同的读写操作。

中断程序、任务间切换可导致Masked GPIO操作，必须将MASK寄存器作为一个保护、限制区域，当中断禁止之后可以用信号来终止它；

GPIO方向：

每个GPIO引脚可以配置DIR寄存器为输入或输出的方向，GPIO引脚的方向可通过DIRSET、DIRCLR、DIRNOT寄存器来设置、清除、触发；

推荐操作：

以下是一些推荐使用GPIO操作的方法：

1：在重置或初始化时为了初始化配置，通过写PORT寄存器；

2：为了更改一个引脚的状态，可通过写B寄存器或W寄存器；

3：为了一次更改多个引脚的状态，可写SET寄存器或CLR寄存器；

4：在一个严格控制的条件下，为了更改多个引脚的状态，最好通过NOT寄存器，因为这比3方法中执行更少的写操作；

5：读一个引脚的状态，可读B寄存器、W寄存器；

6：在基于多引脚操作的基础上，读取、屏蔽PORT寄存器；

本来打算这一章节说完点亮LED灯的操作的，但是个人觉得要在介绍完SYSCON和IOCON之后再进行点亮LED灯操作较好，这节主要是GPIO的相关寄存器操作。

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