【正点原子K210连载】第六章跑马灯实验-《DNK210使用指南-SDK版》

只看该作者 · 2024-9-24 09:27

第六章跑马灯实验

本章实验将介绍如何使用SDK编程让Kendryte K210控制板载的双色LED闪烁，以实现跑马灯的效果。通过本章的学习，读者将学习到用SDK编程技术控制Kendryte K210的GPIO输出高低电平。

本章分为如下几个小节：

6.1 FPIOA介绍

6.2 GPIO介绍

6.3 硬件设计

6.4 程序设计

6.5 运行验证

6.1 FPIOA介绍

FPIOA（Field Programmable Input and Output Array，现场可编程IO阵列）是Kendryte K210芯片内部的模块，FPIOA最主要的功能是允许用户将Kendryte K210芯片内部的255个功能映射到芯片外围的48个自由IO上，因为Kendryte K210芯片内部外设的功能与Kendryte K210引出的外部引脚是彼此独立的，这样的好处是IO引脚可以再不同时刻扮演不同的角色，极大地方便了软硬件的开发，同时它还具有以下功能：

1. 支持IO的可编程功能选择；

2. 支持IO输出的8种驱动能⼒选择；

3. 支持IO的内部上拉电阻选择；

4. 支持IO的内部下拉电阻选择；

5. 支持IO输入的内部施密特触发器设置；

6. 支持IO输出的斜率控制；

7. 支持内部输入逻辑的电平设置。

裸机SDK内置了FPIOA 驱动文件fpioa.c和对应的头文件，共有数十个API函数，能够帮助开发者将引脚与具体的硬件功能进行绑定或解绑，以及方便各个管脚的使用和功能配置。

Kendryte K210一共有48个自由IO，对应的引脚编号为0~47，本章实验只使用到几个普通GPIO口，更详细的硬件功能列表请见表6.1.1。

硬件功能	描述	硬件功能	描述
JTAG_TCLK	JTAG Test Clock	I2S1_IN_D1	I2S1 Serial Data Input 1
JTAG_TDI	JTAG Test Data In	I2S1_IN_D2	I2S1 Serial Data Input 2
JTAG_TMS	JTAG Test Mode Select	I2S1_IN_D3	I2S1 Serial Data Input 3
JTAG_TDO	JTAG Test Data Out	I2S1_OUT_D0	I2S1 Serial Data Output 0
SPI0_D0	SPI0 Data 0	I2S1_OUT_D1	I2S1 Serial Data Output 1
SPI0_D1	SPI0 Data 1	I2S1_OUT_D2	I2S1 Serial Data Output 2
SPI0_D2	SPI0 Data 2	I2S1_OUT_D3	I2S1 Serial Data Output 3
SPI0_D3	SPI0 Data 3	I2S2_MCLK	I2S2 Master Clock
SPI0_D4	SPI0 Data 4	I2S2_SCLK	I2S2 Serial Clock(BCLK)
SPI0_D5	SPI0 Data 5	I2S2_WS	I2S2 Word Select(LRCLK)
SPI0_D6	SPI0 Data 6	I2S2_IN_D0	I2S2 Serial Data Input 0
SPI0_D7	SPI0 Data 7	I2S2_IN_D1	I2S2 Serial Data Input 1
SPI0_SS0	SPI0 Chip Select 0	I2S2_IN_D2	I2S2 Serial Data Input 2
SPI0_SS1	SPI0 Chip Select 1	I2S2_IN_D3	I2S2 Serial Data Input 3
SPI0_SS2	SPI0 Chip Select 2	I2S2_OUT_D0	I2S2 Serial Data Output 0
SPI0_SS3	SPI0 Chip Select 3	I2S2_OUT_D1	I2S2 Serial Data Output 1
SPI0_ARB	SPI0 Arbitration	I2S2_OUT_D2	I2S2 Serial Data Output 2
SPI0_SCLK	SPI0 Serial Clock	I2S2_OUT_D3	I2S2 Serial Data Output 3
UARTHS_RX	UART High speed Receiver	RESV0	Reserved function
UARTHS_TX	UART High speed Transmitter	RESV1	Reserved function
RESV6	Reserved function	RESV2	Reserved function
RESV7	Reserved function	RESV3	Reserved function
CLK_SPI1	Clock SPI1	RESV4	Reserved function
CLK_I2C1	Clock I2C1	RESV5	Reserved function
GPIOHS0	GPIO High speed 0	I2C0_SCLK	I2C0 Serial Clock
GPIOHS1	GPIO High speed 1	I2C0_SDA	I2C0 Serial Data
GPIOHS2	GPIO High speed 2	I2C1_SCLK	I2C1 Serial Clock
GPIOHS3	GPIO High speed 3	I2C1_SDA	I2C1 Serial Data
GPIOHS4	GPIO High speed 4	I2C2_SCLK	I2C2 Serial Clock
GPIOHS5	GPIO High speed 5	I2C2_SDA	I2C2 Serial Data
GPIOHS6	GPIO High speed 6	CMOS_XCLK	DVP System Clock
GPIOHS7	GPIO High speed 7	CMOS_RST	DVP System Reset
GPIOHS8	GPIO High speed 8	CMOS_PWDN	DVP Power Down Mode
GPIOHS9	GPIO High speed 9	CMOS_VSYNC	DVP Vertical Sync
GPIOHS10	GPIO High speed 10	CMOS_HREF	DVP Horizontal Reference output
GPIOHS11	GPIO High speed 11	CMOS_PCLK	Pixel Clock
GPIOHS12	GPIO High speed 12	CMOS_D0	Data Bit 0
GPIOHS13	GPIO High speed 13	CMOS_D1	Data Bit 1
GPIOHS14	GPIO High speed 14	CMOS_D2	Data Bit 2
GPIOHS15	GPIO High speed 15	CMOS_D3	Data Bit 3
GPIOHS16	GPIO High speed 16	CMOS_D4	Data Bit 4
GPIOHS17	GPIO High speed 17	CMOS_D5	Data Bit 5
GPIOHS18	GPIO High speed 18	CMOS_D6	Data Bit 6
GPIOHS19	GPIO High speed 19	CMOS_D7	Data Bit 7
GPIOHS20	GPIO High speed 20	SCCB_SCLK	SCCB Serial Clock
GPIOHS21	GPIO High speed 21	SCCB_SDA	SCCB Serial Data
GPIOHS22	GPIO High speed 22	UART1_CTS	UART1 Clear To Send
GPIOHS23	GPIO High speed 23	UART1_DSR	UART1 Data Set Ready
GPIOHS24	GPIO High speed 24	UART1_DCD	UART1 Data Carrier Detect
GPIOHS25	GPIO High speed 25	UART1_RI	UART1 Ring Indicator
GPIOHS26	GPIO High speed 26	UART1_SIR_IN	UART1 Serial Infrared Input
GPIOHS27	GPIO High speed 27	UART1_DTR	UART1 Data Terminal Ready
GPIOHS28	GPIO High speed 28	UART1_RTS	UART1 Request To Send
GPIOHS29	GPIO High speed 29	UART1_OUT2	UART1 User-designated Output 2
GPIOHS30	GPIO High speed 30	UART1_OUT1	UART1 User-designated Output 1
GPIOHS31	GPIO High speed 31	UART1_SIR_OUT	UART1 Serial Infrared Output
GPIO0	GPIO pin 0	UART1_BAUD	UART1 Transmit Clock Output
GPIO1	GPIO pin 1	UART1_RE	UART1 Receiver Output Enable
GPIO2	GPIO pin 2	UART1_DE	UART1 Driver Output Enable
GPIO3	GPIO pin 3	UART1_RS485_EN	UART1 RS485 Enable
GPIO4	GPIO pin 4	UART2_CTS	UART2 Clear To Send
GPIO5	GPIO pin 5	UART2_DSR	UART2 Data Set Ready
GPIO6	GPIO pin 6	UART2_DCD	UART2 Data Carrier Detect
GPIO7	GPIO pin 7	UART2_RI	UART2 Ring Indicator
UART1_RX	UART1 Receiver	UART2_SIR_IN	UART2 Serial Infrared Input
UART1_TX	UART1 Transmitter	UART2_DTR	UART2 Data Terminal Ready
UART2_RX	UART2 Receiver	UART2_RTS	UART2 Request To Send
UART2_TX	UART2 Transmitter	UART2_OUT2	UART2 User-designated Output 2
UART3_RX	UART3 Receiver	UART2_OUT1	UART2 User-designated Output 1
UART3_TX	UART3 Transmitter	UART2_SIR_OUT	UART2 Serial Infrared Output
SPI1_D0	SPI1 Data 0	UART2_BAUD	UART2 Transmit Clock Output
SPI1_D1	SPI1 Data 1	UART2_RE	UART2 Receiver Output Enable
SPI1_D2	SPI1 Data 2	UART2_DE	UART2 Driver Output Enable
SPI1_D3	SPI1 Data 3	UART2_RS485_EN	UART2 RS485 Enable
SPI1_D4	SPI1 Data 4	UART3_CTS	UART3 Clear To Send
SPI1_D5	SPI1 Data 5	UART3_DSR	UART3 Data Set Ready
SPI1_D6	SPI1 Data 6	UART3_DCD	UART3 Data Carrier Detect
SPI1_D7	SPI1 Data 7	UART3_RI	UART3 Ring Indicator
SPI1_SS0	SPI1 Chip Select 0	UART3_SIR_IN	UART3 Serial Infrared Input
SPI1_SS1	SPI1 Chip Select 1	UART3_DTR	UART3 Data Terminal Ready
SPI1_SS2	SPI1 Chip Select 2	UART3_RTS	UART3 Request To Send
SPI1_SS3	SPI1 Chip Select 3	UART3_OUT2	UART3 User-designated Output 2
SPI1_ARB	SPI1 Arbitration	UART3_OUT1	UART3 User-designated Output 1
SPI1_SCLK	SPI1 Serial Clock	UART3_SIR_OUT	UART3 Serial Infrared Output
SPI_SLAVE_D0	SPI Slave Data 0	UART3_BAUD	UART3 Transmit Clock Output
SPI_SLAVE_SS	SPI Slave Select	UART3_RE	UART3 Receiver Output Enable
SPI_SLAVE_SCLK	SPI Slave Serial Clock	UART3_DE	UART3 Driver Output Enable
I2S0_MCLK	I2S0 Master Clock	UART3_RS485_EN	UART3 RS485 Enable
I2S0_SCLK	I2S0 Serial Clock(BCLK)	TIMER0_TOGGLE1	TIMER0 Toggle Output 1
I2S0_WS	I2S0 Word Select(LRCLK)	TIMER0_TOGGLE2	TIMER0 Toggle Output 2
I2S0_IN_D0	I2S0 Serial Data Input 0	TIMER0_TOGGLE3	TIMER0 Toggle Output 3
I2S0_IN_D1	I2S0 Serial Data Input 1	TIMER0_TOGGLE4	TIMER0 Toggle Output 4
I2S0_IN_D2	I2S0 Serial Data Input 2	TIMER1_TOGGLE1	TIMER1 Toggle Output 1
I2S0_IN_D3	I2S0 Serial Data Input 3	TIMER1_TOGGLE2	TIMER1 Toggle Output 2
I2S0_OUT_D0	I2S0 Serial Data Output 0	TIMER1_TOGGLE3	TIMER1 Toggle Output 3
I2S0_OUT_D1	I2S0 Serial Data Output 1	TIMER1_TOGGLE4	TIMER1 Toggle Output 4
I2S0_OUT_D2	I2S0 Serial Data Output 2	TIMER2_TOGGLE1	TIMER2 Toggle Output 1
I2S0_OUT_D3	I2S0 Serial Data Output 3	TIMER2_TOGGLE2	TIMER2 Toggle Output 2
I2S1_MCLK	I2S1 Master Clock	TIMER2_TOGGLE3	TIMER2 Toggle Output 3
I2S1_SCLK	I2S1 Serial Clock(BCLK)	TIMER2_TOGGLE4	TIMER2 Toggle Output 4
I2S1_WS	I2S1 Word Select(LRCLK)	CLK_SPI2	Clock SPI2
I2S1_IN_D0	I2S1 Serial Data Input 0	CLK_I2C2	Clock I2C2

表6.1.1 Kendryte K210 FPIOA硬件功能表

我们简单介绍下即将使用的API函数fpioa_set_function()，该函数的功能是将硬件的管脚号与FPIOA的功能号绑定，从而设置引脚的功能，这个和STM32的引脚复用功能有点相似，使用需要传入两个参数，分别是硬件引脚和功能号，方法如下所示：

int fpioa_set_function(int number, fpioa_function_t function)

{

uint8_t index = 0;

/* Check parameters */

if(number < 0 || number >= FPIOA_NUM_IO || function < 0 || function >= FUNC_MAX)

return -1;

if(function == FUNC_RESV0)

{

fpioa_set_function_raw(number, FUNC_RESV0);

return 0;

}

/* Compare all IO */

for(index = 0; index < FPIOA_NUM_IO; index++)

{

if((fpioa->io[index].ch_sel == function) && (index != number))

fpioa_set_function_raw(index, FUNC_RESV0);

}

fpioa_set_function_raw(number, function);

return 0;

}

其他未用到的API函数这里暂时不再介绍，大家如果想对其他API函数进一步了解可以查阅《裸机SDK编程指南》这份文档，第一章节的时候我们也介绍过这份文档的作用，所以大家一定要先保存好这份文档方便我们查阅，在A盘存放路径是：A盘àKendryte K210参考资料àKendryte K210裸机SDK编程指南，接下来讲解GPIO功能。

6.2 GPIO介绍

Kendryte K210上有两种GPIO（General-purpose input/output，通用输入/输出），分别为GPIOHS（高速GPIO）和GPIO（通用GPIO）。

GPIOHS一共有32个，其特点如下所示：

1. 可配置输入输出信号

2. 每个IO具有独立的中断源

3. 中断支持边缘触发和电平触发

4. 每个IO可以分配到FPIOA上48个管脚之一

5. 可配置上下拉，或者高阻

GPIO一共有8个，其特点如下所示：

1. 可配置输入输出信号

2. 8个IO使用一个中断源

3. 可配置触发IO总中断，边沿触发和电平触发

4. 每个IO可以分配到FPIOA上48个管脚之一

5. 可配置上下拉，或者高阻态

6.2.1 Kendryte K210的GPIO简介

上面提到，Kendryte K210的自由IO有48个，可作为GPIO的管脚情况如下图红框部分所示。

图6.2.1.1 Kendryte K210可做GPIO功能管脚图

GPIO口输出来的信号是数字信号。数字信号是以0，1表示的不连续信号，也就是以二进制形式表示的信号。在SDK中数字信号用高低电平来表示，高电平为数字信号1，低电平为数字信号0。如下图所示：

图6.2.1.2数字信号

图中Kendryte K210输出的低电平为0V，输出的高电平为当前Kendryte K210的工作电压，我们K210开发板芯片的供电电压为3.3V，则其高电平为3.3V。

6.2.2 GPIO函数介绍

Kendryte K210提供非常多操作GPIO的函数，这里我们只讲述本实验用到的函数，这些函数介绍如下，高速GPIO口这里就不再介绍了，用法都差不多。

1， gpio_init函数

该函数是通用GPIO才有的，主要用于时钟使能，如下代码所示：

int gpio_init(void)

{

return sysctl_clock_enable(SYSCTL_CLOCK_GPIO);

}

2，gpio_set_drive_mode函数

该函数用来配置指定管脚的工作模式，包括输入输出模式、上下拉等，如下代码所示：

/* 函数原型 */

void gpio_set_drive_mode(uint8_t pin, gpio_drive_mode_t mode)

/**

* gpio_set_drive_mode功能的mode配置参数

*/

typedef enum _gpio_drive_mode

{

GPIO_DM_INPUT,

GPIO_DM_INPUT_PULL_DOWN,

GPIO_DM_INPUT_PULL_UP,

GPIO_DM_OUTPUT,

} gpio_drive_mode_t;

下面我们来讲解一下这几个变量的作用。

①：参数pin为引脚软件编号，最大值要小于8。

②：参数mode为指定的配置模式，如下表所示：

模式名称	说明
GPIO_DM_INPUT	输入模式（不带上下拉）
GPIO_DM_INPUT_PULL_DOWN	输入下拉模式
GPIO_DM_INPUT_PULL_UP	输入上拉模式
GPIO_DM_OUTPUT	输出模式

表6.2.2.1 引脚配置的模式

该函数无返回值。

3，gpio_set_pin函数

该函数用来设置GPIO的电平状态，该函数原型及参数描述如下所示：

void gpio_set_pin(uint8_t pin, gpio_pin_value_t value)

typedef enum _gpio_pin_value

{

GPIO_PV_LOW,

GPIO_PV_HIGH

} gpio_pin_value_t;

下面我们讲解下这个函数的两个参数，第一个是引脚的软件编号，同上，第二个参数用于设置IO管脚的高低电平状态，GPIO_PV_LOW为指向IO输出低电平， GPIO_PV_HIGH为输出的高电平。该函数无返回值。

4，gpio_get_pin函数

该函数用来获取IO的电平状态，该函数原型如下所示：

gpio_pin_value_t gpio_get_pin(uint8_t pin)

pin用来指向获取那个IO的电平，该函数的返回值就是指定IO的电平状态0或1。

6.3 硬件设计

6.3.1 例程功能

1. 控制板载双色LED轮流闪烁，实现跑马灯的效果

6.3.2 硬件资源

1. 双色LED

LEDR - IO24

LEDB - IO25

6.3.3 原理图

本章实验内容，需要控制板载双色LED轮流闪烁，以实现跑马灯的效果，正点原子DNK210开发板上双色LED的连接原理图，如下图所示：

图6.3.3.1 双色LED连接原理图

通过以上原理图可以看出，双色LED中红色和蓝色LED对应的IO编号分别为IO24和IO25，且都是当IO输出低电平时LED亮起，当IO输出高电平时LED熄灭。

6.3 程序设计

6.3.1 led驱动代码

这里我们只讲核心部分，LED驱动源码包括两个文件：led.c和led.h（正点原子团队编写的外设驱动基本都是包含一个.c 文件和一个.h 文件，下同），下面我们先介绍led.h文件。

/*****************************HARDWARE-PIN*********************************/

/* 硬件IO口，与原理图对应 */

#define PIN_LED_G (25)

#define PIN_LED_B (24)

/*****************************SOFTWARE-GPIO********************************/

/* 软件GPIO口，与程序对应 */

#define LEDR_GPIONUM (0)

#define LEDB_GPIONUM (1)

/*****************************FUNC-GPIO************************************/

/* GPIO口的功能，绑定到硬件IO口 */

#define FUNC_LEDR (FUNC_GPIO0 + LEDR_GPIONUM)

#define FUNC_LEDB (FUNC_GPIO0 + LEDB_GPIONUM)

这部分宏定义了两个led引脚的硬件引脚号、软件编号和功能号，通过这里，我们便可通过函数将引脚功能绑定起来，同时也方便我们修改功能和硬件管脚。

/* IO操作 */

#define LEDR(x) do { (x) ? \

gpio_set_pin(LEDR_GPIONUM, GPIO_PV_HIGH): \

gpio_set_pin(LEDR_GPIONUM, GPIO_PV_LOW); \

} while (0)

#define LEDB(x) do { (x) ? \

gpio_set_pin(LEDB_GPIONUM, GPIO_PV_HIGH): \

gpio_set_pin(LEDB_GPIONUM, GPIO_PV_LOW); \

} while (0)

LEDR和LEDB的这两个宏定义，分别控制红灯和蓝灯连接的IO引脚的高低电平，进而控制灯的亮灭，通过硬件连接图我们可以，当连接LED灯的引脚为低电平时，LED亮，为高电平时，LED灭。

当x=1时，对应引脚输出高电平，当x=0时，对应引脚输出低电平，这样我们就非常方便的控制led的亮灭。

接下来我们看led.c文件。

void led_init(void)

{

gpio_init(); /* 使能GPIO时钟 */

fpioa_set_function(PIN_LED_R, FUNC_LEDR);

fpioa_set_function(PIN_LED_B, FUNC_LEDB);

/* 设置LEDR和LEDB的GPIO模式为输出 */

gpio_set_drive_mode(LEDR_GPIONUM, GPIO_DM_OUTPUT);

gpio_set_drive_mode(LEDB_GPIONUM, GPIO_DM_OUTPUT);

/* 先关闭LEDR和LEDB */

gpio_set_pin(LEDR_GPIONUM, GPIO_PV_HIGH);

gpio_set_pin(LEDB_GPIONUM, GPIO_PV_HIGH);

}

这个文件只有led_init()这个函数，我们首先是进行GPIO使能，然后通过fpioa的函数将硬件管脚和功能绑定，然后设置GPIO的功能，最后将管脚电平拉高，使两个LED灯处于关闭状态，这部分内容还是比较容易理解。

6.3.2 main.c代码

main.c中的代码如下所示：

#include <stdio.h>

#include <unistd.h>

#include "./BSP/LED/led.h"

#include "gpio.h"

#include "fpioa.h"

int main(void)

{

led_init(); /* LED初始化 */

while (1)

{

LEDR(1); /* 红灯灭 */

LEDB(0); /* 蓝灯亮 */

sleep(1); /* 延时1秒 */

LEDR(0); /* 红灯亮 */

LEDB(1); /* 蓝灯灭 */

sleep(1); /* 延时1秒 */

}

可以看到，首先通过led_init()为控制双色LED的两个IO分别分配了GPIO0和GPIO1的功能，并配置为输出模式，最后在一个循环中轮流设置LEDR和LEDB输出不同的高低电平并延时一秒时间，从而应该能看到板载的双色LED轮流亮起、熄灭，实现跑马灯的效果。

6.4 运行验证

将DNK210开发板连接到电脑主机，通过VSCode将固件烧录到开发板中（方法参考上一章内容，下同），可以看到板载的双色LED轮流亮起、熄灭，实现跑马灯的效果，这与理论推断的结果一致。

【正点原子K210连载】第六章 跑马灯实验-《DNK210使用指南-SDK版》

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