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搞懂rt-thread对STM32的GPIO操作

发布于 2024-05-14 14:10:03 浏览：541 订阅该版

先看STM32数据手册中，GPIO的寄存器映射：

![GPIO地址映射](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20240514/95feb7f825a3fb7e80dbecd00025d3d9.png)
至少有两点可以确定：
1.  从GPIOA到GPIOH，地址是连续的
2. 每组GPIO基地址相差`0x400`

依据这，rt-thread在给GPIO编号的时候，给每组port定义一个偏移，偏移单位是`0x400`

|port| 偏移几个单位 |
|--|--|
| GPIOA | 0 |
|GPIOB|1|
|GPIOC|2|
|...|...|
比如，知道了GPIO的基地址是`0x48000000`，那么GPIOB的基地址是
```c
0x48000000 + 0x400 * 1
```
rt-thread中给GPIO的编号规则是这样的：

|pin| number |
|--|--|
| PA0~PA15 | 0~15 |
|PB0~PB15|16~31|
|PC0~PC15|32~47|
|...|...|

drv_gpio.c文件中有如下代码：
```c
#define PIN_NUM(port, no) (((((port) & 0xFu) << 4) | ((no) & 0xFu)))
#define PIN_PORT(pin) ((uint8_t)(((pin) >> 4) & 0xFu))
#define PIN_NO(pin) ((uint8_t)((pin) & 0xFu))
...
#define PIN_STPORT(pin) ((GPIO_TypeDef *)(GPIOA_BASE + (0x400u * PIN_PORT(pin))))
#define PIN_STPIN(pin) ((uint16_t)(1u << PIN_NO(pin)))
```
比如：有一个pin的编号是33，经过以下宏运算
`PIN_PORT(33) ` 结果是`2` 相当于除16的结果
`PIN_NO(33)` 结果是`1` 相当于除16的余数
`PIN_STPORT(33)` 结果是`(GPIO_TypeDef *)(GPIOA_BASE + (0x400u * 2))`，近一步宏替换后是`(GPIO_TypeDef*)(0x48000800)`，这与官方手册和HAL库中定义是匹配的
`PIN_STPIN(33)` 结果是`(uint16_t)(1)`
所以，`33`对应的是`PC1`

相反地，知道管脚名得到编号就是这样的：
```c
#define GET_PIN(PORTx,PIN) (rt_base_t)((16 * ( ((rt_base_t)__STM32_PORT(PORTx) - (rt_base_t)GPIOA_BASE)/(0x0400UL) )) + PIN) // 摘自drv_gpio.h
```
比如 `GET_PIN(C, 1)`，一步步替换宏定义后
```c
(rt_base_t)((16 * ( ((rt_base_t)GPIOC_BASE - (rt_base_t)GPIOA_BASE)/(0x0400UL) )) + 1) // 替换__STM32_PORT(C)
(rt_base_t)((16 * ( (0x48000800 - 0x48000000)/(0x0400UL) )) + 1) // 替换GPIOX_BASE
(rt_base_t)((16 * ( 2 )) + 1)
(rt_base_t)((32) + 1)
```
显然结果是`33`
`rt_pin_mode`, `rt_pin_write`, `rt_pin_read`等系统API都是都是基于pin编号来操作的
```c
rt_pin_write(33, 0)  < = >  HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, GPIO_PIN_1, GPIO_PIN_RESET);
```
drv_gpio.c中
```c
static void stm32_pin_write(rt_device_t dev, rt_base_t pin, rt_base_t value)
{
    GPIO_TypeDef *gpio_port;
    uint16_t gpio_pin;

if (PIN_PORT(pin) < PIN_STPORT_MAX)
    {
        gpio_port = PIN_STPORT(pin);
        gpio_pin = PIN_STPIN(pin);

HAL_GPIO_WritePin(gpio_port, gpio_pin, (GPIO_PinState)value);
    }
}
```
pin.c中
```c
int rt_device_pin_register(const char *name, const struct rt_pin_ops *ops, void *user_data)
{
    _hw_pin.parent.type         = RT_Device_Class_Miscellaneous;
    _hw_pin.parent.rx_indicate  = RT_NULL;
    _hw_pin.parent.tx_complete  = RT_NULL;

...

_hw_pin.ops                 = ops;
    _hw_pin.parent.user_data    = user_data;

/* register a character device */
    rt_device_register(&_hw_pin.parent, name, RT_DEVICE_FLAG_RDWR);

return 0;
}
...
void rt_pin_write(rt_base_t pin, rt_base_t value)
{
    RT_ASSERT(_hw_pin.ops != RT_NULL);
    _hw_pin.ops->pin_write(&_hw_pin.parent, pin, value);
}
```
pin.c文件中定义了一个`rt_device_pin`类型的变量`_hw_pin`，初始化注册的时候，其成员变量`ops`初始化为`_stm32_pin_ops`
```c
const static struct rt_pin_ops _stm32_pin_ops =
{
    stm32_pin_mode,
    stm32_pin_write,
    stm32_pin_read,
    stm32_pin_attach_irq,
    stm32_pin_dettach_irq,
    stm32_pin_irq_enable,
    stm32_pin_get,
};
...
int rt_hw_pin_init(void) {
  ...
  return rt_device_pin_register("pin", &_stm32_pin_ops, RT_NULL);
}
```
`rt_pin_write` -> `_hw_pin.ops->pin_write` -> `stm32_pin_write` -> `HAL_GPIO_WritePin`