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[APM32F4] APM32F427的GPIO驱动(IO分层封装)

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口天土立口 发表于 2025-11-15 10:00 | 显示全部楼层 |阅读模式
Output, TPU, 封装, 电平, GPIO驱动, APM32F427
本帖最后由 口天土立口 于 2025-11-15 10:02 编辑

#申请原创# #技术资源#

1. 外设介绍
APM32F427拥有最多114个IO引脚，这些引脚都能映射到外部中断向量，同时可以配置为：输入模式、输出模式、复用模式和模拟模式。


2. 硬件
APM32F427ZG TINY板


3. 驱动介绍
GPIO使用的状态一般为2种：有效状态、无效状态，在电路中表现为高电平或者低电平；而不同的硬件电路设计或者IC输入或输出，有效状态可能为高电平也可能为低电平。因此，为了更好的让应用层理解并以统一的思想使用底层代码，GPIO的封装可以以有效状态或有效电平的方式执行。
如下代码中，使用结构体数组统一管理所有的输出和输入GPIO信息，并记录对应GPIO的有效电平。此方式，不仅能清晰明了的知道用到的所有GPIO情况，也能一目了然的知道对应GPIO的有效电平，同时在全新产品开发的前期阶段，往往第一版硬件回板后，调试完成，第二版原理图一般都存在调整IO的需求，这种方式能很好的适应，只需要修改结构体数组的内容即可，不影响后面函数接口的代码实现和应用层的代码编写。
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  1. typedef struct {
    

  2.     GPIO_T          *port;          /* PIN组 */ 
    

  3.     uint16_t        pin;            /* 引脚 */
    

  4.     GPIO_MODE_T     mode;           /* 模式 */
    

  5.     uint32_t        AHB1Periph;     /* 时钟使能 */
    

  6.     uint8_t         valid_level;    /* 有效电平 */
    

  7. } gpio_info_t;
    


  8. 

  9. /* 输出引脚信息 */
    

  10. static gpio_info_t output_gpio_info[OUTPUT_NUM] = {
    

  11.     {GPIOF,     GPIO_PIN_0,    GPIO_MODE_OUT,   RCM_AHB1_PERIPH_GPIOF,   BIT_RESET  },
    

  12.     {GPIOF,     GPIO_PIN_1,    GPIO_MODE_OUT,   RCM_AHB1_PERIPH_GPIOF,   BIT_RESET  },
    

  13.     {GPIOF,     GPIO_PIN_2,    GPIO_MODE_OUT,   RCM_AHB1_PERIPH_GPIOF,   BIT_SET    },
    

  14.     {GPIOF,     GPIO_PIN_3,    GPIO_MODE_OUT,   RCM_AHB1_PERIPH_GPIOF,   BIT_SET    }
    

  15. };
    


  16. 

  17. /* 输入引脚信息 */
    

  18. static gpio_info_t input_gpio_info[INPUT_NUM] = {
    

  19.     {GPIOD,     GPIO_PIN_7,    GPIO_MODE_IN,   RCM_AHB1_PERIPH_GPIOD,   BIT_SET     },
    

  20.     {GPIOD,     GPIO_PIN_8,    GPIO_MODE_IN,   RCM_AHB1_PERIPH_GPIOD,   BIT_SET     },
    

  21.     {GPIOD,     GPIO_PIN_9,    GPIO_MODE_IN,   RCM_AHB1_PERIPH_GPIOD,   BIT_RESET   },
    

  22.     {GPIOD,     GPIO_PIN_10,   GPIO_MODE_IN,   RCM_AHB1_PERIPH_GPIOD,   BIT_RESET   }
    

  23. };

头文件定义各个IO的枚举，是为了能做到见名知义，因本次代码使用的是开发板，所以直接枚举命名为对应的GPIO名称，而实际的产品开发中，更加建议直接按照IO的引脚功能进行命名，或者按照电路板的接口丝印进行命名。例如，PA0在产品中，被用于开门检测，同时在电路板中的接口丝印为CN1，此时可以将枚举命名为INPUT_DOOR_DETECT或者INPUT_CN1。以电路板接口丝印进行命名，更多的是把同一块电路板当作是不同产品的通用电路板进行使用，因为不同的产品对同一个接口的用法不同，但接口名称都是一致的。
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  1. /* 电平状态 */
    

  2. enum level_status_e {
    

  3.     INVALID_LEVEL,          /* 无效电平 */
    

  4.     VALID_LEVEL             /* 有效电平 */
    

  5. };
    


  6. 

  7. enum output_pin_e {
    

  8.     OUTPUT_PF0,
    

  9.     OUTPUT_PF1,
    

  10.     OUTPUT_PF3,
    

  11.     OUTPUT_PF4,
    

  12.     
    

  13.     OUTPUT_NUM
    

  14. };
    


  15. 

  16. enum input_pin_e {
    

  17.     INPUT_PD7,
    

  18.     INPUT_PD8,
    

  19.     INPUT_PD9,
    

  20.     INPUT_PD10,
    

  21.     
    

  22.     INPUT_NUM
    

  23. };

使用上面的结构体数组后，GPIO的初始化就能代码很精简，降低冗余度。
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  1. /*
    

  2.  * @brief       引脚通用初始化
    

  3.  *
    

  4.  * @param       gpio_info: GPIO信息
    

  5.  *              gpio_num: GPIO数量
    

  6.  *
    

  7.  * @retval      None
    

  8.  *
    

  9.  */
    

  10. static void bsp_gpio_init_common(gpio_info_t *gpio_info, uint8_t gpio_num)
    

  11. {
    

  12.         GPIO_Config_T gpioConfig;
    

  13.     uint8_t i = 0;
    

  14.     
    

  15.     for (i = 0; i < gpio_num; i++) {
    

  16.         RCM_EnableAHB1PeriphClock(gpio_info[i].AHB1Periph);
    

  17.         GPIO_ConfigStructInit(&gpioConfig);
    

  18.         gpioConfig.pin     = gpio_info[i].pin;
    

  19.         gpioConfig.mode    = gpio_info[i].mode;
    

  20.         gpioConfig.otype   = GPIO_OTYPE_PP;
    

  21.         gpioConfig.speed   = GPIO_SPEED_50MHz;
    

  22.         gpioConfig.pupd    = GPIO_PUPD_NOPULL;
    

  23.         GPIO_Config(gpio_info[i].port, &gpioConfig);
    

  24.     }
    

  25. }
    


  26. 

  27. /*
    

  28.  * @brief       引脚初始化
    

  29.  *
    

  30.  * @param       None
    

  31.  *
    

  32.  * @retval      None
    

  33.  *
    

  34.  */
    

  35. void bsp_gpio_init(void)
    

  36. {
    

  37.     bsp_gpio_init_common(output_gpio_info, sizeof(output_gpio_info) / sizeof(output_gpio_info[0]));
    

  38.     bsp_gpio_init_common(input_gpio_info, sizeof(input_gpio_info) / sizeof(input_gpio_info[0]));
    

  39. }

有了上面的框架后，应用层在调用底层的控制GPIO接口函数时，都将变为传入对应的引脚，然后控制输出有效电平或者无效电平，而至于此引脚在电路中的有效电平是高电平还是低电平，应用层并不需要关心，底层接口函数根据前面的GPIO信息表执行转换即可。
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  1. /*
    

  2.  * @brief       引脚输出
    

  3.  *
    

  4.  * @param       pin: 输出引脚号
    

  5.  *              level: 输出电平
    

  6.  *
    

  7.  * @retval      None
    

  8.  *
    

  9.  */
    

  10. void bsp_gpio_output(enum output_pin_e pin, enum level_status_e level)
    

  11. {
    

  12.     uint8_t output = BIT_RESET;
    

  13.     
    

  14.     if (pin < OUTPUT_NUM) {
    

  15.         if (level == VALID_LEVEL) {
    

  16.             output = output_gpio_info[pin].valid_level;
    

  17.         } else {
    

  18.             output = (output_gpio_info[pin].valid_level == BIT_RESET) ? BIT_SET : BIT_RESET;
    

  19.         }
    

  20.         GPIO_WriteBitValue(output_gpio_info[pin].port, output_gpio_info[pin].pin, output);
    

  21.     }
    

  22. }

GPIO的翻转控制，无需关心电平有效或者无效，只管翻转输出即可。
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  1. /*
    

  2.  * @brief       引脚翻转
    

  3.  *
    

  4.  * @param       pin: 翻转引脚号
    

  5.  *
    

  6.  * @retval      None
    

  7.  *
    

  8.  */
    

  9. void bsp_gpio_toggle(enum output_pin_e pin)
    

  10. {    
    

  11.     if (pin < OUTPUT_NUM) {
    

  12.         (GPIO_ReadOutputBit(output_gpio_info[pin].port, output_gpio_info[pin].pin) == BIT_SET) ? \
    

  13.                 GPIO_ResetBit(output_gpio_info[pin].port, output_gpio_info[pin].pin) : \
    

  14.                 GPIO_SetBit(output_gpio_info[pin].port, output_gpio_info[pin].pin);
    

  15.     }
    

  16. }

GPIO的输入检测，检测到实际输入电平，再与GPIO的信息表有效电平进行比对，转换为有效电平或者无效电平反馈给应用层即可。
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  1. /*
    

  2.  * @brief       引脚输入
    

  3.  *
    

  4.  * @param       pin: 输入引脚号
    

  5.  *
    

  6.  * @retval      输入电平
    

  7.  *
    

  8.  */
    

  9. enum level_status_e bsp_gpio_input(enum input_pin_e pin)
    

  10. {    
    

  11.     enum level_status_e level = INVALID_LEVEL;
    

  12.     
    

  13.     if (pin < INPUT_NUM) {
    

  14.         level = (GPIO_ReadInputBit(input_gpio_info[pin].port, input_gpio_info[pin].pin) == input_gpio_info[pin].valid_level) ? \
    

  15.                 VALID_LEVEL : \
    

  16.                 INVALID_LEVEL;
    

  17.     }
    

  18.     
    

  19.     return level;
    

  20. }

这种GPIO封装的编程思想，让应用层能更好的与底层进行隔离，不受底层的代码更改影响，同时也无需知道电路板的硬件细节，只管以见名知义的方式使用底层代码即可。

4. 测试
在输出测试中，PF0和PF1的有效电平为低电平，PF2和PF3的有效电平为高电平。让4个引脚同时输出有效电平或者无效电平，因为PF0和PF1的有效电平一致，PF2和PF3的有效电平也一致，因此PF0和PF1同时为低电平时，PF2和PF3同时为高电平，正好相反。
复制
  1.     /* 输出引脚 */
    

  2.     output_level = (output_level == INVALID_LEVEL) ? VALID_LEVEL : INVALID_LEVEL;
    

  3.     for (out_pin = OUTPUT_PF0; out_pin < OUTPUT_NUM; out_pin++) {
    

  4. //        bsp_gpio_output(out_pin, output_pins[out_pin]);
    

  5. //        bsp_gpio_toggle(out_pin);
    

  6.         bsp_gpio_output(out_pin, output_level);
    

  7.     }
846426917de2a98b45.png

在输入测试中，PD7和PD8的有效电平为高电平，PD9和PD10的有效电平为低电平。让4个引脚同时输入低电平或者高电平，因为PD7和PD8的有效电平一致，PD9和PD10的有效电平也一致，因此PD7和PD8同时为有效电平时，PD9和PD10同时为无效电平，正好相反。
复制
  1.     /* 输入引脚 */
    

  2.     for (in_pin = INPUT_PD7; in_pin < INPUT_NUM; in_pin++) {
    

  3.         input_pins[in_pin] = bsp_gpio_input(in_pin);
    

  4.     }
151296917de42cccd2.png 926876917de48f2e22.png

5. 详细代码
IO_CTRL.zip (6.57 MB, 下载次数: 0)





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ShadowDance 发表于 2025-11-16 17:46 | 显示全部楼层
楼主好厉害啊！
这个F427不是才发布不久吗？
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