研究GD32 GPIO外设库是怎么写的

只看该作者 · 2021-1-6 20:49

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。

只看该作者 · 2021-1-6 20:50

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

void gpio_init(uint32_t gpio_periph, uint32_t mode, uint32_t speed, uint32_t pin)

{

    uint16_t i;

    uint32_t temp_mode = 0U;

    uint32_t reg = 0U;



    /* GPIO mode configuration */

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

    

    /* GPIO speed configuration */

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

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

        temp_mode |= (uint32_t)speed;

    }



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

    for(i = 0U;i < 8U;i++){

        if((1U << i) & pin){

            reg = GPIO_CTL0(gpio_periph);

            

            /* clear the specified pin mode bits */

            reg &= ~GPIO_MODE_MASK(i);

            /* set the specified pin mode bits */

            reg |= GPIO_MODE_SET(i, temp_mode);

            

            /* set IPD or IPU */

            if(GPIO_MODE_IPD == mode){

                /* reset the corresponding OCTL bit */

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

            }else{

                /* set the corresponding OCTL bit */

                if(GPIO_MODE_IPU == mode){

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

                }

            }

            /* set GPIO_CTL0 register */

            GPIO_CTL0(gpio_periph) = reg;

        }

    }

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

    for(i = 8U;i < 16U;i++){

        if((1U << i) & pin){

            reg = GPIO_CTL1(gpio_periph);

            

            /* clear the specified pin mode bits */

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

            /* set the specified pin mode bits */

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

            

            /* set IPD or IPU */

            if(GPIO_MODE_IPD == mode){

                /* reset the corresponding OCTL bit */

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

            }else{

                /* set the corresponding OCTL bit */

                if(GPIO_MODE_IPU == mode){

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

                }

            }

            /* set GPIO_CTL1 register */

            GPIO_CTL1(gpio_periph) = reg;

        }

    }

}

只看该作者 · 2021-1-6 20:50

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。

只看该作者 · 2021-1-6 20:52

端口控制寄存器 0

只看该作者 · 2021-1-6 20:55

端口控制寄存器 1

只看该作者 · 2021-1-6 20:56

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。

只看该作者 · 2021-1-6 21:08

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…..

只看该作者 · 2021-1-6 21:09

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。

只看该作者 · 2021-1-6 21:10

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。

复制

// gd32f20x.h  文件

#define APB2_BUS_BASE        ((uint32_t)0x40010000U)  

#define GPIO_BASE             (APB2_BUS_BASE + 0x00000800U) 

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



// gd32f20x_gpio.h  文件

#define GPIOA                      (GPIO_BASE + 0x00000000U)

#define GPIOB                      (GPIO_BASE + 0x00000400U)

#define GPIOC                      (GPIO_BASE + 0x00000800U)

#define GPIOD                      (GPIO_BASE + 0x00000C00U)

#define GPIOE                      (GPIO_BASE + 0x00001000U)

#define GPIOF                      (GPIO_BASE + 0x00001400U)

#define GPIOG                      (GPIO_BASE + 0x00001800U)

#define GPIOH                      (GPIO_BASE + 0x00006C00U)

#define GPIOI                      (GPIO_BASE + 0x00007000U)



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

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

只看该作者 · 2021-1-6 21:11

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。

1万 · 2021-1-7 08:57

总结的不错，希望可以继续更新

只看该作者 · 2021-1-7 21:14

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

只看该作者 · 2021-1-7 21:15

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)))

只看该作者 · 2021-1-7 21:16

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))))

只看该作者 · 2021-1-7 21:17

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));

只看该作者 · 2021-1-7 21:23

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：

复制

/* GPIO mode definitions */

#define GPIO_MODE_AIN                    ((uint8_t)0x00U)          

#define GPIO_MODE_IN_FLOATING           ((uint8_t)0x04U)         

#define GPIO_MODE_IPD                    ((uint8_t)0x28U)         

#define GPIO_MODE_IPU                    ((uint8_t)0x48U)          

#define GPIO_MODE_OUT_OD                 ((uint8_t)0x14U)          

#define GPIO_MODE_OUT_PP                 ((uint8_t)0x10U)         

#define GPIO_MODE_AF_OD                  ((uint8_t)0x1CU)          

#define GPIO_MODE_AF_PP                  ((uint8_t)0x18U)

只看该作者 · 2021-1-7 21:24

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。

只看该作者 · 2021-1-7 21:25

如何处理上拉与下拉？库处理的方式如下

复制

/* set IPD or IPU */

if(GPIO_MODE_IPD == mode)

{

/* reset the corresponding OCTL bit */

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

}

else

{

        /* set the corresponding OCTL bit */

        if(GPIO_MODE_IPU == mode){

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

        }

}

只看该作者 · 2021-1-7 21:26

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。

只看该作者 · 2021-1-7 21:30

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。