stm32深入浅出——由GPIO谈谈寄存器配置

相信大家对GPIO的配置并不陌生，只需简单的几个库函数就能完成。而本菜今天要讲的不是怎么用这些库函数，而是要讲讲这些库函数是怎么工作的。本菜留意了下，无论是网上还是书籍，涉及这方面的知识很少，直接抄了使用手册就上了。那么本菜在这里就详细讲一讲，做些补充，希望能帮助到大家。

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_7;

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;

GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;

GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStructure);

 这几行代码是司空见惯了。我们先从它们入手。

GPIO_InitStructure  看名字，就知道是个结构体，在主文件里是这样声明的：

 

GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;

 

于是乎，我们再看看GPIO_InitTypeDef 是什么东西吧。

 

typedef struct

{

  u16 GPIO_Pin;

  GPIOSpeed_TypeDef GPIO_Speed;

  GPIOMode_TypeDef GPIO_Mode;

}GPIO_InitTypeDef;

 

其中各有声明为：

typedef enum

{ 

  GPIO_Speed_10MHz = 1,

  GPIO_Speed_2MHz, 

  GPIO_Speed_50MHz

}GPIOSpeed_TypeDef;

 

//================================================================//

 

typedef enum

{ GPIO_Mode_AIN = 0x0,

  GPIO_Mode_IN_FLOATING = 0x04,

  GPIO_Mode_IPD = 0x28,

  GPIO_Mode_IPU = 0x48,

  GPIO_Mode_Out_OD = 0x14,

  GPIO_Mode_Out_PP = 0x10,

  GPIO_Mode_AF_OD = 0x1C,

  GPIO_Mode_AF_PP = 0x18

}GPIOMode_TypeDef;

    我们可以发现，这些配置信息都有它们的固定数值。这些数值，代表什么意义呢？我们接下去看看GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStructure)这个函数吧。

先看参数的类型GPIO_TypeDef* （GPIO_InitTypeDef之前已经有讲解） ：

GPIO_TypeDef  ：

typedef struct

{

  vu32 CRL;

  vu32 CRH;

  vu32 IDR;

  vu32 ODR;

  vu32 BSRR;

  vu32 BRR;

  vu32 LCKR;

} GPIO_TypeDef;

 

    这里有几个寄存器需要简单讲解的：CRL是低位配置寄存器，是用来存储低位数据（低8位）的配置情况。CRH是高位寄存器。ODR是写入输出寄存器，在配置为输出时，该寄存器的值就输出到I/O引脚。IDR是输入数据寄存器，在每个APB2时钟周期读取并捕获对应I/O口数据。BSRR寄存器是32位置/复位寄存器，高16位可以对2字节（16位）的ODR上对应位进行位操作，低16位则进行复位操作，一般都用这个寄存器对I/O口的输出进行操作，当然也可以通过修改ODR寄存器来实现，像在这个库函数里就是通过BSRR来实现的。BRR是16位复位寄存器，只能进行复位操作。LCKR是端口锁定寄存器，开锁定以后，对该端口的某位的配置修改不可行。具体请参照STM32F10X使用手册。

然后另一个实参（举例）：GPIOD  查找其声明，就可以发现：  #define GPIOD         ((GPIO_TypeDef *) GPIOD_BASE)

就和之前的例子一样，是以GPIOD_BASE为基地址的结构体。那么当你再查找GPIOD_BASE的定义时，就会发现其值为0x40011800，也即：

这是什么意思呢？就是指管理GPIOD的寄存器的初始地址就是0x40011800。那么我们再来看看第一个寄存器CRL的信息：

我们发现CRL的偏移地址是00h，也即其是基地址上的第一个寄存器组。仔细一看便知，这个寄存器组包含32个寄存器，也即占了32位空间。我们再看CRL在结构体的类型是vu32，就能明白，这些空间分配，是遵循着线性规律的。当我们再看CRH，也就是第二个寄存器组时，不难发现其偏移地址是04h，也即4*8=32位的偏移地址。这和我们之前的分析是完全符合的。

    再回到程序中，可以发现I/O口的配置是分高低8位的，原因在于GPIO的配置寄存器分为高位配置寄存器CRH和低位配置CRL。在STM32中通常一个寄存器有32位，在这里却用了2个寄存器来配置GPIO，说明一个I/O口需要4个位来配置。就仅仅以CRL为例，来看继续看上图。

    我们再看GPIO_PIN_x的定义：

从中不难发现一些规律。看官心中有些明了之后，我们再回到代码中，只看这几句：

if (((u32)GPIO_InitStruct->GPIO_Pin & ((u32)0x00FF)) != 0x00)

  {

    tmpreg = GPIOx->CRL;

    for (pinpos = 0x00; pinpos < 0x08; pinpos++)

    {

      pos = ((u32)0x01) << pinpos;

      

      currentpin = (GPIO_InitStruct->GPIO_Pin) & pos;

    我们大致揣摩，就能得出这几句语句是用来选择当前的引脚的。这也就是为何上面GPIO_PIN_x的定义是以2的倍数递增。当然，CRL这个寄存器的位的排列也是遵循这个规律的：

 这是PIN_0脚上的4个配置位，可见这是与它们名称的尾号是一致的，MODEx和CNFx控制PIN_x。掌握这个规律，后面几条语句自然容易推敲出来是什么意思。

    不过，有些不同寻常的是：

// Reset the corresponding ODR bit 

        if (GPIO_InitStruct->GPIO_Mode == GPIO_Mode_IPD)

        {

          GPIOx->BRR = (((u32)0x01) << (pinpos + 0x08));

        }

        //Set the corresponding ODR bit 

        if (GPIO_InitStruct->GPIO_Mode == GPIO_Mode_IPU)

        {

          GPIOx->BSRR = (((u32)0x01) << (pinpos + 0x08));

        }

很匪夷所思，根据判断的条件，显然是要选择下拉输入还是上拉输入。但它居然需要对输出数据复位置位寄存器BRR和BSRR来操作。这是为何？不管那么多，先看手册：

在CNFX[1:0]中，显然不能选定上拉和下拉（MODEX[1:0]同样也没有），再看输入口配置电路图：

    必须有一个控制器控制着这个ON/OFF。那么在下图中，我们就可以找到答案：

这下了然了吧！ODR寄存器是参与选择上拉和下拉模式的。

    现在大家可以通过写寄存器来做一些像点LED灯的简单操作了。虽说直接使用库函数绝对是很快捷的方法，但是了解了寄存器的功能，目的是为了未来要使用这些库函数时能得心应手。我们学习这些寄存器不是为了摆脱库函数，而是为了更好地利用库函数。