STM32：GPIO口的使用
作者：互联网
1 GPIO port
STM32一共有7组GPIO port，分别是GPIOA[15:0]~GPIOG[15:0]，每组GPIO port 有16个 pin；每组GPIO port都有一组寄存器；
GPIO寄存器的控制单位是GPIO port，而不是pin；所以寄存器的最小处理单位是一个16位的字长(0xFF)；
至于寄存器的配置我们之后小节在解析，首先来了解一下标准库是如何将GPIO映射到地址上的；
/*stm32f10x.h 1408-1414行声明如下*/
#define GPIOA ((GPIO_TypeDef *) GPIOA_BASE)
#define GPIOB ((GPIO_TypeDef *) GPIOB_BASE)
#define GPIOC ((GPIO_TypeDef *) GPIOC_BASE)
#define GPIOD ((GPIO_TypeDef *) GPIOD_BASE)
#define GPIOE ((GPIO_TypeDef *) GPIOE_BASE)
#define GPIOF ((GPIO_TypeDef *) GPIOF_BASE)
#define GPIOG ((GPIO_TypeDef *) GPIOG_BASE)
/* stm32f10x.h 1001-1010行；
*把结构体的首地址映射到GPIO的首寄存器地址，就可以通过该结构体对硬件寄存器操作；
*结构体的地址通过结构体指针来赋值对应上*/
#define __IO volatile /*core_cm3.h NO.116*/
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;
/*stm32f10x.h 1315-1321;*/
#define GPIOA_BASE (APB2PERIPH_BASE + 0x0800)
#define GPIOB_BASE (APB2PERIPH_BASE + 0x0C00)
#define GPIOC_BASE (APB2PERIPH_BASE + 0x1000)
#define GPIOD_BASE (APB2PERIPH_BASE + 0x1400)
#define GPIOE_BASE (APB2PERIPH_BASE + 0x1800)
#define GPIOF_BASE (APB2PERIPH_BASE + 0x1C00)
#define GPIOG_BASE (APB2PERIPH_BASE + 0x2000)
/*stm32f10x.h 1282-1283; GPIO都属于APB2总线，使用的时候要使能APB2总线的时钟源；*/
#define APB1PERIPH_BASE PERIPH_BASE
#define APB2PERIPH_BASE (PERIPH_BASE + 0x10000)
/*stm32f10x.h 1274*/
#define PERIPH_BASE ((uint32_t)0x40000000)
2 GPIO 寄存器
GPIO涉及的寄存器较多，复用功能和重映射功能都需要配置专门的AFIO寄存器，但是本节暂时没有涉及；
本节主要介绍了通用GPIO口涉及到的7个寄存器，具体寄存器的说明和使用如下；
2.1 CRL端口配置低寄存器，CRH端口配置高寄存器 control register low，control register high；
CRL和CRH都是32位寄存器，如下图所示，一起用来控制该组GPIO port的16个引脚配置；
2.1.1 寄存器复位值为0x4444_4444；CRL偏移地址：0x00，CRH偏移地址：0x04；配置信息封装如下；
//定义了CRH和CRL寄存器需要的参数；以下声明在stm32f10x_gpio.h的前200行；
typedef struct
{
uint16_t GPIO_Pin; /*用16位bit的每一位分别表示一个引脚*/
GPIOSpeed_TypeDef GPIO_Speed; /*用2位bit来表示输出模式的最大速度*/
GPIOMode_TypeDef GPIO_Mode; /*CNF MODE,具体见结构体*/
}GPIO_InitTypeDef;
#define GPIO_Pin_0 ((uint16_t)0x0001) /*0000 0000 0000 0001b*/
#define GPIO_Pin_1 ((uint16_t)0x0002) /*0000 0000 0000 0010b*/
#define GPIO_Pin_2 ((uint16_t)0x0004) /*0000 0000 0000 0100b*/
#define GPIO_Pin_3 ((uint16_t)0x0008) /*0000 0000 0000 1000b*/
#define GPIO_Pin_4 ((uint16_t)0x0010) /*0000 0000 0001 0000b*/
#define GPIO_Pin_5 ((uint16_t)0x0020) /*0000 0000 0010 0000b*/
#define GPIO_Pin_6 ((uint16_t)0x0040) /*0000 0000 0100 0000b*/
#define GPIO_Pin_7 ((uint16_t)0x0080) /*0000 0000 1000 0000b*/
#define GPIO_Pin_8 ((uint16_t)0x0100) /*0000 0001 0000 0000b*/
#define GPIO_Pin_9 ((uint16_t)0x0200) /*!< Pin 9 selected */
#define GPIO_Pin_10 ((uint16_t)0x0400) /*!< Pin 10 selected */
#define GPIO_Pin_11 ((uint16_t)0x0800) /*!< Pin 11 selected */
#define GPIO_Pin_12 ((uint16_t)0x1000) /*!< Pin 12 selected */
#define GPIO_Pin_13 ((uint16_t)0x2000) /*!< Pin 13 selected */
#define GPIO_Pin_14 ((uint16_t)0x4000) /*!< Pin 14 selected */
#define GPIO_Pin_15 ((uint16_t)0x8000) /*!< Pin 15 selected */
#define GPIO_Pin_All ((uint16_t)0xFFFF) /*!< All pins selected */
#define IS_GPIO_PIN(PIN) ((((PIN) & (uint16_t)0x00) == 0x00) && ((PIN) != (uint16_t)0x00))
typedef enum
{
GPIO_Speed_10MHz = 1, /*output MODE[1:0]*/
GPIO_Speed_2MHz, /*output MODE[1:0]*/
GPIO_Speed_50MHz /*output MODE[1:0]*/
}GPIOSpeed_TypeDef;
#define IS_GPIO_SPEED(SPEED) (((SPEED) == GPIO_Speed_10MHz) || ((SPEED) == GPIO_Speed_2MHz) || \
((SPEED) == GPIO_Speed_50MHz))
typedef enum
{ GPIO_Mode_AIN = 0x0, /*0000 0000b input [3:0]CNF+MODE*/
GPIO_Mode_IN_FLOATING = 0x04, /*0000 0100b input [3:0]CNF+MODE*/
GPIO_Mode_IPD = 0x28, /*0010 1000b input [6]下拉,[3:0]CNF+MODE*/
GPIO_Mode_IPU = 0x48, /*0100 1000b input [7]上拉,[3:0]CNF+MODE*/
GPIO_Mode_Out_OD = 0x14, /*0001 0100b [5]output,[3:2]CNF*/
GPIO_Mode_Out_PP = 0x10, /*0001 0000b [5]output,[3:2]CNF*/
GPIO_Mode_AF_OD = 0x1C, /*0001 1100b [5]output,[3:2]CNF*/
GPIO_Mode_AF_PP = 0x18 /*0001 1000b [5]output,[3:2]CNF*/
}GPIOMode_TypeDef;
#define IS_GPIO_MODE(MODE) (((MODE) == GPIO_Mode_AIN) || ((MODE) == GPIO_Mode_IN_FLOATING) || \
((MODE) == GPIO_Mode_IPD) || ((MODE) == GPIO_Mode_IPU) || \
((MODE) == GPIO_Mode_Out_OD) || ((MODE) == GPIO_Mode_Out_PP) || \
((MODE) == GPIO_Mode_AF_OD) || ((MODE) == GPIO_Mode_AF_PP))
#define IS_GET_GPIO_PIN(PIN) (((PIN) == GPIO_Pin_0) || ((PIN) == GPIO_Pin_1) ||((PIN) == GPIO_Pin_2) || \
((PIN) == GPIO_Pin_3) || ((PIN) == GPIO_Pin_4) || ((PIN) == GPIO_Pin_5) || \
((PIN) == GPIO_Pin_6) || ((PIN) == GPIO_Pin_7) || ((PIN) == GPIO_Pin_8) || \
((PIN) == GPIO_Pin_9) || ((PIN) == GPIO_Pin_10) || ((PIN) == GPIO_Pin_11) || \
((PIN) == GPIO_Pin_12) ||((PIN) == GPIO_Pin_13) || ((PIN) == GPIO_Pin_14) || \
((PIN) == GPIO_Pin_15))
typedef enum
{ Bit_RESET = 0,
Bit_SET
}BitAction;
2.1.2 配置CRL和CRH的初始化代码如下；
/*以下代码位于stm32f10x_gpio.c中，配置相应port的CRL和CRH*/
void GPIO_Init(GPIO_TypeDef* GPIOx, GPIO_InitTypeDef* GPIO_InitStruct)
{
uint32_t currentmode = 0x00, currentpin = 0x00, pinpos = 0x00, pos = 0x00;
uint32_t tmpreg = 0x00, pinmask = 0x00;
assert_param(IS_GPIO_ALL_PERIPH(GPIOx));
assert_param(IS_GPIO_MODE(GPIO_InitStruct->GPIO_Mode));
assert_param(IS_GPIO_PIN(GPIO_InitStruct->GPIO_Pin));
currentmode = ((uint32_t)GPIO_InitStruct->GPIO_Mode) & ((uint32_t)0x0F); //currentmode保留了GPIO_Mode[3:0]；
if ((((uint32_t)GPIO_InitStruct->GPIO_Mode) & ((uint32_t)0x10)) != 0x00)//如果GPIO_Mode[4]为1，表示为输出模式；
{
/*if(输出模式)，将CNF[1:0]和MODE[1:0]的信息保存到currentmode[3:0]*/
assert_param(IS_GPIO_SPEED(GPIO_InitStruct->GPIO_Speed));
currentmode |= (uint32_t)GPIO_InitStruct->GPIO_Speed;//currentmode或上GPIO_Speed[1:0]；
}
/*以下部分为CRL Configuration*/
if (((uint32_t)GPIO_InitStruct->GPIO_Pin & ((uint32_t)0x00FF)) != 0x00) //if(是低8位pin)；
{
tmpreg = GPIOx->CRL; //temreg存放CRL寄存器的信息；
for (pinpos = 0x00; pinpos < 0x08; pinpos++) //pinpos为几，表示引脚几；
{
pos = ((uint32_t)0x01) << pinpos;
currentpin = (GPIO_InitStruct->GPIO_Pin) & pos; //currentpin:要么为当前pin值，要么为0;
if (currentpin == pos)
{
pos = pinpos << 2; //pos:引脚对应的CRL配置位
pinmask = ((uint32_t)0x0F) << pos; //pinmask:引脚对应的CRL[3:0]置1
tmpreg &= ~pinmask; //temreg中对应引脚的[3:0]清0
tmpreg |= (currentmode << pos); //temreg中对应引脚的[3:0]配置成currentmode[3:0]
//此处的if else应该是通过ODR来配置硬件，由中文参考手册8.1.7原理图推测可知
if (GPIO_InitStruct->GPIO_Mode == GPIO_Mode_IPD) //if(输入连下拉电阻)
{
GPIOx->BRR = (((uint32_t)0x01) << pinpos); //通过配置ODR的16bit，对应pin的bit置0，连接下拉电阻；
}
else
{
if (GPIO_InitStruct->GPIO_Mode == GPIO_Mode_IPU)//if(输入连上拉电阻)
{
GPIOx->BSRR = (((uint32_t)0x01) << pinpos); //通过配置ODR的16bit，对应pin的bit置1，连接上拉电阻；
}
}
}
}
GPIOx->CRL = tmpreg; //把配置好对应pin脚的temreg放回CRL中
}
/*---------------------------- GPIO CRH Configuration ------------------------*/
/* Configure the eight high port pins */
if (GPIO_InitStruct->GPIO_Pin > 0x00FF)
{
tmpreg = GPIOx->CRH;
for (pinpos = 0x00; pinpos < 0x08; pinpos++)
{
pos = (((uint32_t)0x01) << (pinpos + 0x08));
/* Get the port pins position */
currentpin = ((GPIO_InitStruct->GPIO_Pin) & pos);
if (currentpin == pos)
{
pos = pinpos << 2;
/* Clear the corresponding high control register bits */
pinmask = ((uint32_t)0x0F) << pos;
tmpreg &= ~pinmask;
/* Write the mode configuration in the corresponding bits */
tmpreg |= (currentmode << pos);
/* Reset the corresponding ODR bit */
if (GPIO_InitStruct->GPIO_Mode == GPIO_Mode_IPD)
{
GPIOx->BRR = (((uint32_t)0x01) << (pinpos + 0x08));
}
/* Set the corresponding ODR bit */
if (GPIO_InitStruct->GPIO_Mode == GPIO_Mode_IPU)
{
GPIOx->BSRR = (((uint32_t)0x01) << (pinpos + 0x08));
}
}
}
GPIOx->CRH = tmpreg;
}
}
2.2 LCKR端口配置锁定寄存器：lock register
复位值为0x0000_0000；偏移地址：0x18；
用来锁存对应端口的CRL，CRH寄存器的配置；修改完LCK[15:0]然后锁定[LCKK]，对应的CRL,CRH配置将会持续到下次系统复位信号来临；
2.3 IDR端口输入数据寄存器，ODR端口输出数据寄存器：input data register，output data register；
复位值为0x0000_0000；IDR偏移地址：0x08；ODR偏移地址：0x0C
对于输入数据而言，每个APB2时钟会采样I/O脚上的数据存入数据寄存器中，对寄存器的读取可以获得输入数据；
对于输出数据而言，应该也是通过APB2时钟控制，把数据放入ODR即可；
2.3.1 IDR寄存器的使用函数
/*以下代码位于stm32f10x_gpio.c中
*1 读取IDR寄存器某一位的值，即pin值；
*2 读取IDR寄存器的值，即port值；
*/ uint8_t GPIO_ReadInputDataBit(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin) { uint8_t bitstatus = 0x00; /* Check the parameters */ assert_param(IS_GPIO_ALL_PERIPH(GPIOx)); assert_param(IS_GET_GPIO_PIN(GPIO_Pin)); /*先读取整个IDR寄存器，然后通过&来读取bit,IDR寄存器的最小处理单位是16bit*/ if ((GPIOx->IDR & GPIO_Pin) != (uint32_t)Bit_RESET) { bitstatus = (uint8_t)Bit_SET; } else { bitstatus = (uint8_t)Bit_RESET; } return bitstatus; } uint16_t GPIO_ReadInputData(GPIO_TypeDef* GPIOx) { /* Check the parameters */ assert_param(IS_GPIO_ALL_PERIPH(GPIOx)); return ((uint16_t)GPIOx->IDR); }
2.3.2 ODR寄存器的使用函数
/*以下代码位于stm32f10x_gpio.c中； *1 读取ODR寄存器某一位的值；即读取pin值； *2 读取ODR寄存器的值；即读取port值； *3 向ODR寄存器写入port值；
*/ uint8_t GPIO_ReadOutputDataBit(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin) { uint8_t bitstatus = 0x00; assert_param(IS_GPIO_ALL_PERIPH(GPIOx)); assert_param(IS_GET_GPIO_PIN(GPIO_Pin)); /*先读取整个ODR寄存器，然后通过&来读取bit,ODR寄存器的最小处理单位是16bit*/ if ((GPIOx->ODR & GPIO_Pin) != (uint32_t)Bit_RESET){ bitstatus = (uint8_t)Bit_SET; } else{ bitstatus = (uint8_t)Bit_RESET; } return bitstatus; } uint16_t GPIO_ReadOutputData(GPIO_TypeDef* GPIOx) { assert_param(IS_GPIO_ALL_PERIPH(GPIOx)); return ((uint16_t)GPIOx->ODR); } void GPIO_Write(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t PortVal) { assert_param(IS_GPIO_ALL_PERIPH(GPIOx)); GPIOx->ODR = PortVal; }
2.4 BSRR端口置位/复位寄存器，BRR端口复位寄存器：bit set/reset register，bit reset register；
复位值为0x0000_0000；BSRR偏移地址：0x10；BRR偏移地址：0x14；
对BSRR，BRR的操作，就是对该组GPIO口的ODR寄存器寄存器的操作；
2.4.1 BSRR寄存器：pin置1
void GPIO_SetBits(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin)
{
assert_param(IS_GPIO_ALL_PERIPH(GPIOx));
assert_param(IS_GPIO_PIN(GPIO_Pin));
GPIOx->BSRR = GPIO_Pin;
}
2.4.2 BRR寄存器：pin清0
void GPIO_ResetBits(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin)
{
assert_param(IS_GPIO_ALL_PERIPH(GPIOx));
assert_param(IS_GPIO_PIN(GPIO_Pin));
GPIOx->BRR = GPIO_Pin;
}
2.4.3 设置pin脚相应的数值：pin的置1清0
void GPIO_WriteBit(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin, BitAction BitVal)
{
assert_param(IS_GPIO_ALL_PERIPH(GPIOx));
assert_param(IS_GET_GPIO_PIN(GPIO_Pin));
assert_param(IS_GPIO_BIT_ACTION(BitVal));
if (BitVal != Bit_RESET)
{
GPIOx->BSRR = GPIO_Pin;
}
else
{
GPIOx->BRR = GPIO_Pin;
}
}
虽然BSRR和BRR都可以用来设置单独bit位，但是它们也是通过16bit长度来设置的，不要被函数具有迷惑性的名字给欺骗；
3 GPIO的复用和重映射寄存器
关于GPIO的复用重映射应该要加到上面寄存器的小节中，只是复用重映射似乎内容似乎有点多，可以另开一小节；
具体GPIO的复用重映射，有点懒，感觉补充起来也要一些时间，浏览了一下<STM32F10xxx中文参考手册>，具体内容在8.3和8.4小节；
GPIO口的重映射和复用功能是通过AFIO寄存器配置的；先占个坑，有缘在补充把；
3.1 另外标准库还为GPIO口提供了位带操作，大概就是有两个区域地址块的寄存器是可以直接以bit为单位进行设置；
相当于给GPIO开了个小灶方便某些不想使用标准库的人可以直接设置寄存器，个人不太中意这个功能；
4 通用GPIO的示例代码
配置GPIO端口，在寄存器层面来说：首先使能所在外设的时钟源，然后配置完CRL和CRH后GPIO口就可以使用了；
如果GPIO pin 配置成了输入引脚，则从IDR读取数据即可；
如果GPIO pin 配置成了输出引脚，输出的信号可以直接写入ODR寄存器，也可以通过BSRR和BRR来设置；
#include "delay.h"
int main(void)
{
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
GPIO_InitTypeDef GPIO_Struct;
//portA pin1 as input;
GPIO_Struct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1;
GPIO_Struct.GPIO_Mode =GPIO_Mode_IPD ;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_Struct);
//portA pin2 as output;
GPIO_Struct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2;
GPIO_Struct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Struct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_Struct);
while(1)
{
GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_2);
delay_ms(100);
GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_2);
delay_ms(100);
}
}
5 小结
本文主要是结合通用GPIO口的寄存器，对标准库中通用GPIO口的代码进行了分析和概括；
然后提供了一个代码示例；如果只是使用而不想理解标准库原理，则直接使用接口函数即可，如代码示例所示；
标签：Pin,GPIOx,使用,STM32,Mode,寄存器,GPIO,define 来源： https://www.cnblogs.com/caesura-k/p/12894637.html