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【.Net Micro Framework PortingKit - 08】GPIO驱动

更新时间：2021-12-13 07:03:32

要点亮LED灯或获得输入IO的状态应该是比较容易的，打开端口时钟，然后读写相关的GPIO寄存器就可以了，但是要实现一个输入中断，就要费些周折了。

对STM32（Cortex-M3）的芯片，要实现一个GPIO中断一般需要如下几步：

1、  配置时钟控制器寄存器（RCC）的APB2RSTR，确保对应的GPIOA ~ GPIOG时钟使能。

2、  对GPIO寄存器的CRL（或CRH）要设置正确的输入模式，如浮空输入模式（对接收IO中断来说，当然要设置成输入模式）。

3、  要通过AFIO寄存器配置中断的输入来源，对STM32芯片来说，具有19路EXTI中断线，其中3路分别连接PVD输出、RTC闹钟事件及USB唤醒事件，剩下的对GPIOA ~ GPIOG 7*16=112个IO点来说，同时只能配置16路IO输入中断。

4、  接下来要配置EXIT寄存器，根据需要来配置是上升沿触发中断、还是下降沿触发中断或两者都触发。

5、  而后比较重要的是， 要配置NVIC的SETENA寄存器，让对应的EXTI0、EXTI1、EXTI2、EXTI3、EXTI4、EXTI9_5或EXTI15_10中断位使能，此外还要配置各中断的优先级（前提是中断优先级分组寄存器已配置完毕）。

6、  最后我们要设置中断向量表（该向量表要重定位到内存中，以便于动态修改），在EXTI0、EXTI1、EXTI2、EXTI3、EXTI4、EXTI9_5或EXTI15_10对应的位置，放入我们的中断函数的入口地址。

 

和PC平台程序开发不同，基本上你每做一步，都可以很直观的看到你的进展和成果，但对嵌入式开发来说，如果上述几步有任何一个环节出了问题，你的进展都是零，有时候你会花上一天的时间去反复核实每个寄存器的值是否正确，以期获得你希望的结果。所以说嵌入式开发是惊喜的型的，要么成，要么不成，一线之隔！

接下来我们说一下GPIO实现的详细步骤，首先在CortexM3.h头文件中添加GPIO相关的寄存器描述：

struct CortexM3_GPIO

{

  static const UINT32 c_Base = 0x40010800;

  static const UINT32 A = 0;

  static const UINT32 B = 1;

  static const UINT32 C = 2;

  static const UINT32 D = 3;

  static const UINT32 E = 4;

  static const UINT32 F = 5;

  static const UINT32 G = 6;

  static const UINT32 GPIO_Mode_NULL = 0x00;

  static const UINT32 GPIO_Mode_Speed_10MHz = 0x01;

  static const UINT32 GPIO_Mode_Speed_2MHz = 0x02;

  static const UINT32 GPIO_Mode_Speed_50MHz = 0x03;

  static const UINT32 GPIO_Mode_IN_FLOATING = 0x04;

    /****/ volatile UINT32   CRL;  //配置寄存器

  /****/ volatile UINT32   CRH;

  /****/ volatile UINT32   IDR;  //数据寄存器

  /****/ volatile UINT32   ODR;

  /****/ volatile UINT32   BSRR; //置位复位寄存器

  /****/ volatile UINT32   BRR;  //复位寄存器

  /****/ volatile UINT32   LCKR; //锁定寄存器

};

struct CortexM3_EXTI

{

  static const UINT32 c_Base = 0x40010400;

  /****/ volatile UINT32  IMR;

  /****/ volatile UINT32  EMR;

  /****/ volatile UINT32  RTSR;

  /****/ volatile UINT32  FTSR;

  /****/ volatile UINT32  SWIER;

  /****/ volatile UINT32  PR;

};

struct CortexM3_AFIO

{

  static const UINT32 c_Base = 0x40010000; 

  /****/ volatile UINT32 EVCR;

  /****/ volatile UINT32 MAPR;

  /****/ volatile UINT32 EXTICR[4];

};

由于NVIC相关的代码我们已经在《NVIC中断处理》说过了，这里就不重复了。

对.Net Micro Framework的架构来说，要实现如下几个接口：

1、CPU_GPIO_Initialize

2、CPU_GPIO_Uninitialize

3、CPU_GPIO_Attributes

4、CPU_GPIO_DisablePin

5、CPU_GPIO_EnableOutputPin

6、CPU_GPIO_EnableInputPin

7、CPU_GPIO_EnableInputPin2

8、CPU_GPIO_GetPinState

9、CPU_GPIO_SetPinState

10、CPU_GPIO_GetPinCount

11、CPU_GPIO_GetPinsMap

12、CPU_GPIO_GetSupportedResistorModes

13、CPU_GPIO_GetSupportedInterruptModes

14、CPU_GPIO_PinIsBusy

15、CPU_GPIO_ReservePin

16、CPU_GPIO_GetDebounce

17、CPU_GPIO_SetDebounce

考虑到难易程度和篇幅，我们只介绍CPU_GPIO_Initialize、CPU_GPIO_EnableOutputPin、 CPU_GPIO_EnableInputPin和EXTI_IRQHandler 中断函数的具体实现。

BOOL GPIO_Driver::Initialize()

{

         CortexM3_AFIO &AFIO = CortexM3::AFIO();

    for(int i=0;i<4;i++)

    {

       AFIO.EXTICR[i]=0x0000;

    }       

CortexM3_EXTI &EXTI= CortexM3::EXTI();   

    EXTI.IMR = 0x00000000;

    EXTI.EMR = 0x00000000;

    EXTI.RTSR = 0x00000000;

    EXTI.FTSR = 0x00000000;

    EXTI.PR = 0x0007FFFF;

    //NVIC

    if(!CPU_INTC_ActivateInterruptEx(CortexM3_NVIC::c_IRQ_Index_EXTI0,(UINT32)(void *)EXTI_IRQHandler ))   return FALSE;

         //略

    return TRUE;

}

其中比较重要的是CPU_INTC_ActivateInterruptEx函数，它可动态设置c_IRQ_Index_EXTI0中断所对应的中断函数的入口地址。

void GPIO_Driver::EnableOutputPin(GPIO_PIN pin, BOOL initialState)

{

    ASSERT(pin < c_MaxPins);       

    UINT32 port = PinToPort(pin);

         UINT32 bit = PinToBit(pin);

    UINT32 pos = (bit % 8)<<2;

         CortexM3_GPIO &GPIO= CortexM3::GPIO(port);   

    //通用推挽输出模式

    if(bit<8)

    {       

       GPIO.CRL = (GPIO.CRL & ~(0x0F << pos)) | (CortexM3_GPIO::GPIO_Mode_Speed_50MHz << pos);

    }

         else

         {

            GPIO.CRH = (GPIO.CRH & ~(0x0F << pos)) | (CortexM3_GPIO::GPIO_Mode_Speed_50MHz << pos);

         }

 

    //初值

    if(initialState) GPIO.BSRR = 0x1 << bit;

    else GPIO.BRR = 0x1 << bit;

}

输出默认为通用推挽输出模式，你也可以根据实际需要进行必要的调整。

BOOL GPIO_Driver::EnableInputPin(GPIO_PIN pin, BOOL GlitchFilterEnable, GPIO_INTERRUPT_SERVICE_ROUTINE ISR, void *pinIsrParam, GPIO_INT_EDGE intEdge, GPIO_RESISTOR resistorState)

{

    ASSERT(pin < c_MaxPins);       

    UINT32 port = PinToPort(pin);

         UINT32 bit = PinToBit(pin);

    UINT32 pos = (bit % 8)<<2;

         CortexM3_GPIO &GPIO= CortexM3::GPIO(port);   

    //浮空输入

    if(bit<8)

    {       

       GPIO.CRL = (GPIO.CRL & ~(0x0F << pos))| (CortexM3_GPIO::GPIO_Mode_IN_FLOATING << pos);

    }

         else

         {

            GPIO.CRH = (GPIO.CRH & ~(0x0F << pos))| (CortexM3_GPIO::GPIO_Mode_IN_FLOATING << pos);

         }

    //中断输入源配置(AFIO)

    CortexM3_AFIO &AFIO = CortexM3::AFIO();

    AFIO.EXTICR[bit >> 2] &= ~(0x0F << (0x04 * (bit & 0x03)));

    AFIO.EXTICR[bit >> 2] |= port << (0x04 * (bit & 0x03));

         CortexM3_EXTI &EXTI=CortexM3::EXTI();

    if(ISR)

    {

        switch(intEdge)

        {

            case GPIO_INT_NONE:   //无中断

                EXTI.IMR &= ~(0x1<<bit);                                   

                return FALSE;

            case GPIO_INT_EDGE_LOW:   //下降沿中断

            case GPIO_INT_LEVEL_LOW:

                EXTI.IMR |= 0x1<<bit;    

                                     EXTI.FTSR |= 0x1<<bit;        //下降沿有效

                                     EXTI.RTSR &= ~(0x1<<bit);  //上升沿无效

                break;

            //略

            default:

                ASSERT(0);

                return FALSE;

        }

    }                

                  

    return TRUE;

}

GPIO输入的实现比较繁琐一些，可以根据需要仅把端口配置成输入模式，而不配置相应的中断参数。这样可以通过不断扫描的方式获得输入信号。

void GPIO_Driver::ISR(void *Param)

{

         CortexM3_EXTI &EXTI=CortexM3::EXTI();

    UINT32 interruptsActive = EXTI.PR;

    UINT32 bitMask  = 0x1, bitIndex = 0;

         while(interruptsActive)

    {

        while((interruptsActive & bitMask) == 0)

        {

            bitMask  <<= 1;

            ++bitIndex;

        }

        CortexM3_AFIO &AFIO = CortexM3::AFIO();

        UINT32 port = (AFIO.EXTICR[bitIndex >> 2]>>(0x04 * (bitIndex & 0x03))) & 0xF;

        GPIO_PIN pin = BitToPin( bitIndex, port);

        PIN_ISR_DESCRIPTOR& pinIsr = g_GPIO_Driver.m_PinIsr[ pin ];

        pinIsr.Fire( (void*)&pinIsr );

        interruptsActive ^= bitMask;

                   EXTI.PR |= bitMask;

    }

}

在中断函数中，根据相关寄存器的值来判断哪一个（或同时哪一些）GPIO发生的中断，并由此执行业已配置好的异步中断处理函数。

好了，写完了GPIO驱动程序，我们就可以漂漂亮亮的在NativeSample中写我们的测试程序了：

void ISR( GPIO_PIN Pin, BOOL PinState, void* Param )

{

    if(PinState)    // released, up

    {

      CPU_GPIO_SetPinState(GPIO_Driver::PF7,0x0);

    }

    else            // pressed, down

    {

       CPU_GPIO_SetPinState(GPIO_Driver::PF7,0x1);

    }

}

 

void ApplicationEntryPoint()

{  

    //LED D1 D2 D3 D4  

    CPU_GPIO_EnableOutputPin(GPIO_Driver::PF7,FALSE);

         CPU_GPIO_EnableOutputPin(GPIO_Driver::PF8,FALSE);

 

         //user按钮 = 0x1

         CPU_GPIO_EnableInputPin(GPIO_Driver::PG8,FALSE,ISR,GPIO_INT_EDGE_BOTH,RESISTOR_PULLDOWN);                   

    while(TRUE)    

    {  

           CPU_GPIO_SetPinState(GPIO_Driver::PF8,!CPU_GPIO_GetPinState(GPIO_Driver::PF8));

           Events_WaitForEvents( 0, 1000 );      

         }

}

上面的程序比我们最初在《调试初步：点亮LED灯》中提到的代码清爽多了，把程序下载到开发板上运行，你会发现D3 LED灯以一秒为周期不断地闪烁，而D2 LED灯则在user按钮按下时才亮，放开时则灭。

只要细心 + 耐心，其实嵌入式开发还是比较容易的，并且功能实现那一刻喜悦的“强度”，是作为PC平台软件开发者所难以企及的。

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