STM32实战总结：HAL之GPIO

只看该作者 · 2023-12-27 14:56

该宏定义替换后，是后面的内容，看起来像是把一个宏定义内容进行强制类型转换，那么，被转换的是什么呢？又是转换成了什么类型呢？最终的效果又是什么呢？

在该文件上面，找到了宏定义：

#define GPIOE_BASE (APB2PERIPH_BASE + 0x00001800UL)

只看该作者 · 2023-12-27 14:56

可知，被转换的好像是个地址，一个基地址再加上一个数，继续查找基地址：

#define APB2PERIPH_BASE (PERIPH_BASE + 0x00010000UL)

只看该作者 · 2023-12-27 14:56

继续查找PERIPH_BASE
#define PERIPH_BASE 0x40000000UL /*!< Peripheral base address in the alias region */

只看该作者 · 2023-12-27 14:57

涉及到基地址加上一个数，联想到基地址加偏移量，又提到了别名区，难道是位带操作？

具体查找数据手册，看内存映射图中外设起始地址是哪个。

或者查看参考手册中，存储器映像表，看起始地址。

只看该作者 · 2023-12-27 14:57

0x4000 0000 - 0x4000 03FF TIM2定时器

可知，起始地址为：0x4000 0000

上面的地址经过相加，可得出为0x4001 1800，查阅手册得知，正好是端口E的地址。0x4001 1800 - 0x4001 1BFF GPIO端口E

由此可知，GPIOE表示的就是端口E的地址所对应的值。

此时，只是一个值，被转成了一个指针。

那么，又转换成了什么类型的指针呢？

那就要看，GPIO_TypeDef，是怎么定义的？

只看该作者 · 2023-12-27 14:57

typedef struct
{
  __IO uint32_t CRL;
  __IO uint32_t CRH;
  __IO uint32_t IDR;
  __IO uint32_t ODR;
  __IO uint32_t BSRR;
  __IO uint32_t BRR;
  __IO uint32_t LCKR;
} GPIO_TypeDef;

只看该作者 · 2023-12-27 14:57

这是一个结构体，定义了GPIO每个端口的寄存器。

因为，结构体的指针，指向的是首元素的首地址，所以，上面的强制转换的含义就是，指明端口E每一个寄存器的地址。

搞了这么多，就是定义了端口E各个寄存器的地址。虽然略显复杂，但是实现了标准化。

所以，GPIOE啥意思？就是端口E对应寄存器结构体的地址。所以对端口E的操作都基于GPIOE，其他端口，甚至所有外设，同理。

只看该作者 · 2023-12-27 14:57

再回过头看看stm32f103xe.h的功能说明：
  * @file stm32f103xe.h
  * @author  MCD Application Team
  * @brief CMSIS Cortex-M3 Device Peripheral Access Layer Header File.
  *       This file contains all the peripheral register's definitions, bits
  *       definitions and memory mapping for STM32F1xx devices.
  *
  *       This file contains:
  *          - Data structures and the address mapping for all peripherals
  *          - Peripheral's registers declarations and bits definition
  *          - Macros to access peripheral抯 registers hardware

只看该作者 · 2023-12-27 14:57

HAL_Init();

看名称就知道是HAL库的初始化，那么HAL库的初始化要做哪些事情呢？

先看声明：

跳转打开了stm32f1xx_hal.h
/* Initialization and de-initialization functions */
HAL_StatusTypeDef HAL_Init(void);
HAL_StatusTypeDef HAL_DeInit(void);
……

只看该作者 · 2023-12-27 14:58

可知，其返回一个什么，可查看到返回的是一个状态码，该状态码是个枚举类型，定义在头文件stm32f1xx_hal_def.h中，/**
  * @brief  HAL Status structures definition
  */
typedef enum
{
  HAL_OK    = 0x00U,
  HAL_ERROR = 0x01U,
  HAL_BUSY    = 0x02U,
  HAL_TIMEOUT  = 0x03U
} HAL_StatusTypeDef;

只看该作者 · 2023-12-27 14:59

再跳转到对应c中去看定义：

HAL_StatusTypeDef HAL_Init(void)
{
  /* Configure Flash prefetch */
#if (PREFETCH_ENABLE != 0)
#if defined(STM32F101x6) || defined(STM32F101xB) || defined(STM32F101xE) || defined(STM32F101xG) || \
defined(STM32F102x6) || defined(STM32F102xB) || \
defined(STM32F103x6) || defined(STM32F103xB) || defined(STM32F103xE) || defined(STM32F103xG) || \
defined(STM32F105xC) || defined(STM32F107xC)

  /* Prefetch buffer is not available on value line devices */
  __HAL_FLASH_PREFETCH_BUFFER_ENABLE();
#endif
#endif /* PREFETCH_ENABLE */

  /* Set Interrupt Group Priority */
  HAL_NVIC_SetPriorityGrouping(NVIC_PRIORITYGROUP_4);

  /* Use systick as time base source and configure 1ms tick (default clock after Reset is HSI) */
  HAL_InitTick(TICK_INT_PRIORITY);

  /* Init the low level hardware */
  HAL_MspInit();

  /* Return function status */
  return HAL_OK;
}

只看该作者 · 2023-12-27 14:59

根据英文注释不难看出来每个代码是干嘛的。

一直往下追踪，可以发现，其实底层都是对相关寄存器进行操作。

main.c中的后续初始化等代码类似，不再赘述。

只看该作者 · 2023-12-27 14:59

GPIO模块化编程
单片机的封装通常都是分层的。

怎么说呢？

首先，底层针对寄存器的读写时序是第一层；

再往上第二层，就是针对特定硬件的一些基本功能，比如读和写；

再往上就是第三层，可能是面向对象层，实现特定硬件的具体功能；

再往上，就是业务层，通过硬件的具体功能来实现不同的业务需求。

……

现在，有三个LED灯，对其进行模块化编程。

首先，HAL提供了写引脚、转换引脚电平、读引脚电平等功能。

我们进一步封装，实现该LED灯的具体功能，有打开、关闭以及转换开关状态（此时不用关注下一层的细节问题，面向的是具体的LED灯）

只看该作者 · 2023-12-27 14:59

思路如下：

为LED外设单独创建一个文件；

创建LED.c和LED.h，放到MyApplications中;

在myapplication.h中添加对应的头文件；

要实现哪些功能？对应的要提供什么函数，什么变量？将这些变量封装成一个结构体。

只看该作者 · 2023-12-27 14:59

#ifndef _LED_H_
#define _LED_H_

#include "stdint.h"

//确定要实现的led功能
typedef struct
{
//点亮
void (*led_light)(uint8_t);
//熄灭
void (*led_extinguish)(uint8_t);
//转换亮灭
void (*led_switch)(uint8_t);

} led_funtcions;

//有三个LED灯，定义成枚举，并编号
typedef enum
{
LED1 = 1u, LED2, LED3

} led_status;

//将结构体声明出去
extern led_funtcions led_operater;

#endif

只看该作者 · 2023-12-27 16:07

接着，在对应的c中，定义一个结构体全局变量（相应的在头文件中要声明出去），这个变量就作为一个对接人，也就是该文件的一个对象。之后，依次实现其中所定义的函数，并将函数赋值给结构体。同时注意，将所有函数设置成当前文件可见的，即加上static。我们不会对外暴露任何函数，要想访问函数，必须通过结构体变量去访问元素的形式。=

只看该作者 · 2023-12-27 16:07

#include "myapplication.h"

static void LedLight(uint8_t lednum);
static void LedExtinguish(uint8_t lednum);
static void LedSwitch(uint8_t lednum);
static void Led1Blink(void);

led_funtcions led_operater =
{
LedLight,
LedExtinguish,
LedSwitch
};

static void LedLight(uint8_t lednum)
{
switch(lednum)
{
      case LED1 :
         HAL_GPIO_WritePin(LED1_GPIO_Port, LED1_Pin, GPIO_PIN_SET);
         break;
      case LED2 :
         HAL_GPIO_WritePin(LED2_GPIO_Port, LED2_Pin, GPIO_PIN_SET);
         break;
      case LED3 :
         HAL_GPIO_WritePin(LED3_GPIO_Port, LED3_Pin, GPIO_PIN_SET);
         break;
      default :
         Led1Blink();
}
}

static void LedExtinguish(uint8_t lednum)
{
switch(lednum)
{
      case LED1 :
         HAL_GPIO_WritePin(LED1_GPIO_Port, LED1_Pin, GPIO_PIN_RESET);
         break;
      case LED2 :
         HAL_GPIO_WritePin(LED2_GPIO_Port, LED2_Pin, GPIO_PIN_RESET);
         break;
      case LED3 :
         HAL_GPIO_WritePin(LED3_GPIO_Port, LED3_Pin, GPIO_PIN_RESET);
         break;
      default :
         Led1Blink();
}
}

static void LedSwitch(uint8_t lednum)
{
switch(lednum)
{
      case LED1 :
         HAL_GPIO_TogglePin(LED1_GPIO_Port, LED1_Pin);
         break;
      case LED2 :
         HAL_GPIO_TogglePin(LED2_GPIO_Port, LED2_Pin);
         break;
      case LED3 :
         HAL_GPIO_TogglePin(LED3_GPIO_Port, LED3_Pin);
         break;
      default :
         Led1Blink();
}
}

//如果输入的不是LED1/LED2/LED3则LED1闪烁
static void Led1Blink(void)
{
HAL_Delay(100);
HAL_GPIO_TogglePin(LED1_GPIO_Port, LED1_Pin);
}

只看该作者 · 2023-12-27 16:07

通过结构体变量去访问：static void Run(void)
{
HAL_Delay(500);
led_operater.led_light(LED1);
led_operater.led_light(LED2);
led_operater.led_light(LED3);

HAL_Delay(500);

led_operater.led_extinguish(LED1);
led_operater.led_extinguish(LED2);
led_operater.led_extinguish(LED3);

HAL_Delay(500);

led_operater.led_switch(LED1);

HAL_Delay(500);

led_operater.led_switch(LED2);

HAL_Delay(500);

led_operater.led_switch(LED3);

HAL_Delay(500);

led_operater.led_extinguish(LED3);

HAL_Delay(500);

led_operater.led_extinguish(LED2);

HAL_Delay(500);

led_operater.led_extinguish(LED1);
}

只看该作者 · 2023-12-27 16:08

在已有的框架下，我们不用去动任何main函数里的内容。只用处理好这里的Run函数和相应外设即可，便于移植和维护。

只看该作者 · 2023-12-27 16:08

状态机
我们所说的状态机是有限状态机，是一种思想，把复杂的控制逻辑分解成有限个稳定状态，组成闭环系统，通过事件触发，让状态机按设定的顺序处理事务。

如果不用状态机思想，那么我们要想根据条件来做出不同的应对，最直接的就是在while里面疯狂使用if来判断。（不管什么时候，在程序里使用过多的if语句，都不是优先选项，会让程序易出错，且可读性很差）

单片机C语言的状态机编程，是利用条件选择语句（switch-case）切换状态，通过函数内部指令改变状态机状态，让程序按照设定的顺序执行。