【Ai-WB2入门篇】GPIO使用

显示全部楼层 · 2024-8-27 14:29:50

Ai-WB2（BL602）的GLB(Global Register)是芯片通用全局设定模块，主要包含了时钟管理、复位管理、总线管理、内存管理以及GPIO管理等功能。
本文将介绍如何使用Ai-WB2的GPIO管理功能，包含GPIO输入、GPI0输出以及GPIO中断。
一：GPIO介绍
通用型之输入输出(General-purpose inputoutput，通常称为GPIO)，GPIO管理功能提供GPIO控制寄存器，实现软件对 GPIO 属性的配置，使用户能够方便地操作 GPIO。每个GPIO可以配置为输入、输出和可选功能三种模式。在每个模式下(除模拟可选功能)，提供设置上拉，下拉，浮空三种端口状态，此外GPIO还提供中断功能，可以配置为上升沿触发，下降沿触发或者高电平/低电平触发。

Ai-WB2的 GPI0主要特点如下：

· 可以配置为普通输入输出功能，该模式下可以设定上拉，下拉或者浮空输入输出
· 可以配置为可选功能，搭配外设功能使用，该模式下亦可以设定上拉，下拉，在使用模拟功能时，必须设置为浮空
· 可以设置驱动能力，以提供更大的输出电流
· 可以设置施密特触发器功能，提供简单硬件防抖功能

每个GPIO可以通过软件配置为:
· 高阻输入
· 上拉输入
· 下拉输入
· 上拉中断输入
· 下拉中断输入
· 高阻中断输入
· 上拉输出
· 下拉输出
· 高阻输出
· 模拟输入可选功能
· 模拟输出可选功能
· 数字可选功能
GPIO的功能框图如下：

GPIO可以设定的功能包括：

· Flash/QSPI：设定GPIO为QSPI功能，可以连接Flash，作为程序存储/运行介质
· SPI：设定GPIO为SPI功能
· 12C：设定GPI0为I2C功能
· UART：设定GPIO为UART功能
· PWM：设定GPIO为PWM功能
· ANA：设定GPI0为Analog功能
· SWGPIO：设定GPI0为通用I0功能
· JTAG：设定GPIO为JTAG功能

每个GPIO基本上都可以选择上述可选功能，当选择某个可选功能时，GPI0与对应的功能信号如下表所示：

在上述表格中，当选择UARI功能时，只是选择JUARI的一个信号，开没有指定该引脚的县体切能比是UARX认是UARLRX),认需要通过UART SIGX SEL(X=0-7)进一步选择具体的UART信号及对应的功能。每一个UART SIGX SEL可以选择的信号包括：

· 0：UARTO RTS
· 1：UARTO CTS
· 2：UARTO TXD
· 3：UARTO RXD
· 4：UART1 RTS
· 5：UART1 CTS
· 6：UART1 TXD
· 7：UART1 RXD

以GPIO0为例，当fun sel选择UART的时候，GPIO0选择的是UART_SIG0,在默认情况下UART_SIGO_SEL的值是0，也就是UARTO_RTS，即GPIO是UARTO_RTS功能。如果应用程序想把GPIO作为UART1_TXD.那只要把UART_SIGO_SEL设置为6,那么GPIO0的功能就是UART1_TXD。

GPIO输出设置
通过设定func_sel为SWGPIO，GPIO可以作为普通GPIO的输入输出，将IE设置为0，OE设置为1，就可以将GPIO配置为输出功能，输出的数值通过GPIO_O寄存器组设定。当GPIO_O对应bit设置为0时，GPIO输出低电平，当GPIO_O对应bit设置为1时，GPIO输出高电平。可以通过DRV控制位设置输出能力。

GPIO输入设置
通过设定func_sel为SWGPIO，将IE设置为1，0E设置为0，就可以将GPIO配置为输入功能，可以通过SMT控制位设置是否使能施密特触发器，通过PD，PU控制位设置上拉下拉属性。外部输入的数值，可以通过读取GPIO_I寄存器对应的bit获取到。

GPIO可选功能设置
通过设定func_sel为对应的外设功能，可以实现GPIO与外设的连接，实现外设的输入输出，从GPIO的基础功能框图可以看出，当选择可选功能时，需要将IE设置为1，OE设置为0，也就是断开普通GPIO的输出控制功能。这样，对于固定输入功能的外设，外设的OE信号始终为0，从而实现输入功能;对于固定输出的外设，其OE信号始终为1，从而实现输出是被外设控制，而此时的输入信号就是输出信号但是不会被正在输出的外设采集;当外设既需要输入又要输出时，通过控制外设OE信号就可以实现输入输出。

GPI0中断设置
要使用GPIO的中断功能，需要先将GPIO设置为输入模式，中断触发模式通过GPIO_INT_MODE_SET寄存器组进行设定。可以设定的中断模式包括:

· 上升沿触发中断
· 下降沿触发中断
· 高电平触发中断
· 低电平触发中断

每个GPIO都可以设定为中断功能，是否使能某个GPIO中断可以通过GPIO_INT_MASK寄存器进行设定，中断产生时，在中断函数中可以通过GPIO_ INT_STAT寄存器获取到产生中断的GPIO引脚号，同时可以通过GPIO_INT_CLR清除掉对应的中断信号。
二：GPIO管理相关API介绍
BL602的GPIO管理相关的底层定义，在如下文件中定义:
bl iot sdk/components/platform/soc/bl602/b1602 std/bl602 std/StdDriver/inc/bl602 gpio.h
该文件主要定义了BL602的GPIO编号、GPIO模式以及GPIO功能。
BL602的GPIO管理相关高级API定义，在如下文件中定义
bl iot sdk/components/platform/hosal/bl602 hal/bl gpio.h
该文件定义了GPIO的底层操作函数。

typedef struct _gpio_ctx_desc {
struct _gpio_ctx_desc *next;
void (*gpio_handler)(void *);
void *arg;
uint8_t gpioPin;
uint8_t intCtrlMod;
uint8_t intTrgMod;
} gpio_ctx_t;
int bl_gpio_enable_output(uint8_t pin, uint8_t pullup, uint8_t pulldown); // 设置GPIO为输出
int bl_gpio_enable_input(uint8_t pin, uint8_t pullup, uint8_t pulldown); // 设置GPIO为输入
int bl_gpio_output_set(uint8_t pin, uint8_t value); // 设置GPIO电平值，0表示低电平；1表示高电平
int bl_gpio_input_get(uint8_t pin, uint8_t *value); // 读取GPIO电平值，0表示低电平；1表示高电平
int bl_gpio_input_get_value(uint8_t pin);// 读取GPIO电平值，0表示低电平；1表示高电平
int bl_gpio_int_clear(uint8_t gpioPin,uint8_t intClear);// 清除中断标志
void bl_gpio_intmask(uint8_t gpiopin, uint8_t mask); // 中断掩码
void bl_set_gpio_intmod(uint8_t gpioPin, uint8_t intCtrlMod, uint8_t intTrgMod); // 设置中断模式
void bl_gpio_register(gpio_ctx_t *pstnode); // 注册gpio

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同时在bl iot sdk的系统抽象硬件层中进一步封装定义，如下:
bl iot sdk/components/platform/hosal/include/hosal gpio.h
该文件定义了在RTOS级对GPIO操作的硬件抽象层操作

typedef struct hosal_gpio_ctx {
struct hosal_gpio_ctx *next;
hosal_gpio_irq_handler_t handle;
void *arg;
uint8_t pin;
uint8_t intCtrlMod;
uint8_t intTrigMod;
}hosal_gpio_ctx_t;
typedef struct {
uint8_t port; /**< @brief gpio port */
hosal_gpio_config_t config; /**< @brief gpio config */
void *priv; /**< @brief priv data */
} hosal_gpio_dev_t;
int hosal_gpio_init(hosal_gpio_dev_t *gpio);
int hosal_gpio_output_set(hosal_gpio_dev_t *gpio, uint8_t value);
int hosal_gpio_input_get(hosal_gpio_dev_t *gpio, uint8_t *value);
int hosal_gpio_irq_set(hosal_gpio_dev_t *gpio, hosal_gpio_irq_trigger_t trigger_type, hosal_gpio_irq_handler_t handler, void *arg);
int hosal_gpio_irq_mask(hosal_gpio_dev_t *gpio, uint8_t mask);
int hosal_gpio_finalize(hosal_gpio_dev_t *gpio);

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三：硬件准备
本次示例将使用到如下硬件:
· Ai-WB2-32S开发板
· RGB LED
· 470欧姆电阻
· 按键
· 连接线
· 面板包板
四：软件准备
在前面的文章中，我们详细介绍了如何搭建Ai-WB2的开发环境：
搭建windows+eclipse环境
五：代码实现
下面将以LED和按键输入为例，介绍如何使用Ai-WB2的GPIO输入、输出以及中断功能。
1. GPIO输出
示例代码如下

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <FreeRTOS.h>
#include <task.h>
#include <bl_gpio.h>
#define GPIO_LED_RED 0
#define GPIO_LED_GREEN 1
#define GPIO_LED_BLUE 2
void blink_task(void *param){
uint8_t r_value = 1;
uint8_t g_value = 1;
uint8_t b_value = 1;
bl_gpio_enable_output(GPIO_LED_RED, 0, 0);
bl_gpio_enable_output(GPIO_LED_GREEN, 0, 0);
bl_gpio_enable_output(GPIO_LED_BLUE, 0, 0);
while(1) {
bl_gpio_output_set(GPIO_LED_RED, r_value);
r_value = !r_value;
vTaskDelay(200);
bl_gpio_output_set(GPIO_LED_GREEN, g_value);
g_value = !g_value;
vTaskDelay(200);
bl_gpio_output_set(GPIO_LED_BLUE, b_value);
b_value = !b_value;
vTaskDelay(200);
}
}
void main(void)
{
xTaskCreate(blink_task, "blink_task", 1024, NULL, 15, NULL);
}

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在示例代码中，我们定义了一个FreeRTOS任务blin_ktask，该任务执行LED的闪烁任务。在 blink_task 中，通过bl_gpio_enable_output 设置GPIO为输出模式，然后通过调用 bl_gpio_output_set 设置引脚的电平值。
2. GPIO输入
示例代码如下

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <FreeRTOS.h>
#include <task.h>
#include <bl_gpio.h>
#include <stdio.h>
#include <hosal_gpio.h>
#include <hosal_dma.h>
#include <blog.h>
#include <stdbool.h>
#define LED_PIN 0
#define KEY_PIN 3
#define TAG "gpio_exti"
static bool led_state = false;
static hosal_gpio_dev_t led;
static hosal_gpio_dev_t key;
static int32_t counter = 0;
static void init_led(void) {
led.port = LED_PIN;
led.config = OUTPUT_OPEN_DRAIN_NO_PULL;
hosal_gpio_init(&led);
hosal_gpio_output_set(&led,0);
printf("led inited\r\n");
}
static void init_key() {
key.port = KEY_PIN;
key.config = INPUT_PULL_UP;
hosal_gpio_init(&key);
printf("key inited\r\n");
}
void key_task(void* params) {
printf("key task started\r\n");
static uint8_t key_state = 0;
while (true) {
if (hosal_gpio_input_get(&key, &key_state) == 0) {
if (key_state) {
vTaskDelay(10 / portTICK_PERIOD_MS);
if (hosal_gpio_input_get(&key, &key_state) == 0) {
if (key_state) {
hosal_gpio_output_set(&led, 1);
printf("key pressed\r\n");
}
else {
hosal_gpio_output_set(&led, 0);
}
}
}
}
vTaskDelay(1 / portTICK_PERIOD_MS);
}
}
void main(void) {
init_led();
init_key();
xTaskCreate(key_task, "key_task", 1024, NULL, 15, NULL);
}

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在示例代码中，我们使用了RTOS抽象层API。
首先，定义 hosal_gpio_devt实例，用于配置LED引脚和按键引脚。然后调用 hosal_gpio_init 函数初始化引脚配置，接通过调用hosal_gpio_input_get 函数来读取按键引脚的按键值，然后根据按键的电平值来通过调用 hosal_gpio_output_set 函数实现。设置LED引用的电平值.
3. GPIO中断
示例代码如下