5.18: Аппаратная архитектура GPIO Controller в SoC
==================================================

Общее описание
--------------

GPIO Controller — это **аппаратный компонент внутри SoC**, обеспечивающий доступ к физическим GPIO-пинам
(выводам микросхемы) со стороны процессора через системную шину (обычно AMBA).

Он реализует **регистры управления GPIO**, отображаемые в адресное пространство MMIO (Memory-Mapped I/O),
и позволяет:

- переключать пины между входом и выходом,
- читать/устанавливать логический уровень,
- задавать альтернативные функции (SPI, UART и т.д.),
- использовать пины в качестве источников IRQ.

Архитектура GPIO Controller
---------------------------

GPIO-контроллер находится **между системной шиной и физическими пинами**. Его внутреннее устройство включает:

1. **Регистр-файлы управления**:
   - Function Select (`GPFSELn`) — выбор режима пина (вход, выход, альтернативная функция)
   - Set/Clear (`GPSETn`, `GPCLRn`) — установка и сброс уровня
   - Level (`GPLEVn`) — текущий уровень
   - Pull-up/down — настройка подтягивающих резисторов (в старых чипах)
   - Interrupt (`GPREN`, `GPFEN` и др.) — обработка событий по фронту

2. **Декодер адресов**:
   - Реагирует на обращения процессора по фиксированным адресам MMIO
   - Например, на Raspberry Pi 3 регистры начинаются с `0x3F200000`

3. **Интерфейс к системной шине AMBA/APB**:
   - Принимает команды от CPU (через `readl()` / `writel()`)

4. **Логика управления GPIO-пинами**:
   - Устанавливает 3.3В или 0В на ножке
   - Читает входной уровень
   - Включает альтернативную функцию

Взаимодействие компонентов
--------------------------

.. code-block:: text

  [ARM Cortex-A53 CPU]
          │
          ▼
  [Системная шина AMBA/APB]
          │
          ▼
  [GPIO Controller (MMIO @ 0x3F200000)]
          │
          ▼
  [Пины GPIO: GPIO0 ... GPIO53]

Пример обращения к GPIO
-----------------------

При вызове из драйвера:

.. code-block:: c

  gpio_base = ioremap(0x3F200000, 0xB4);
  writel(1 << 21, gpio_base + GPSET0);  // включить GPIO21

Происходит:

1. CPU передаёт команду записи по адресу `0x3F20001C`
2. GPIO Controller обнаруживает обращение к регистру `GPSET0`
3. Логика устанавливает высокий уровень (3.3В) на выводе GPIO21

Реальные адреса BCM2835
-----------------------

Из документации SoC BCM2835 (используемого в Raspberry Pi):

.. code-block:: none

  GPIO Base Address:  0x7E200000 (физический)
  Для ARM:            0x3F200000 (через L2 MMU)
  GPSET0 Offset:      0x1C
  GPCLR0 Offset:      0x28
  GPLEV0 Offset:      0x34

Вывод
-----

- GPIO Controller — это **не драйвер, а физический блок** в SoC
- Он управляет пинами через **набор внутренних регистров**
- Эти регистры доступны ядру Linux через **MMIO** и используются в драйверах
- **Пины реально переключаются** при записи в регистры — никакой эмуляции

Следующий шаг: использовать MMIO для RGB-светодиода и IRQ для кнопок.