英创信息技术EM9280的GPIO特色及应用简介

EM9280是英创公司即将推出的新型工控主板产品。与英创公司的其他主板产品一样，EM9280带有32位通用数字IO（以下简称GPIO）。EM9280的各位GPIO的接口电平均为3.3V TTL电平，上电后均处于输入状态；各位GPIO的方向均可独立可设置，以方便使用。EM9280提供有标准的设备驱动程序API，应用程序可直接通过这些API函数来操作这些GPIO，EM9280的资料光盘上提供有GPIO操作的C/C++和C#的范例程序。对GPIO的操作的基本方法是打开GPIO的设备驱动文件“PIO1:”，然后通过调用DeviceIoContrtol来对GPIO进行设置或读取GPIO管脚的输入状态。其具体的操作定义在bsp_drivers.h中：

#define GPIO_IOCTL_OUT_ENABLE  // 激活指定GPIO的输出功能 
        #define GPIO_IOCTL_OUT_DISABLE  // 禁止指定GPIO的输出功能
        #define GPIO_IOCTL_OUT_SET  // GPIO输出高电平
        #define GPIO_IOCTL_OUT_CLEAR  // GPIO输出低电平
        #define GPIO_IOCTL_PIN_STATE  // 读取指定GPIO的输入状态

尽管EM9280的GPIO可以按统一的API函数来操作，但由于各位GPIO的实现机制的不同，其相应速度是有所区别的。EM9280的GPIO按相应速度分成低速和高速两类。具体分类如下表所示：

GPIO管脚	类型	简要说明
GPIO0 - GPIO1	高速GPIO	API函数执行时间大约10us
GPIO2 - GPIO5	低速GPIO	API函数执行时间大约100us
GPIO6 - GPIO7	高速GPIO	API函数执行时间大约10us
GPIO8 - GPIO9	低速GPIO	API函数执行时间大约100us
GPIO10 - GPIO11	高速GPIO	API函数执行时间大约10us
GPIO12 - GPIO19	低速GPIO	API函数执行时间大约100us
GPIO20 - GPIO31	高速GPIO	API函数执行时间大约10us

由于存在比较大的执行时间的差异，因此在执行读取GPIO状态操作时，也要求指定需要具体读取的是哪几位GPIO。指定的方法是把需要读取的GPIO对应位置1，不需要读取的则为0，例如：

UINT32 u32StateBits = GPIO0; // 指定需要读取的GPIO，这里为GPIO0
        UINT32 u32StateRead;
        if (!DeviceIoControl(hGpio, // file handle to the driver
                GPIO_IOCTL_PIN_STATE, // I/O control code
                &u32StateBits, // in buffer
                sizeof(UINT32), // in buffer size
                &u32StateRead, // out buffer
                sizeof(UINT32), // out buffer size 
                NULL, // pointer to number of bytes returned
                NULL)) // ignored (=NULL)
        {
                // 出错处理……
        }
        // u32StateRead包含读取的GPIO状态

在大多数具体应用中，每次往往只需要读取一位GPIO的状态，因此只指定所需的GPIO即可，以保证API函数执行时间最快。对其他的GPIO设置操作，只需要设置需操作的GPIO位信息，没有返回参数。

为了提高管脚的利用率，EM9280的高速GPIO部分还复用了其他的接口功能，具体复用的情况如下表所示：

管脚	复用功能	简要说明
GPIO0	CTS2#	与COM2口的CTS#复用管脚
GPIO1	RTS2#	与COM2口的RTS#复用管脚
GPIO2		低速GPIO
GPIO3		低速GPIO
GPIO4		低速GPIO
GPIO5		低速GPIO
GPIO6	PWM1	与PWM1复用管脚
GPIO7	PWM2	与PWM2复用管脚
GPIO8		低速GPIO
GPIO9		低速GPIO
GPIO10	RXD6	与COM6口的RXD复用管脚
GPIO11	TXD6	与COM6口的TXD复用管脚
GPIO12		低速GPIO
GPIO13		低速GPIO
GPIO14		低速GPIO
GPIO15		低速GPIO
GPIO16		低速GPIO
GPIO17		低速GPIO
GPIO18		低速GPIO
GPIO19		低速GPIO
GPIO20	PWM3	与PWM3复用管脚
GPIO21	PWM4	与PWM4复用管脚
GPIO22	I2C_SDA	与I2C总线的SDA复用管脚
GPIO23	I2C_SCL	与I2C总线的SCL复用管脚
GPIO24	IRQ1	与IRQ1复用管脚
GPIO25	IRQ2	与IRQ2复用管脚
GPIO26	IRQ3	与IRQ3复用管脚
GPIO27	IRQ4	与IRQ4复用管脚
GPIO28	SPI_MISO	与SPI接口的数据串入MISO复用管脚
GPIO29	SPI_MOSI	与SPI接口的数据串出MOSI复用管脚
GPIO30	SPI_SCLK	与SPI接口的同步时钟SCLK复用管脚
GPIO31	SPI_CS0N	与SPI接口的片选控制CS0N复用管脚

从上表可见，对最常用的异步串口（UART）的功能，与GPIO复用的不多，这样可最大限度的保证EM9280的串口及GPIO的可用性。对COM2如果不需要硬件流控功能，GPIO0 – GPIO1都仍然可以作为标准GPIO使用，而不会影响COM2的正常使用。