【.Net Micro Framework PortingKit - 08】GPIO驱动

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：

1. struct CortexM3_GPIO  
2.  
3. {  
4.  
5.   static const UINT32 c_Base = 0x40010800;  
6.  
7.   static const UINT32 A = 0;  
8.  
9.   static const UINT32 B = 1;  
10.  
11.   static const UINT32 C = 2;  
12.  
13.   static const UINT32 D = 3;  
14.  
15.   static const UINT32 E = 4;  
16.  
17.   static const UINT32 F = 5;   
18.  
19.   static const UINT32 G = 6;   
20.  
21.   static const UINT32 GPIO_Mode_NULL = 0x00;  
22.  
23.   static const UINT32 GPIO_Mode_Speed_10MHz = 0x01;  
24.  
25.   static const UINT32 GPIO_Mode_Speed_2MHz = 0x02;  
26.  
27.   static const UINT32 GPIO_Mode_Speed_50MHz = 0x03;  
28.  
29.   static const UINT32 GPIO_Mode_IN_FLOATING = 0x04;  
30.  
31.     /****/ volatile UINT32   CRL;  //配置寄存器  
32.  
33.   /****/ volatile UINT32   CRH;  
34.  
35.   /****/ volatile UINT32   IDR;  //数据寄存器  
36.  
37.   /****/ volatile UINT32   ODR;  
38.  
39.   /****/ volatile UINT32   BSRR; //置位复位寄存器  
40.  
41.   /****/ volatile UINT32   BRR;  //复位寄存器  
42.  
43.   /****/ volatile UINT32   LCKR; //锁定寄存器  
44.  
45. };  
46.  
47. struct CortexM3_EXTI  
48.  
49. {  
50.  
51.   static const UINT32 c_Base = 0x40010400;  
52.  
53.   /****/ volatile UINT32  IMR;  
54.  
55.   /****/ volatile UINT32  EMR;  
56.  
57.   /****/ volatile UINT32  RTSR;  
58.  
59.   /****/ volatile UINT32  FTSR;  
60.  
61.   /****/ volatile UINT32  SWIER;  
62.  
63.   /****/ volatile UINT32  PR;  
64.  
65. };  
66.  
67. struct CortexM3_AFIO  
68.  
69. {  
70.  
71.   static const UINT32 c_Base = 0x40010000;    
72.  
73.   /****/ volatile UINT32 EVCR;  
74.  
75.   /****/ volatile UINT32 MAPR;  
76.  
77.   /****/ volatile UINT32 EXTICR[4];  
78.  
79. };  
80.  

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。

1. BOOL GPIO_Driver::Initialize()  
2.  
3. {  
4.  
5.          CortexM3_AFIO &AFIO = CortexM3::AFIO();  
6.  
7.     for(int i=0;i<4;i++)   
8.  
9.     {  
10.  
11.        AFIO.EXTICR[i]=0x0000;  
12.  
13.     }          
14.  
15. CortexM3_EXTI &EXTI= CortexM3::EXTI();      
16.  
17.     EXTI.IMR = 0x00000000;  
18.  
19.     EXTI.EMR = 0x00000000;  
20.  
21.     EXTI.RTSR = 0x00000000;   
22.  
23.     EXTI.FTSR = 0x00000000;   
24.  
25.     EXTI.PR = 0x0007FFFF;  
26.  
27.     //NVIC   
28.  
29.     if(!CPU_INTC_ActivateInterruptEx(CortexM3_NVIC::c_IRQ_Index_EXTI0,(UINT32)(void *)EXTI_IRQHandler ))   return FALSE;  
30.  
31.          //略  
32.  
33.     return TRUE;  
34.  
35. }  
36.  

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。

1. void GPIO_Driver::EnableOutputPin(GPIO_PIN pin, BOOL initialState)  
2.  
3. {  
4.  
5.     ASSERT(pin < c_MaxPins);          
6.  
7.     UINT32 port = PinToPort(pin);   
8.  
9.          UINT32 bit = PinToBit(pin);  
10.  
11.     UINT32 pos = (bit % 8)<<2;  
12.  
13.          CortexM3_GPIO &GPIO= CortexM3::GPIO(port);      
14.  
15.     //通用推挽输出模式  
16.  
17.     if(bit<8)  
18.  
19.     {          
20.  
21.        GPIO.CRL = (GPIO.CRL & ~(0x0F << pos)) | (CortexM3_GPIO::GPIO_Mode_Speed_50MHz << pos);  
22.  
23.     }  
24.  
25.          else 
26.  
27.          {  
28.  
29.             GPIO.CRH = (GPIO.CRH & ~(0x0F << pos)) | (CortexM3_GPIO::GPIO_Mode_Speed_50MHz << pos);  
30.  
31.          }  
32.  
33.    
34.  
35.     //初值  
36.  
37.     if(initialState) GPIO.BSRR = 0x1 << bit;  
38.  
39.     else GPIO.BRR = 0x1 << bit;  
40.  
41. }  
42.  

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。

1. BOOL GPIO_Driver::EnableInputPin(GPIO_PIN pin, BOOL GlitchFilterEnable, GPIO_INTERRUPT_SERVICE_ROUTINE ISR, void *pinIsrParam, GPIO_INT_EDGE intEdge, GPIO_RESISTOR resistorState)  
2.  
3. {  
4.  
5.     ASSERT(pin < c_MaxPins);          
6.  
7.     UINT32 port = PinToPort(pin);   
8.  
9.          UINT32 bit = PinToBit(pin);  
10.  
11.     UINT32 pos = (bit % 8)<<2;  
12.  
13.          CortexM3_GPIO &GPIO= CortexM3::GPIO(port);      
14.  
15.     //浮空输入  
16.  
17.     if(bit<8)  
18.  
19.     {          
20.  
21.        GPIO.CRL = (GPIO.CRL & ~(0x0F << pos))| (CortexM3_GPIO::GPIO_Mode_IN_FLOATING << pos);  
22.  
23.     }  
24.  
25.          else  
26.  
27.          {  
28.  
29.             GPIO.CRH = (GPIO.CRH & ~(0x0F << pos))| (CortexM3_GPIO::GPIO_Mode_IN_FLOATING << pos);  
30.  
31.          }  
32.  
33.     //中断输入源配置(AFIO)  
34.  
35.     CortexM3_AFIO &AFIO = CortexM3::AFIO();  
36.  
37.     AFIO.EXTICR[bit >> 2] &= ~(0x0F << (0x04 * (bit & 0x03)));  
38.  
39.     AFIO.EXTICR[bit >> 2] |= port << (0x04 * (bit & 0x03));  
40.  
41.          CortexM3_EXTI &EXTI=CortexM3::EXTI();  
42.  
43.     if(ISR)  
44.  
45.     {  
46.  
47.         switch(intEdge)  
48.  
49.         {  
50.  
51.             case GPIO_INT_NONE:   //无中断  
52.  
53.                 EXTI.IMR &= ~(0x1<<bit);                                      
54.  
55.                 return FALSE;  
56.  
57.             case GPIO_INT_EDGE_LOW:   //下降沿中断  
58.  
59.             case GPIO_INT_LEVEL_LOW:  
60.  
61.                 EXTI.IMR |= 0x1<<bit;       
62.  
63.                                      EXTI.FTSR |= 0x1<<bit;        //下降沿有效  
64.  
65.                                      EXTI.RTSR &= ~(0x1<<bit);  //上升沿无效  
66.  
67.                 break;  
68.  
69.             //略  
70.  
71.             default:  
72.  
73.                 ASSERT(0);  
74.  
75.                 return FALSE;  
76.  
77.         }  
78.  
79.     }                   
80.  
81.                      
82.  
83.     return TRUE;  
84.  
85. }  
86.  

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。

1. void GPIO_Driver::ISR(void *Param)  
2.  
3. {  
4.  
5.          CortexM3_EXTI &EXTI=CortexM3::EXTI();  
6.  
7.     UINT32 interruptsActive = EXTI.PR;  
8.  
9.     UINT32 bitMask  = 0x1, bitIndex = 0;  
10.  
11.          while(interruptsActive)  
12.  
13.     {  
14.  
15.         while((interruptsActive & bitMask) == 0)  
16.  
17.         {  
18.  
19.             bitMask  <<= 1;  
20.  
21.             ++bitIndex;  
22.  
23.         }  
24.  
25.         CortexM3_AFIO &AFIO = CortexM3::AFIO();  
26.  
27.         UINT32 port = (AFIO.EXTICR[bitIndex >> 2]>>(0x04 * (bitIndex & 0x03))) & 0xF;  
28.  
29.         GPIO_PIN pin = BitToPin( bitIndex, port);  
30.  
31.         PIN_ISR_DESCRIPTOR& pinIsr = g_GPIO_Driver.m_PinIsr[ pin ];  
32.  
33.         pinIsr.Fire( (void*)&pinIsr );  
34.  
35.         interruptsActive ^= bitMask;  
36.  
37.                    EXTI.PR |= bitMask;  
38.  
39.     }   
40.  
41. }  
42.  

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：

1. void ISR( GPIO_PIN Pin, BOOL PinState, void* Param )  
2.  
3. {  
4.  
5.     if(PinState)    // released, up  
6.  
7.     {  
8.  
9.       CPU_GPIO_SetPinState(GPIO_Driver::PF7,0x0);  
10.  
11.     }  
12.  
13.     else            // pressed, down  
14.  
15.     {  
16.  
17.        CPU_GPIO_SetPinState(GPIO_Driver::PF7,0x1);  
18.  
19.     }  
20.  
21. }  
22.  
23.    
24.  
25. void ApplicationEntryPoint()  
26.  
27. {     
28.  
29.     //LED D1 D2 D3 D4     
30.  
31.     CPU_GPIO_EnableOutputPin(GPIO_Driver::PF7,FALSE);  
32.  
33.          CPU_GPIO_EnableOutputPin(GPIO_Driver::PF8,FALSE);  
34.  
35.    
36.  
37.          //user按钮 = 0x1  
38.  
39.          CPU_GPIO_EnableInputPin(GPIO_Driver::PG8,FALSE,ISR,GPIO_INT_EDGE_BOTH,RESISTOR_PULLDOWN);                      
40.  
41.     while(TRUE)       
42.  
43.     {     
44.  
45.            CPU_GPIO_SetPinState(GPIO_Driver::PF8,!CPU_GPIO_GetPinState(GPIO_Driver::PF8));  
46.  
47.            Events_WaitForEvents( 0, 1000 );         
48.  
49.          }  
50.  
51. }  
52.  

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

本文转自yefanqiu51CTO博客，原文链接：http://blog.51cto.com/yfsoft/321228，如需转载请自行联系原作者