【TI AM335x SoC系統晶片之GPIO驅動操作流程】

作者: 林普賢 ( sam91001200@gmail.com )、 孫文良( iws6645@gmail.com )

首先要去看開發板的電路圖。這裡以Beaglebone green wireless這塊開發板(dev. board)為例，在以下網址可以找到此開發板的電路圖[1]。

https://wiki.seeedstudio.com/BeagleBone_Green_Wireless/

(註: 而我們實驗時所使用的Beaglebone green wireless與Beaglebone Black這兩塊板子上面的系統晶片SoC同為TI的AM3358，所以在此二塊開發板上，其驅動GPIO的方式是同理的。)

如果我們想要點亮開發板上的D5 LED，就必須尋找它連接的腳位(pin)。由下圖可以得知D5所連接的腳位(pin)為GPIO1_24。

這時候我們就可以在AM335x的Datasheet[2]找到原來GPIO1_24的PIN_Name是GPMC_A8，並且腳位的模式需要選擇為7。

現在我們已經知道要操作的腳位是GPMC_A8，接下來就是看Reference Manual的GPIO feature去了解如何操作各個暫存器完成我們想要的功能。

由上面這張系統框圖可以看到，整個GPIO的操作其實不困難。給GPIO週邊提供時鐘、配置GPIO週邊的I/O方向、最後多工器選擇腳位的輸出由哪個週邊接管。有了這個系統框圖再搭配各個暫存器的說明，要自己寫出GPIO的裝置驅動程式相信不會太困難。

 

首先是圖中最左邊的Power & Clock，有玩過stm32的朋友一定很熟悉。沒錯，就是打開GPIO週邊的時鐘，沒有這個時鐘GPIO週邊是不會工作的。我們需要驅動LED的腳位是GPIO1_24，所以要操作CM_PER_GPIO1_CLKCTRL這個暫存器將GPIO1的時鐘打開。

 

操作記憶體地址這邊只講一次，其他暫存器的地址也是這樣查找的。在Reference Manual[3]我們尋找CM_PER_GPIO1_CLKCTRL應該找的到以下資訊:

可以看到CM_PER_GPIO1_CLKCTRL它的記憶體地址是基於CM_PER偏移了AC h，至於CM_PER的地址在哪裡呢? 可以在Memory Map的章節查到:

所以這樣我們就知道了CM_PER_GPIO1_CLKCTRL的記憶體地址，接下來要要看看需要設定這個暫存器的哪些內容。這裡需要操作Bit 18的欄位以及Bit [0:1]，表示將時鐘致能開啟GPIO功能。對應的example code(先暫時不討論ioremap)如下:

static volatile unsigned int *CM_PER_GPIO1_CLKCTRL = 0x44E00000 + 0xAC;

*CM_PER_GPIO1_CLKCTRL = (1<<18) | 0x2;

接下來要講解GPIO週邊的暫存器操作，在裝置初始化的時候其實只需要操作GPIO1_OE將output功能啟用就好，而GPIO1_CLEARDATAOUT和GPIO1_SETDATAOUT都是在撰寫功能時才會進行操作。這裡只會講解GPIO_OE的操作方式，其餘兩個暫存器的操作方式也是同理。

可以看到上圖說明想要啟用GPIO1對應接腳需要對相對應的bit進行clear操作，對應的程式如下:

*GPIO1_OE &= ~(1<<24);                            // 將GPIO1_24設置為輸出模式

*GPIO1_CLEARDATAOUT = (1<<24);       // 將GPIO1_24清0 (低電位)

*GPIO1_SETDATAOUT = (1<<24);           // 將GPIO1_24置1 (高電位)

最後是GPMC_A8的腳位選擇功能。由於晶片的接腳有限，對於同一支腳位它可能被各個不同的週邊共享，但同一時間只能選擇一種功能進行操作。這裡我們需要的選擇一般的輸入輸出模式，所以需要將對應的暫存器賦值為7(先前有提及)。對應的程式如下:

*conf_gpmc_a8 = 7;

至此，所有涉及點燈的GPIO操作以及其對應的暫存器已講解完畢，如果手邊有基於AM335x系列處理器的開發板的朋友，可以趕緊來實戰看看驗證成果。

References: 

[1] Seeed Studio BeagleBone® Green Wireless Schematic

[2] AM3358 Datasheet

[3] AM3358 Technical Reference Manual

林普賢、孫文良

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【嵌入式系統基礎原理與實務課程】初學者到底該學習哪款MCU? Subroutine/Function call實際上做了哪些事?

 👇延伸上次的GPIO基礎學習說明

❓許多初學者或工程師朋友們常會問我，想學好嵌入式系統基礎，到底該學ARM、8051還是PIC? 該學習幾位元的CPU平台?

🥸首先，我建議應該先了解這個問題是在「問什麼」，什麼是ARM?

ARM是CPU，而8051和PIC是MCU，朋友們可自行想想看，CPU和MCU是一樣的東西嗎?

又，假設初學者只有呼叫過(複製貼上、頂多改參數/引數) 人家所寫好的API (例如開源社群 或者 IC Design公司的軟韌體單位 所提供的API Library函數庫)來驅動MCU作事(完成功能)的話，

🔎我們以呼叫下列函數為例子 (不針對特定平台，但看函數名稱應該很清楚這在做啥):

GPIO_Setup(Pin_number, Output);

GPIO_Output(Pin_number, High);

無論你是使用什麼CPU based的MCU/SoC晶片為核心的板子(無論CPU是ARM、8051、MIPS、AVR、PIC MCU內的CPU)，上述code確實能讓MCU的GPIO Port輸出數位訊號的1(高電位)，

但是，如果只是呼叫這些函數的話，有讓你接觸到CPU架構嗎? 和CPU有什麼關係? 甚至很多人可能沒思考過，到底什麼是CPU?

初學者或沒思考過這些問題的工程師朋友們，也有可能會連上述這些範例程式碼，在MCU上電開始動作時，到底是被存放在哪裡的狀態下被CPU給提取和執行，可能都不清楚 。

🧐但我們試想一個問題，如果只是呼叫函數，而從來沒了解過背後的原理基礎，那是否一位受過基本實驗訓練的國中生、高中生就能作這些了? 對於系統開發設計的基礎知識與深度是否足夠?

恐怕有許多朋友從來沒有思考過這些問題。

‼本園區的 「嵌入式系統基礎原理與實務課程」，能藉由適合初學者奠定基礎觀念的8051 MCU (架構相對簡易清晰的微電腦平台) 作為教材，讓你了解CPU到底做了些什麼? 當然每款CPU之間會有差異，但是建立基礎觀念之後，許多觀念都是通用且可延伸的。

再次重申‼ 這個課程並不是只教你8051 MCU怎麼用，也不是只教8051，

而是以8051這款 架構相對簡易清晰的微電腦平台 (且資料完整豐富)作為實作/實驗/理論觀念驗證的實驗平台，

期望學員能在學習完課程後能奠定嵌入式系統(更精確來說是電腦底層觀念，不只是嵌入式系統)基礎，包含CPU指令集/行為、記憶體存取、基礎常見周邊裝置驅動應用、基本介面電子電路(類比&數位)，

希望學員將這些學習內容消化吸收後，在未來於職場工作上遇到其它微電腦晶片平台時，可以有清晰的架構觀念，能舉一反三、能藉由紮實的基礎而在未來工作之中遇到其它平台時，能有自行舉一反三、擁有自學熟悉新平台的能力。

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🥸 再延伸上述的說明內容，以subroutine call或者function call為例

👉無論是哪款CPU，基本上都會有一些必須的暫存器，例如PC (Program Counter register，程式計數器)、 SP (stack pointer register，堆疊指標)、PSW (Program Status Word register，程式狀態字組)，這些暫存器的用途為何?

👉堆疊(stack)是什麼時候需要使用? 呼叫subroutine(這邊是指組合語言的副程式)或者在C語言作function call時是如何被使用? 是如何被實現? CPU在此時做了哪些事?

👉當撰寫C語言去呼叫函數、或者撰寫組合語言呼叫副程式，CPU所執行的程式流程是怎麼跳 過去執行subroutine的?

👉中斷(Interrupt)發生時，又是如何使用堆疊來完成中斷機制? CPU所執行的程式流程是怎麼跳 過去執行ISR (Interrupt Service Routine，中斷服務程式)的?

👉以8051內的CPU指令集為例，CALL指令分為ACALL和LCALL，差別在哪? 而和Stack(堆疊)相關的PUSH/POP/RET/RETI指令是在做什麼的? 實際上做了哪些相關的事?

👉CPU在執行完subroutine或者ISR(中斷服務程式)之後要如何回家(回到主流程?) 如果堆疊之中這些被存放的值被意外地改掉，會發生什麼事?

再講些題外話，

👉如果用C語言撰寫MCU程式，你知道main()函數被執行之前做了什麼事嗎?

👉如果用C語言撰寫MCU程式，例如宣告變數 unsigned char i=1; 你知道這個i變數的物理實體設備空間實際上是什麼嗎? 知道實際上這個i=1是如何被實現的嗎?

🥸 再強調一次，如果只有經歷過呼叫現成的API的經驗，讓MCU會動就滿足，而從來沒了解過這些API背後的底層原理基礎的話，那是否一位受過最基本的實驗步驟訓練的國高中生就能做這些了? 讀到大學甚至碩、博士畢業，或者身為工程師的專業度在哪裡呢?

我想這些是很值得大家思考的事! 我認為專業領域的視野和深度，可以決定一位工程領域人員的實際專業價值。

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【STM32】記錄今天看到的STM32 MCU RM0090 Reference manual Rev 19的973~974頁 USART Receiver(章節30.3.3)的一個寫法上的小問題

歡迎透過合法的方式分享此文內容，若要轉載/轉貼，請明確貼出此原始連結並標示作者基本資訊，請勿抄襲及非法轉貼(例如擷取內文但並未註明出處)

STM32 MCU的多數手冊都寫得不錯，但偶爾似乎還是難免會有些小問題。

今天下午看到一個關於STM32 MCU RM0090 Reference manual(STM32F405/415, STM32F407/417, STM32F427/437 and STM32F429/439 advanced Arm®-based 32-bit MCUs)  Rev 19的973~974頁 USART Receiver(章節30.3.3)的Start bit detection和Character reception這兩個連續的小節的內容中，對於RXNE flag被set(被設立為1)的條件的條件方面的文意內容的矛盾。

下列兩張圖皆為該ST手冊[1]的內容，請注意被紅線框起的部分:

[1] 973頁

[1] 974頁

[1] 1006頁

後來看到ST論壇也曾有外國人提出來討論。連結網址: https://community.st.com/s/question/0D50X00009XkhmtSAB/rxne-irq-generation

Ref: 

[1] STM32 RM0090 Reference manual Rev 19: https://www.st.com/resource/en/reference_manual/dm00031020-stm32f405-415-stm32f407-417-stm32f427-437-and-stm32f429-439-advanced-arm-based-32-bit-mcus-stmicroelectronics.pdf

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