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研究GD32 GPIO外设库是怎么写的

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 楼主| gaoke231 发表于 2021-1-6 20:49 | 显示全部楼层 |阅读模式
GPIO, AC, 寄存器, 端口
第一步：怎么找到GPIO的基地址？
参考手册知道GPIO寄存的基地址，可以看到GPIOA~GPIOI的基地址间隔0x400,这些地址空间用作每一个GPIO的端口自己的私有寄存器。
113265ff5b1dea4561.png

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 楼主| gaoke231 发表于 2021-1-6 20:50 | 显示全部楼层
第二步：怎么初始化GPIO的引脚？
先看一下固件库是如何实现GPIO的引脚的初始化的，我们写程序
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  1. void gpio_init(uint32_t gpio_periph, uint32_t mode, uint32_t speed, uint32_t pin)
    

  2. {
    

  3.     uint16_t i;
    

  4.     uint32_t temp_mode = 0U;
    

  5.     uint32_t reg = 0U;
    


  6. 

  7.     /* GPIO mode configuration */
    

  8.     temp_mode = (uint32_t)(mode & ((uint32_t)0x0FU));
    

  9.     
    

  10.     /* GPIO speed configuration */
    

  11.     if(((uint32_t)0x00U) != ((uint32_t)mode & ((uint32_t)0x10U))){
    

  12.         /* output mode max speed:10MHz,2MHz,50MHz */
    

  13.         temp_mode |= (uint32_t)speed;
    

  14.     }
    


  15. 

  16.     /* configure the eight low port pins with GPIO_CTL0 */
    

  17.     for(i = 0U;i < 8U;i++){
    

  18.         if((1U << i) & pin){
    

  19.             reg = GPIO_CTL0(gpio_periph);
    

  20.             
    

  21.             /* clear the specified pin mode bits */
    

  22.             reg &= ~GPIO_MODE_MASK(i);
    

  23.             /* set the specified pin mode bits */
    

  24.             reg |= GPIO_MODE_SET(i, temp_mode);
    

  25.             
    

  26.             /* set IPD or IPU */
    

  27.             if(GPIO_MODE_IPD == mode){
    

  28.                 /* reset the corresponding OCTL bit */
    

  29.                 GPIO_BC(gpio_periph) = (uint32_t)((1U << i) & pin);
    

  30.             }else{
    

  31.                 /* set the corresponding OCTL bit */
    

  32.                 if(GPIO_MODE_IPU == mode){
    

  33.                     GPIO_BOP(gpio_periph) = (uint32_t)((1U << i) & pin);
    

  34.                 }
    

  35.             }
    

  36.             /* set GPIO_CTL0 register */
    

  37.             GPIO_CTL0(gpio_periph) = reg;
    

  38.         }
    

  39.     }
    

  40.     /* configure the eight high port pins with GPIO_CTL1 */
    

  41.     for(i = 8U;i < 16U;i++){
    

  42.         if((1U << i) & pin){
    

  43.             reg = GPIO_CTL1(gpio_periph);
    

  44.             
    

  45.             /* clear the specified pin mode bits */
    

  46.             reg &= ~GPIO_MODE_MASK(i - 8U);
    

  47.             /* set the specified pin mode bits */
    

  48.             reg |= GPIO_MODE_SET(i - 8U, temp_mode);
    

  49.             
    

  50.             /* set IPD or IPU */
    

  51.             if(GPIO_MODE_IPD == mode){
    

  52.                 /* reset the corresponding OCTL bit */
    

  53.                 GPIO_BC(gpio_periph) = (uint32_t)((1U << i) & pin);
    

  54.             }else{
    

  55.                 /* set the corresponding OCTL bit */
    

  56.                 if(GPIO_MODE_IPU == mode){
    

  57.                     GPIO_BOP(gpio_periph) = (uint32_t)((1U << i) & pin);
    

  58.                 }
    

  59.             }
    

  60.             /* set GPIO_CTL1 register */
    

  61.             GPIO_CTL1(gpio_periph) = reg;
    

  62.         }
    

  63.     }
    

  64. }


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 楼主| gaoke231 发表于 2021-1-6 20:50 | 显示全部楼层
在固件库中是如何来初始化GPIO的引脚的呢？我们先不着急，先来看两个寄存器，同样是在参考手册GPIO章节可以看到。
端口控制寄存器 0和 端口控制寄存器 1，端口端口控制寄存器 0负责Pin0~Pin7 , 端口端口控制寄存器 1负责Pin8~Pin15的配置。
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 楼主| gaoke231 发表于 2021-1-6 20:52 | 显示全部楼层
端口控制寄存器 0
781535ff5b244246d3.png
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 楼主| gaoke231 发表于 2021-1-6 20:55 | 显示全部楼层
端口控制寄存器 1
815505ff5b28b65cea.png
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 楼主| gaoke231 发表于 2021-1-6 20:56 | 显示全部楼层
不管是端口控制寄存器 0还是端口控制寄存器 1，每一个Pin的配置引脚都有4bit来配置，分别是CTLx和MDx的控制，我以Pin 0配置为例，来说明一下应该CTLx和MDx如何配置。
先来看MD0，可知，当bit1:0 = 00时为输入模式，为01时为输出模式。
311075ff5b367d5436.png
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 楼主| gaoke231 发表于 2021-1-6 21:08 | 显示全部楼层
再来看CTL0，可知，当MD0为输入模式时，bit3:2 = 00为模拟输入，为01时为浮空输入，为10时为上下拉输入。当MD0为输出模式时，bit3:2 = 00为推完输出，为01时为开漏输出…..
940995ff5b37b8ff83.png
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 楼主| gaoke231 发表于 2021-1-6 21:09 | 显示全部楼层
以上明白之后，我们需要做的工作就是确定 端口控制寄存器 0还是端口控制寄存器 1的地址，只有知道了地址，我们才可以操作对应的bit的值，从而为相应的端口引脚配置相应的模式。我们通过GPIO的基地址偏移0x00来确定端口控制寄存器 0的地址，通过偏移0x04来确定端口控制寄存器 1的地址。
147725ff5b68767364.png
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 楼主| gaoke231 发表于 2021-1-6 21:10 | 显示全部楼层
好了，我们来看一下标准库是如何做的？下面的代码可以清楚的看到标准库操作的来龙去脉。
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  1. // gd32f20x.h  文件
    

  2. #define APB2_BUS_BASE        ((uint32_t)0x40010000U)  
    

  3. #define GPIO_BASE             (APB2_BUS_BASE + 0x00000800U) 
    

  4. #define REG32(addr)            (*(volatile uint32_t *)(uint32_t)(addr))
    


  5. 

  6. // gd32f20x_gpio.h  文件
    

  7. #define GPIOA                      (GPIO_BASE + 0x00000000U)
    

  8. #define GPIOB                      (GPIO_BASE + 0x00000400U)
    

  9. #define GPIOC                      (GPIO_BASE + 0x00000800U)
    

  10. #define GPIOD                      (GPIO_BASE + 0x00000C00U)
    

  11. #define GPIOE                      (GPIO_BASE + 0x00001000U)
    

  12. #define GPIOF                      (GPIO_BASE + 0x00001400U)
    

  13. #define GPIOG                      (GPIO_BASE + 0x00001800U)
    

  14. #define GPIOH                      (GPIO_BASE + 0x00006C00U)
    

  15. #define GPIOI                      (GPIO_BASE + 0x00007000U)
    


  16. 

  17. #define GPIO_CTL0(gpiox)           REG32((gpiox) + 0x00U)   
    

  18. #define GPIO_CTL1(gpiox)           REG32((gpiox) + 0x04U)   


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 楼主| gaoke231 发表于 2021-1-6 21:11 | 显示全部楼层
以上代码可以看到，我们并不需要定义GPIO_CTL0的地址，通过GPIO的基地址：GPIO_BASE  加偏移量可以确定GPIO端口的地址，再通过GPIO端口地址加偏移来确定 CTL0和CTL1寄存器的地址。因此，如果需要读取或者对GPIO_CTL0和GPIO_CTL1寄存器的值，只需要使用GPIO_CTL0(gpiox)即可，当使用GPIO_CTL0(GPIOA)时，即可读取或者设置GPIO端口A的CTL0的值。
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一路向北lm 发表于 2021-1-7 08:57 | 显示全部楼层
总结的不错，希望可以继续更新
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 楼主| gaoke231 发表于 2021-1-7 21:14 | 显示全部楼层
一路向北lm 发表于 2021-1-7 08:57
总结的不错，希望可以继续更新

感谢支持，今天再更新一些
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 楼主| gaoke231 发表于 2021-1-7 21:15 | 显示全部楼层
库对于GPIO_CTL0的GPIO_CTL1的操作首先是读取GPIO_CTL0得值，使用reg = GPIO_CTL0(gpio_periph); gpio_periph 是需要填入的GPIO口，然后使用reg &= ~GPIO_MODE_MASK(i); 先清零需要配置引脚的的bit位，GPIO_MODE_MASK的宏定义如下：
#define GPIO_MODE_MASK(n)                (0xFU << (4U * (n)))
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 楼主| gaoke231 发表于 2021-1-7 21:16 | 显示全部楼层
因此，可以写成 reg &= ~(0xFU << (4U * (n))); 这里可以看出参数n对应每一个Pin引脚，使用循环的方式可以依次对每一个Pin引脚的配置位清零。清零对应的bit位后，需要根据设定的模式来进行正确的配置，库使用 reg |= GPIO_MODE_SET(i, temp_mode); 来执行对选择的Pin引脚进行配置，GPIO_MODE_SET定义的宏如下：
#define GPIO_MODE_SET(n, mode)           ((uint32_t)((uint32_t)(mode) << (4U * (n))))
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 楼主| gaoke231 发表于 2021-1-7 21:17 | 显示全部楼层
从而可以写成 reg |= ((uint32_t)((uint32_t)(mode) << (4U * (n))))，传入的为对应Pin引脚，mode参数是需要配置的模式变量。库使用的是temp_mode 变量，我们来追踪一下此变量，如下所示： temp_mode = (uint32_t)(mode & ((uint32_t)0x0FU));  
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 楼主| gaoke231 发表于 2021-1-7 21:23 | 显示全部楼层
gpio_init 函数将参数mode传入进来，此时可以得到temp_mode，传入给gpio_init 函数已经定义在 gd32f20x_gpio.h  文件中，具体如下：
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  1. /* GPIO mode definitions */
    

  2. #define GPIO_MODE_AIN                    ((uint8_t)0x00U)          
    

  3. #define GPIO_MODE_IN_FLOATING           ((uint8_t)0x04U)         
    

  4. #define GPIO_MODE_IPD                    ((uint8_t)0x28U)         
    

  5. #define GPIO_MODE_IPU                    ((uint8_t)0x48U)          
    

  6. #define GPIO_MODE_OUT_OD                 ((uint8_t)0x14U)          
    

  7. #define GPIO_MODE_OUT_PP                 ((uint8_t)0x10U)         
    

  8. #define GPIO_MODE_AF_OD                  ((uint8_t)0x1CU)          
    

  9. #define GPIO_MODE_AF_PP                  ((uint8_t)0x18U)


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 楼主| gaoke231 发表于 2021-1-7 21:24 | 显示全部楼层
这里定义的宏并没有直接根据对应寄存器的位来设定，只是绕了一个弯，大家可以仔细看一下，本来GPIO_MODE_AIN 为0x00 和GPIO_MODE_IN_FLOATING为0x04 正确，但是GPIO_MODE_IPD 和GPIO_MODE_IPU 就变成了0x28和0x48，为了区分上拉还是下拉，因此将0x8稍作改变，对于输出模式也是一样。
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 楼主| gaoke231 发表于 2021-1-7 21:25 | 显示全部楼层
如何处理上拉与下拉？库处理的方式如下
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  1. /* set IPD or IPU */
    

  2. if(GPIO_MODE_IPD == mode)
    

  3. {
    

  4. /* reset the corresponding OCTL bit */
    

  5. GPIO_BC(gpio_periph) = (uint32_t)((1U << i) & pin);
    

  6. }
    

  7. else
    

  8. {
    

  9.         /* set the corresponding OCTL bit */
    

  10.         if(GPIO_MODE_IPU == mode){
    

  11.                 GPIO_BOP(gpio_periph) = (uint32_t)((1U << i) & pin);
    

  12.         }
    

  13. }


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 楼主| gaoke231 发表于 2021-1-7 21:26 | 显示全部楼层
主要关注GPIO_BC和GPIO_BOP宏，在输入模式下使用GPIO_BC宏输出低电平来配置为下拉模式，使用GPIO_BOP宏输出高电平来配置上拉模式。
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 楼主| gaoke231 发表于 2021-1-7 21:30 | 显示全部楼层
最后如何配置模式？
库使用GPIO_CTL0(gpio_periph) = reg; 将reg写入到GPIO_CTL0中来完成对GPIO引脚的模式配置。
556985ff70c0f72657.png
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