【.Net Micro Framework PortingKit - 08】GPIO驱动
要点亮LED灯或获得输入IO的状态应该是比较容易的，打开端口时钟，然后读写相关的GPIO寄存器就可以了，但是要实现一个输入中断，就要费些周折了。
对STM32（Cortex-M3）的芯片，要实现一个GPIO中断一般需要如下几步：
1、 配置时钟控制器寄存器（RCC）的APB2RSTR，确保对应的GPIOA ~ GPIOG时钟使能。
2、 对GPIO寄存器的CRL（或CRH）要设置正确的输入模式，如浮空输入模式（对接收IO中断来说，当然要设置成输入模式）。
3、 要通过AFIO寄存器配置中断的输入来源，对STM32芯片来说，具有19路EXTI中断线，其中3路分别连接PVD输出、RTC闹钟事件及USB唤醒事件，剩下的对GPIOA ~ GPIOG 7*16=112个IO点来说，同时只能配置16路IO输入中断。
4、 接下来要配置EXIT寄存器，根据需要来配置是上升沿触发中断、还是下降沿触发中断或两者都触发。
5、 而后比较重要的是， 要配置NVIC的SETENA寄存器，让对应的EXTI0、EXTI1、EXTI2、EXTI3、EXTI4、EXTI9_5或EXTI15_10中断位使能，此外还要配置各中断的优先级（前提是中断优先级分组寄存器已配置完毕）。
6、 最后我们要设置中断向量表（该向量表要重定位到内存中，以便于动态修改），在EXTI0、EXTI1、EXTI2、EXTI3、EXTI4、EXTI9_5或EXTI15_10对应的位置，放入我们的中断函数的入口地址。
和PC平台程序开发不同，基本上你每做一步，都可以很直观的看到你的进展和成果，但对嵌入式开发来说，如果上述几步有任何一个环节出了问题，你的进展都是零，有时候你会花上一天的时间去反复核实每个寄存器的值是否正确，以期获得你希望的结果。所以说嵌入式开发是惊喜的型的，要么成，要么不成，一线之隔！
接下来我们说一下GPIO实现的详细步骤，首先在CortexM3.h头文件中添加GPIO相关的寄存器描述：
struct CortexM3_GPIO
{
static const UINT32 c_Base = 0x40010800;
static const UINT32 A = 0;
static const UINT32 B = 1;
static const UINT32 C = 2;
static const UINT32 D = 3;
static const UINT32 E = 4;
static const UINT32 F = 5;
static const UINT32 G = 6;
static const UINT32 GPIO_Mode_NULL = 0x00;
static const UINT32 GPIO_Mode_Speed_10MHz = 0x01;
static const UINT32 GPIO_Mode_Speed_2MHz = 0x02;
static const UINT32 GPIO_Mode_Speed_50MHz = 0x03;
static const UINT32 GPIO_Mode_IN_FLOATING = 0x04;
/****/ volatile UINT32 CRL; //配置寄存器
/****/ volatile UINT32 CRH;
/****/ volatile UINT32 IDR; //数据寄存器
/****/ volatile UINT32 ODR;
/****/ volatile UINT32 BSRR; //置位复位寄存器
/****/ volatile UINT32 BRR; //复位寄存器
/****/ volatile UINT32 LCKR; //锁定寄存器
};
struct CortexM3_EXTI
{
static const UINT32 c_Base = 0x40010400;
/****/ volatile UINT32 IMR;
/****/ volatile UINT32 EMR;
/****/ volatile UINT32 RTSR;
/****/ volatile UINT32 FTSR;
/****/ volatile UINT32 SWIER;
/****/ volatile UINT32 PR;
};
struct CortexM3_AFIO
{
static const UINT32 c_Base = 0x40010000;
/****/ volatile UINT32 EVCR;
/****/ volatile UINT32 MAPR;
/****/ volatile UINT32 EXTICR[4];
};
由于NVIC相关的代码我们已经在《NVIC中断处理》说过了，这里就不重复了。
对.Net Micro Framework的架构来说，要实现如下几个接口：
1、CPU_GPIO_Initialize
2、CPU_GPIO_Uninitialize
3、CPU_GPIO_Attributes
4、CPU_GPIO_DisablePin
5、CPU_GPIO_EnableOutputPin
6、CPU_GPIO_EnableInputPin
7、CPU_GPIO_EnableInputPin2
8、CPU_GPIO_GetPinState
9、CPU_GPIO_SetPinState
10、CPU_GPIO_GetPinCount
11、CPU_GPIO_GetPinsMap
12、CPU_GPIO_GetSupportedResistorModes
13、CPU_GPIO_GetSupportedInterruptModes
14、CPU_GPIO_PinIsBusy
15、CPU_GPIO_ReservePin
16、CPU_GPIO_GetDebounce
17、CPU_GPIO_SetDebounce
考虑到难易程度和篇幅，我们只介绍CPU_GPIO_Initialize、CPU_GPIO_EnableOutputPin、 CPU_GPIO_EnableInputPin和EXTI_IRQHandler 中断函数的具体实现。
BOOL GPIO_Driver::Initialize()
{
CortexM3_AFIO &AFIO = CortexM3::AFIO();
for(int i=0;i<4;i++)
{
AFIO.EXTICR[i]=0x0000;
}
CortexM3_EXTI &EXTI= CortexM3::EXTI();
EXTI.IMR = 0x00000000;
EXTI.EMR = 0x00000000;
EXTI.RTSR = 0x00000000;
EXTI.FTSR = 0x00000000;
EXTI.PR = 0x0007FFFF;
//NVIC
if(!CPU_INTC_ActivateInterruptEx(CortexM3_NVIC::c_IRQ_Index_EXTI0,(UINT32)(void *)EXTI_IRQHandler )) return FALSE;
//略
return TRUE;
}
其中比较重要的是CPU_INTC_ActivateInterruptEx函数，它可动态设置c_IRQ_Index_EXTI0中断所对应的中断函数的入口地址。
void GPIO_Driver::EnableOutputPin(GPIO_PIN pin, BOOL initialState)
{
ASSERT(pin < c_MaxPins);
UINT32 port = PinToPort(pin);
UINT32 bit = PinToBit(pin);
UINT32 pos = (bit % 8)<<2;
CortexM3_GPIO &GPIO= CortexM3::GPIO(port);
//通用推挽输出模式
if(bit<8)
{
GPIO.CRL = (GPIO.CRL & ~(0x0F << pos)) | (CortexM3_GPIO::GPIO_Mode_Speed_50MHz << pos);
}
else
{
GPIO.CRH = (GPIO.CRH & ~(0x0F << pos)) | (CortexM3_GPIO::GPIO_Mode_Speed_50MHz << pos);
}
//初值
if(initialState) GPIO.BSRR = 0x1 << bit;
else GPIO.BRR = 0x1 << bit;
}
输出默认为通用推挽输出模式，你也可以根据实际需要进行必要的调整。
BOOL GPIO_Driver::EnableInputPin(GPIO_PIN pin, BOOL GlitchFilterEnable, GPIO_INTERRUPT_SERVICE_ROUTINE ISR, void *pinIsrParam, GPIO_INT_EDGE intEdge, GPIO_RESISTOR resistorState)
{
ASSERT(pin < c_MaxPins);
UINT32 port = PinToPort(pin);
UINT32 bit = PinToBit(pin);
UINT32 pos = (bit % 8)<<2;
CortexM3_GPIO &GPIO= CortexM3::GPIO(port);
//浮空输入
if(bit<8)
{
GPIO.CRL = (GPIO.CRL & ~(0x0F << pos))| (CortexM3_GPIO::GPIO_Mode_IN_FLOATING << pos);
}
else
{
GPIO.CRH = (GPIO.CRH & ~(0x0F << pos))| (CortexM3_GPIO::GPIO_Mode_IN_FLOATING << pos);
}
//中断输入源配置(AFIO)
CortexM3_AFIO &AFIO = CortexM3::AFIO();
AFIO.EXTICR[bit >> 2] &= ~(0x0F << (0x04 * (bit & 0x03)));
AFIO.EXTICR[bit >> 2] |= port << (0x04 * (bit & 0x03));
CortexM3_EXTI &EXTI=CortexM3::EXTI();
if(ISR)
{
switch(intEdge)
{
case GPIO_INT_NONE: //无中断
EXTI.IMR &= ~(0x1<<bit);
return FALSE;
case GPIO_INT_EDGE_LOW: //下降沿中断
case GPIO_INT_LEVEL_LOW:
EXTI.IMR |= 0x1<<bit;
EXTI.FTSR |= 0x1<<bit; //下降沿有效
EXTI.RTSR &= ~(0x1<<bit); //上升沿无效
break;
//略
default:
ASSERT(0);
return FALSE;
}
}
return TRUE;
}
GPIO输入的实现比较繁琐一些，可以根据需要仅把端口配置成输入模式，而不配置相应的中断参数。这样可以通过不断扫描的方式获得输入信号。
void GPIO_Driver::ISR(void *Param)
{
CortexM3_EXTI &EXTI=CortexM3::EXTI();
UINT32 interruptsActive = EXTI.PR;
UINT32 bitMask = 0x1, bitIndex = 0;
while(interruptsActive)
{
while((interruptsActive & bitMask) == 0)
{
bitMask <<= 1;
++bitIndex;
}
CortexM3_AFIO &AFIO = CortexM3::AFIO();
UINT32 port = (AFIO.EXTICR[bitIndex >> 2]>>(0x04 * (bitIndex & 0x03))) & 0xF;
GPIO_PIN pin = BitToPin( bitIndex, port);
PIN_ISR_DESCRIPTOR& pinIsr = g_GPIO_Driver.m_PinIsr[ pin ];
pinIsr.Fire( (void*)&pinIsr );
interruptsActive ^= bitMask;
EXTI.PR |= bitMask;
}
}
在中断函数中，根据相关寄存器的值来判断哪一个（或同时哪一些）GPIO发生的中断，并由此执行业已配置好的异步中断处理函数。
好了，写完了GPIO驱动程序，我们就可以漂漂亮亮的在NativeSample中写我们的测试程序了：
void ISR( GPIO_PIN Pin, BOOL PinState, void* Param )
{
if(PinState) // released, up
{
CPU_GPIO_SetPinState(GPIO_Driver::PF7,0x0);
}
else // pressed, down
{
CPU_GPIO_SetPinState(GPIO_Driver::PF7,0x1);
}
}
void ApplicationEntryPoint()
{
//LED D1 D2 D3 D4
CPU_GPIO_EnableOutputPin(GPIO_Driver::PF7,FALSE);
CPU_GPIO_EnableOutputPin(GPIO_Driver::PF8,FALSE);
//user按钮 = 0x1
CPU_GPIO_EnableInputPin(GPIO_Driver::PG8,FALSE,ISR,GPIO_INT_EDGE_BOTH,RESISTOR_PULLDOWN);
while(TRUE)
{
CPU_GPIO_SetPinState(GPIO_Driver::PF8,!CPU_GPIO_GetPinState(GPIO_Driver::PF8));
Events_WaitForEvents( 0, 1000 );
}
}
上面的程序比我们最初在《调试初步：点亮LED灯》中提到的代码清爽多了，把程序下载到开发板上运行，你会发现D3 LED灯以一秒为周期不断地闪烁，而D2 LED灯则在user按钮按下时才亮，放开时则灭。
只要细心 + 耐心，其实嵌入式开发还是比较容易的，并且功能实现那一刻喜悦的“强度”，是作为PC平台软件开发者所难以企及的。
