1、GPIO介绍

• 每个通用IO口都有四个32位的配置寄存器，分别是：

- GPIOx_MODER   : 模式设置
- GPIOx_OTYPER  ：类型设置
- GPIOx_OSPEEDR ：速度选择
- GPIOx_PUPDR   ：上拉下拉

• 两个32位的数据寄存，分别是：

- GPIOx_IDR  : 输入数据寄存器
- GPIOx_ODR  ：输出数据寄存器

• 一个32位的设置/复位寄存器：

- GPIOx_BSRR

• 一个32位的锁存器：

- GPIOx_LCKR

• 两个附加功能选择寄存器：

- GPIOx_AFRH : 高32位
- GPIOx_AFRL ：低32位

每个GPIO段都有16个引出引脚以供使用，引脚标号是Px0~Px15，这点与K60有区别

2、主要电气特性

• 输出状态: 上拉下拉，全推挽输出，开漏
• 从数据输出寄存器(GPIOx_ODR)或者外围设备(alternate function output)输出数据到IO引脚
• 每个IO口可选时钟速度
• 输入状态: 浮点，上拉下拉，逻辑
• 从数据输入寄存器(GPIOx_IDR)或者外围设备(alternate function input)输入数据到IO引脚
• 位操作寄存器(GPIOx_BSRR)用来对GPIOx_ODR进行位操作

3、输入配置

1. 输出缓冲禁止
2. 施密特触发输入激活
3. 上拉下拉电阻状态取决于GPIOx_PUPDR寄存器的值
4. IO口当前状态每个AHB1时钟周期都会被送入输入数据寄存器
5. 对输入数据寄存器的读操作获得IO口的状态

4、输出配置

1. 输出缓冲使能：
   
   • 开漏模式: 输出寄存器赋值为0激活 N-MOS 而1则是处于高阻状态 (P-MOS 不会被激活)
   • 推挽模式: 输出寄存器赋值为0激活 N-MOS 输出寄存器赋值为1激活 P-MOS
2. 施密特触发输入激活
3. 弱上拉下拉电阻被激活
4. IO口当前状态每个AHB1时钟周期都会被送入输入数据寄存器
5. 对输入数据寄存器的读操作获得IO口的状态
6. 对输出数据寄存器的读操作获得最后一次写入的状态

5、特殊功能配置

1. 输出配置为开漏或者推挽
2. 输出缓冲区被来自外设的信号支配
3. 施密特触发输入激活
4. 弱上拉下拉电阻被激活
5. IO口当前状态每个AHB1时钟周期都会被送入输入数据寄存器
6. 对输入数据寄存器的读操作获得IO口的状态

6、GPIO操作实例之LED灯的操作(PF9 PF10)

//外设的基地址
#define PERIPH_BASE           ((uint32_t)0x40000000) /*!< Peripheral base address in the alias region

//各个总线的基地址
#define APB1PERIPH_BASE       PERIPH_BASE
#define APB2PERIPH_BASE       (PERIPH_BASE + 0x00010000)
#define AHB1PERIPH_BASE       (PERIPH_BASE + 0x00020000)
#define AHB2PERIPH_BASE       (PERIPH_BASE + 0x10000000)

//AHB1外设节选
/*!< AHB1 peripherals */
#define GPIOA_BASE            (AHB1PERIPH_BASE + 0x0000)
#define GPIOB_BASE            (AHB1PERIPH_BASE + 0x0400)
#define GPIOC_BASE            (AHB1PERIPH_BASE + 0x0800)
#define GPIOD_BASE            (AHB1PERIPH_BASE + 0x0C00)
#define GPIOE_BASE            (AHB1PERIPH_BASE + 0x1000)
#define GPIOF_BASE            (AHB1PERIPH_BASE + 0x1400)
#define GPIOG_BASE            (AHB1PERIPH_BASE + 0x1800)
#define GPIOH_BASE            (AHB1PERIPH_BASE + 0x1C00)
#define GPIOI_BASE            (AHB1PERIPH_BASE + 0x2000)
#define GPIOJ_BASE            (AHB1PERIPH_BASE + 0x2400)
#define GPIOK_BASE            (AHB1PERIPH_BASE + 0x2800)

实例之：一个简单的gpio初始化

void gpio_init(GPIOx_SELECT gpiox, GPIOx_pn_SELECT gpiox_pn,                GPIO_PULL_TYPE pull, GPIO_IO_TYPE io, GPIO_STATUS_TYPE stat, GPIO_OUTPUT_TYPE otype)
{
    GPIO_TypeDef *GPIOx;

    /* Get the GPIOx‘s GPIO_TypeDef struct */
    GPIOx = BYM_GET_GPIO_struct(gpiox);

    RCC->AHB1ENR  |= (1 << gpiox);  //Enable the clock of GPIOx

    /* Set the io type of GPIOx‘s pn */
    GPIOx->MODER  &= ~(3 << (gpiox_pn * 2));       //Clear the old register data
    GPIOx->MODER  |= (io << (gpiox_pn * 2));        //Set the mode of GPIOx‘s pn

    /* Set the io ouput type of GPIOx‘s pn */
    GPIOx->OTYPER &= ~(1 << gpiox_pn);             //Clear the old register data
    GPIOx->OTYPER |= (otype << gpiox_pn);           //Set the output type of GPIOx‘s pn

    /* Pull down or pull up or nothing for GPIOx‘s pn */
    GPIOx->PUPDR  &= ~(3 << (gpiox_pn * 2));       //Clear the old register data
    GPIOx->PUPDR  |= (pull << (gpiox_pn * 2));

    /* Only set the pin status when the ‘io‘ value is ‘BYM_GPO‘ */
    if(io == BYM_GPO)
    {
        GPIOx->ODR  &= ~(1 << gpiox_pn);
        GPIOx->ODR  |= (stat << gpiox_pn);
    }   
}

实例之：获取IO口状态

/* 
 * Get GPIO pin status
 */
uint32_t gpio_get(GPIOx_SELECT gpiox, GPIOx_pn_SELECT gpiox_pn)
{
    GPIO_TypeDef *GPIOx;

    /* Get the GPIOx‘s GPIO_TypeDef struct */
    GPIOx = BYM_GET_GPIO_struct(gpiox);

    return ((GPIOx->IDR) & (1 << gpiox_pn));
}

//枚举变量的定义
/* GPIO 段的选择枚举 */
typedef enum
{
    BYM_GPIOA, BYM_GPIOB, BYM_GPIOC, BYM_GPIOD,
    BYM_GPIOE, BYM_GPIOF, BYM_GPIOG, BYM_GPIOH,
    BYM_GPIOI, BYM_GPIOJ, BYM_GPIOK,
}GPIOx_SELECT;

/* GPIO管脚号的选择枚举 */
typedef enum
{
    BYM_Px0,    BYM_Px1,    BYM_Px2,    BYM_Px3,    BYM_Px4,    BYM_Px5,    BYM_Px6,    BYM_Px7,
    BYM_Px8,    BYM_Px9,    BYM_Px10,   BYM_Px11,   BYM_Px12,   BYM_Px13,   BYM_Px14,   BYM_Px15,
}GPIOx_pn_SELECT;

/* 上拉下拉的枚举 */
typedef enum
{
    BYM_NO_PULL,
    BYM_PULL_UP,
    BYM_PULL_DOWN,
}GPIO_PULL_TYPE;

/* 输出模式枚举 */
typedef enum
{
    BYM_PUSH_PULL,
    BYM_OPEN_DRAIN,
}GPIO_OUTPUT_TYPE;

/* IO管脚复用模式枚举 */
typedef enum
{
    BYM_GPI,    BYM_GPO,
    BYM_GPALT,  BYM_GPANA,
}GPIO_IO_TYPE;

/* 当管脚设置为输出的时候管脚状态的枚举 */
typedef enum
{
    BYM_LOW_LEVEL,
    BYM_HIGH_LEVEL,
}GPIO_STATUS_TYPE;

/* Get the GPIO‘s GPIO_TypeDef struct */
#define BYM_GET_GPIO_struct(gpiox) \
    ((GPIO_TypeDef *)(AHB1PERIPH_BASE + (gpiox * 0x400)))

7、GPIO口的不同附加外设功能

AF0     system
AF1     TIM1/TIM2
AF2     TIM3~TIM5
AF3     TIM8~TIM11
AF4     I2C1~I2C3
AF5     SPI1~SPI2
AF6     SPI3
AF7     USART1~USART3
AF8     USART4~USART6
AF9     CAN1/CAN2,TIM12~TIM14
AF10    OTG_FS,OTG_HS
AF11    ETH
AF12    FSMC,SDIO,OTG_HS(1)
AF13    DCMI
AF14    
AF15    EVENTOUT

8、管脚锁存

• 管脚锁存通过寄存器的一系列操作之后达到gpio管脚状态锁定，直到下一次CPU复位或者gpio管脚模块复位时才允许改变状态

• 操作步骤，通过向GPIOx_LCKR寄存器进行写操作来完成

WR LCKR[16] = ‘1’ + LCKR[15:0]
WR LCKR[16] = ‘0’ + LCKR[15:0]
WR LCKR[16] = ‘1’ + LCKR[15:0]
/* 上面三步是要求的操作步骤 */
RD LCKR
RD LCKR[16] = ‘1’ 
/* 上面两步是为了保证gpio管脚状态被成功的设置了 */

9、一个GPIO口初始化过程

• 设置该GPIO段时钟开启（所有的芯片片内外设均需要先开启时钟），AHB1ENR（GPIO属于AHB1总线）
• 选择该段需要设置的GPIO管脚号
• 对其寄存器进行模式设置，包括输入输出方式，速度，引脚复用，上拉下拉等等

10、与51系列8位单片机IO口的主要区别

• 不同点：

  • 可选的上拉下拉电阻
  • 可设置的IO频率
  • 可锁存
  • 明确的输入输出状态

• 相同点：

  • 都可设置外设功能
  • 都有推挽、开漏、普通IO口三种模式