本帖最后由 智芯云技术 于 2023-12-15 12:17 编辑
RCU 时钟介绍 众所周知，时钟是MCU能正常运行的基本条件，就好比心跳或脉搏，为所有的工作单元提供时间基数。时钟控制单元提供了一系列频率的时钟功能，包括一个内部RC振荡器时钟(IRC)、一个外部高速晶体振荡器时钟(HXTAL)、一个外部低速晶体振荡器时钟(LXTAL)、一个HXTAL时钟监视器、时钟预分频器、时钟多路复用器和时钟门控电路等。本章，我们将通过一个“输出HXTAL时钟信号”的实验来熟悉RCU的工作流程。
RCU 配置
GD32系列MCU在启动后首先会执行Reset Handler，紧接着就会执行SystemInit()函数，而时钟的初始化，就是在这个函数中进行，其主要的功能是配置系统时钟CK_SYS(即主频)，AHB、APB1以及APB2时钟。SystemInit()函数由GD32官方库提供，不同系列的MCU有一些差别，但实现方式基本相同：首先将RCU关于CK_SYS，AHB、APB1以及APB2时钟配置的一些寄存器恢复到默认值，然后再执行system_clock_config()函数，用于具体的时钟配置。实际上用户可以不用过于关心上述的实现方式，因为GD32库已经为您提供了多种时钟源及时钟选择，您只需按照以下步骤即可将时钟设置为您期望的值(以GD32F30x为例，其他系列类似)：(1) 在system_gd32f30x.c中，用户可通过选择宏来进行预设的时钟配置，如时钟配置选择宏定义，选择了HXTAL作为PLL时钟源，且配置CK_SYS为120MHz。
时钟配置选择宏定义
但这种情况下您使用的外部晶振需要是默认值，此值由HXTAL_VALUE定义，如为8000000，那么您应该选择8MHz的外部晶振。当然，您可以使用其他规格的外部晶振，这种情况下就需要去修改RCU配置函数里面的一些参数，主要是分频和倍频系数，以达到期望的配置，具体如何修改，可以结合GD32的User manual中定义的RCU寄存器来对配置函数进行分析。
(2) 设置HXTAL_VALUE的值。
此数值和RCU的初始化其实并没有太大关系，但如果您使用的外部晶振不是默认值，那么除了按照步骤(1)修改配置参数外，您还必须将此HXTAL_VALUE的值修改为实际的外部晶振频率，这是因为在一些通信外设配置时，库函数会调用HXTAL_VALUE值来设置波特率，如此值设置错误，会导致通信异常。
非默认外部晶振配置时钟实例
硬件连接说明
本文通过“输出HXTAL时钟信号”实验来熟悉RCU的工作流程。通过前面内容讲解可知，本章实验为“输出HXTAL时钟信号”，即通过PA8口将HXTAL输出，我们使用示波器，将探头连接到PA8口，从示波器上读取PA8口波形即可。
软件配置说明
本小节讲解RCU_Example例程中RCU的配置说明，主要包括外设时钟配置、GPIO引脚配置、主函数介绍以及运行结果。软件设计的流程如下：
（1）使能GPIOA时钟
（2）初始化PA8，将此端口设置为备用功能模式(AFIO)
（3）通过调用库函数选择HXTAL作为PA8时钟信号源
外设时钟配置
外设时钟配置如RCU例程时钟配置所示，在GD32全系列MCU中需打开GPIOA时钟。
RCU例程时钟配置
GPIO 引脚配置
RCU 例程引脚配置
主函数说明
RCU 例程主函数
如 RCU例程主函数，该主函数主要分成四部分，RCU时钟配置、GPIO配置、RCU输出相关库函数调用和while(1)主循环，其中RCU输出相关库函数请读者结合各系列MCU Datasheet、User Manual进行RCU例程的分析。
注意：因为是输出HXTAL，所以必须要使能HXTAL，否则PA8将无波形输出。一个简单的办法是将HXTAL作为CK_SYS时钟源，请参考本章第一节内容。
运行结果
如图RCU 例程运行结果为 RCU 例程运行结果，可看出，PA8 口正确输出了 HXTAL 波形。
图RCU 例程运行结果
GPIO 模块介绍
GPIO的全称为通用输入输出口，是很多外设能够正常工作的必要条件。除了一些特定功能的引脚(如电源脚)外，MCU上其他的引脚都可以当做GPIO来使用。本章，我们将对GPIO进行简单介绍，并通过一个“流水灯”的实验来熟悉GPIO的工作模式。
GPIO 基础知识
GD32系列MCU的GPIO口是以“组”的形式工作，命名方式为PX(X=A,B,C,D,E···)，每组配置有16个pin脚。每个pin脚都可由软件配置为输出(推挽或开漏)、输入、外设备用功能或者模拟模式。每个 GPIO 引脚都可以配置为上拉、下拉或浮空。除模拟模式外，所有的 GPIO 引脚都具备大电流驱动能力。
GPIO的主要特性
◼ 输入/输出方向控制；
◼ 施密特触发器输入功能使能控制；
◼ 每个引脚都具有弱上拉/下拉功能；
◼ 推挽/开漏输出使能控制；
◼ 置位/复位输出使能；
◼ 可编程触发沿的外部中断—使用EXTI配置寄存器
◼ 模拟输入/输出配置；
◼ 备用功能输入/输出配置；
◼ 端口锁定配置；
GPIO结构框图
标准I/O端口位的基本结构为标准I/O端口位的基本结构图。
GPIO引脚配置
在复位期间或或复位之后，备用功能并未激活，所有GPIO端口都被配置成输入浮空模式，这种输入模式禁用上拉(PU)/下拉(PD)电阻。用户可通过软件配置GPIO为输入或输出模式。当 GPIO引脚配置为输入引脚时，所有的GPIO引脚内部都有一个可选择的弱上拉和弱下拉电阻。当GPIO引脚配置为输出引脚，用户可以配置端口的输出速度和选择输出驱动模式：推挽或开漏模式。
输入配置
当GPIO引脚配置为输入时：
◼ 施密特触发输入使能；
◼ 可选择的弱上拉和下拉电阻；
◼ 当前I/O引脚上的数据在每个APB2时钟周期都会被采样并存入端口输入状态寄存器；
◼ 输出缓冲器禁用。
输入配置是I/O引脚的输入配置。
输出配置
当GPIO引脚配置为输出时：
◼ 施密特触发输入使能；
◼ 弱上拉和下拉电阻禁用；
◼ 输出缓冲器使能；
◼ 开漏模式：输出控制寄存器设置为“0”时，相应引脚输出低电平；输出控制寄存器设置为“1”，相应管脚处于高阻状态；
◼ 推挽模式：输出控制寄存器设置为“0”时，相应引脚输出低电平；输出控制寄存器设置为“1”，相应引脚输出高电平；
◼ 对端口输出控制寄存器进行读操作，将返回上次写入的值；
◼ 对端口输入状态寄存器进行读操作，将获得当前I/O口的状态。
输出配置是I/O端口的输出配置
模拟配置
当GPIO引脚配置为模拟模式时：
◼ 弱上拉和下拉电阻禁用；
◼ 输出缓冲器禁用；
◼ 施密特触发输入禁用；
◼ 端口输入状态寄存器相应位为“0”。
模拟配置是I/O端口的输出配置
备用功能（AF）
除了用作通用 IO 口以外，所有的 GPIO 都有备用功能。对于 GD32F10x/20x/30x/403/E10x 系列 MCU,用户可通过软件将某一个 GPIO 配置为复用模式，然后再使能相应外设即可使用 IO 对应的复用功能。对于 GD32F1x0/3x0/4xx/E23x 系列 MCU，用户可通过软件将某一个 GPIO 配置为复用模式，同时还需要设置 GPIO 备用功能选择寄存器选择 16 个备用功能中的一个。以 GD32F130 为例，说下具体的配置流程。
(1) 设置 GPIO 模式 gpio_mode_setgpio_mode_set函数原型为：
其中形参gpio_periph为需要设置的GPIO口组，其对应的实参为GPIOx(x = A,B,C,D,E,F,G)，形参mode为需要设置的GPIO模式，对应的实参为：
形参pin为pin脚号，实参为GPIO_PIN_x(x=0..15)。(2) 设置 AF 类型 gpio_af_set当需要将GPIO设置为复用模式时，除了调用gpio_mode_se设置GPIO模式外，还需要调用函数gpio_af_set进行复用类型的设置。gpio_af_set函数原型为：
其中形参gpio_periph为需要设置的GPIO口组，其对应的实参为GPIOx(x = A,B,C,D,E,F,G)，形参alt_func_num为需要设置复用类型，对应的实参为：
GPIO_AF_0(复用类型0)
GPIO_AF_1(复用类型1)
GPIO_AF_2(复用类型2)
GPIO_AF_3(复用类型3)
GPIO_AF_4(复用类型4)
GPIO_AF_5(复用类型5)
GPIO_AF_6(复用类型6)
GPIO_AF_7(复用类型7)
F1x0、F3x0、F4xx(F405\F407\F450)、E23x系列MCU的GPIO的复用类型可以从对应MCU的Datasheet中查得，如GD32F130系列的复用类型表如下图(部分截图)：
形参pin为pin脚号，实参为GPIO_PIN_x(x=0..15)。根据以上介绍，如设置PA0为复用模式，且设置功能为USART0_CTS功能，函数调用如下：
I/O 重映射功能
本节内容只适用于GD32F10x/30x/403/E103系列MCU。
介绍为了扩展GPIO的灵活性或外设功能使用，通过配置AFIO端口配置寄存器（AFIO_PCF0/AFIO_PCF1），每个I/O引脚都可以配置多达4种不同的功能。通过使用外设 IO 的重映射功能可以选择合适的引脚位置。主要特性
◼ EXTI 源选择
◼ 每个引脚具有多达4种备用功能的配置
外设重映射配置
以GD32F30x的USART0 AF重映射来说明重映射配置。
由表可 看 出 ， 当 USART0_REMAP = 0 时 ，USART0_TX 和 USART0_RX 功 能 映 射 在 PA9 、 PA10 上 ， 而 当 USART0_REMAP = 1 时 ，USART0_TX和USART0_RX功能映射在PB6、PB7上。可 看 出 ， 当 USART0_REMAP = 0 时 ，USART0_TX 和 USART0_RX 功 能 映 射 在 PA9 、 PA10 上 ， 而 当 USART0_REMAP = 1 时 ，USART0_TX和USART0_RX功能映射在PB6、PB7上。
其他外设端口重映射或其他系列MCU重映射表，请参考各系列MCU的User Manual。
JTAG/SWD 备用功能重映射
为了减少用于调试的 GPIO 端口，用户可以配置 AFIO_PCF0 寄存器中的 SWJ_CFG [2:0]位为不同的值。具体情况调试端口映射。
注意：当JTAG或SWD定义的IO口被用户设置为其他功能时，需要根据调试端口映射将JTAG或SWD功能关闭，否则可能会出现MCU无法运行的情况。
硬件连接说明
本章以一个“流水灯”的实验来熟悉GPIO的工作模式。
“流水灯”实验硬件连接图
如图所示，LED2、LED3通过470Ω电阻和MCU的PF0、PF1连接，另一端接GND，可通过配置PF0、PF1的输出电平，来达到控制LED2、LED3亮灭的目的。读者可以根据典型硬件连接图和相应系列的Datasheet设计出自己的硬件连接方式。
软件配置说明
本小节讲解GPIO_Example例程中GPIO的配置说明，主要包括外设时钟配置、GPIO引脚配置、主函数介绍以及运行结果。软件设计的流程如下：
(1) 使能GPIOF时钟
(2) 初始化PF0和PF1，将这两个引脚配置为推挽输出
(3) 通过调用库函数配置PF0和PF1的电平，再通过一些延时处理，使LED2和LED3交替点亮，以实现流水灯
外设时钟配
外设时钟配置如GPIO例程时钟配置所示，在GD32全系列MCU中需打开GPIOF时钟。
GPIO 引脚配置
GPIO 例程引脚配置
如GPIO例程引脚配置 ，GD32F10X、GD32F30X、GD32F20X、GD32E10X系列GPIO配置为推挽输出相同，调用gpio_init函数(由标准库提供)即可，此函数原型为：
其中形参gpio_periph为需要设置的GPIO口组，其对应的实参为GPIOx(x = A,B,C,D,E,F,G)，形参mode为需要设置的GPIO模式，对应的实参为：
形参speed为GPIO的速度设置，对应的实参为：
形参pin为pin脚号，实参为GPIO_PIN_x(x=0..15)。实际上GPIO的速度设置只在设置为输出模式下才有效，输入模式下是无效的。F1x0、F4xx、F3x0、E23x系列GPIO配置为推挽输出相同，需调用gpio_mode_set和gpio_output_options_set函数。
(1) gpio_mode_set函数
gpio_mode_set函数原型为：
其中形参gpio_periph为需要设置的GPIO口组，其对应的实参为GPIOx(x = A,B,C,D,E,F,G)，形参mode为需要设置的GPIO模式，对应的实参为：
形参pull_up_down为GPIO的上下拉设置，对应的实参为：
形参pin为pin脚号，实参为GPIO_PIN_x(x=0..15)。
(2) gpio_output_options_set函数
当需要将GPIO设置为输出模式时，除了调用gpio_mode_set设置GPIO模式外，还需要调用函数gpio_output_options_set进行GPIO的速度及输出类型的设置。gpio_output_options_set函数原型为：
其中形参gpio_periph为需要设置的GPIO口组，其对应的实参为GPIOx(x = A,B,C,D,E,F,G)，形参otype为需要设置的GPIO输出类型，对应的实参为：
形参speed为引脚速度，实参为：
形参pin为pin脚号，实参为GPIO_PIN_x(x=0..15)。
主函数说明
代码清单 5-10. GPIO 例程主函数
如图所示，该主函数主要分成四部分，systick 配置、RCU 时钟配置、GPIO 配置和 while(1)主循环，其中 systick 配置用于产生延时，while(1)主循环通过控制相应GPIO 的 BC 和 BOP 寄存器来控制 GPIO 的输出电平。
运行结果
GPIO 使用注意事项
1. 当出现在调试状态下程序可运行，但run模式下MCU无法启动，需要查看是否使用了JTAG口定义的IO，用户需要在程序中将JTAG口功能屏蔽，具体请参考5.2.3节。
2. 当JTAG和SWD功能都被禁用后，MCU将无法通过仿真器连接。
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