RT-Thread-基于RT-Thread+RA6M4的虚拟仪器开发:第五章直接使用寄存器操作点灯RT-Thread问答社区

基于RT-Thread+RA6M4的虚拟仪器开发:第五章直接使用寄存器操作点灯

发布于 2022-07-07 15:27:14 浏览：617 订阅该版

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# 第五章GPIO之直接使用寄存器操作点灯
## 前言

对于一般程序开发,我们的第一个程序基本就是HelloWorld。而点灯程序就是嵌入式开发世界的HelloWorld。在自己编写的程序烧录到芯片中,然后看到LED一闪一闪的时候,会非常有成就感。我们这里不使用官方的Demo,而是完全从零开始,阅读芯片手册,根据芯片手册的信息,直接操作寄存器,从零开始实现我们自己的点灯程序。目的是授人以渔,从简单的例子开始熟悉怎么根据芯片手册去操作芯片外设。为后面更复杂的外设驱动实现打下基础,对于嵌入式学习,一定要知其然知其所以然,了解底层细节。要能从官网,芯片手册上获取信息去开发一个完全全新的架构的芯片。
代码见
https://gitee.com/qinyunti/ra6m4

## GPIO模块介绍

我们参考芯片手册的<<19. I/O Ports>>章节。
IO一般可以作为普通IO或者外设引脚,那么就需要进行引脚的功能配置,配置输入输出等,还有些芯片IO端口可能需要单独使能,或者使能对应时钟。
我们从手册可以了解复位后IO默认为普通IO输入模式。

阅读芯片寄存器相关内容可以大致了解下各寄存器功能,一般要看下寄存器的读写属性,访问位宽,访问权限等。
PCNTR1:配置引脚的输入输出方向和输出值
PCNTR2:获取引脚状态和事件
PCNTR3:置高置低引脚。有了PCNTR1为什么还要有该寄存器呢,这是因为PCNTR1是直接对对应到16个引脚的,如果需要配置一个引脚那么就需要先读出整个寄存器值修改一个bit然后再写入,这样效率较低。而该寄存器可以直接写入对指定的bit(引脚)置高置低而不影响其他引脚,效率更高。
PCNTR4:ELC事件时,置高置低引脚。
PmnPFS:配置某个引脚为普通功能还是外设功能,如果是外设功能选择哪个外设。同时配置引脚的输出方向输出值,获取引脚状态,上拉,开漏,驱动能力,事件信号类型,终端,模拟等。
该寄存器可以配置一个引脚的所有属性。与此不同PCNTR4时一个寄存器配置16个引脚。
PWPR:PmnPFS寄存器的读写保护,该设计可以避免误操作修改引脚属性,更安全。这也是renesas相对其他芯片的一个小亮点,在航天领域避免单粒子打翻误操作等有一定意义,如果工况有类似的选型时可以考虑该特性。该寄存器设置实际双重保护,即要两步解锁。
PFENET:以太网RMII/MII模式配置,特定功能,不属于IO通用配置,不是所有芯片都有。
PWPRS:与PWPR一样,不过只能 secure访问。
PmSAR:设置端口的Security属性,该寄存器只能 secure访问。
## GPIO操作步骤
了解寄存器之后,我们再看一般的操作步骤。通过手册可以看到如下步骤
1.清除 PWPR 的B0WI. 使能写PWPR的PFSWE。
2. 置位 PWPR的 PFSWE. 来容许写 PmnPFS。如果端口配置是 security属性则需要配置PWPRS。
3. 配置PmnPFS的PMR选择是普通IO还是外设,设置为0是普通IO否则是外设。 
4. 配置PmnPFS的 PSEL[4:0]选择具体是哪一个外设. 
5.清除 PWPR的PFSWE 禁止写 PmnPFS。
6. 置位  PWPR的B0WI. 禁止写 PWPR的PFSWE 。

原理图上可以看到P106驱动LED,高点亮。

![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20220707/2e91d5552dcbdc07051ef58e24121f05.png.webp)

经过如上分析我们可以写出对应的引脚初始化代码

## 操作代码
直接操作寄存器需要知道寄存器的地址,可以包含#include "base_addresses.h"
实际需要#include "bsp_api.h",因为base_addresses.h的路径没有直接设置为工程的包含路径
因为bsp_api.h包含了bsp_api.h再包含了base_addresses.h

修改hal_entry.c
添加#include "bsp_api.h"
hal_entry改为
```
void hal_entry(void)
{
    rt_kprintf("\nHello RT-Thread!\n");

R_PMISC->PWPR_b.B0WI = 0;   /* 解锁 PmnPFS */
    R_PMISC->PWPR_b.PFSWE = 1;

R_PFS->PORT[1].PIN[6].PmnPFS_b.PMR = 0;   /* 普通IO */
    R_PFS->PORT[1].PIN[6].PmnPFS_b.PDR = 1;   /* 输出 */
    R_PFS->PORT[1].PIN[6].PmnPFS_b.PCR = 1;   /* 使能上拉*/
    R_PFS->PORT[1].PIN[6].PmnPFS_b.NCODR = 0; /* CMOS模式 非开漏*/
    R_PFS->PORT[1].PIN[6].PmnPFS_b.DSCR = 3;  /* 高驱动能力 */
    R_PFS->PORT[1].PIN[6].PmnPFS_b.EOFR = 0;  /* 未使用事件模式所以写默认值 */
    R_PFS->PORT[1].PIN[6].PmnPFS_b.ISEL = 0;  /* 不使能外部中断 */
    R_PFS->PORT[1].PIN[6].PmnPFS_b.ASEL = 0;  /* 非AD */
    R_PFS->PORT[1].PIN[6].PmnPFS_b.PODR = 0;  /* 默认输出0 熄灯*/
    R_PFS->PORT[1].PIN[6].PmnPFS_b.PSEL = 0;  /* PMR=1时才有效 */

R_PMISC->PWPR_b.PFSWE = 0;   /* 锁定 PmnPFS */
    R_PMISC->PWPR_b.B0WI = 1;
    while (1)
    {
        //R_PORT1->PCNTR3_b.POSR = (uint16_t)1<<6; /* 亮*/
        //R_PORT1->PCNTR1_b.PODR |= (uint16_t)1<<6;
        R_PMISC->PWPR_b.B0WI = 0;   /* 解锁 PmnPFS */
        R_PMISC->PWPR_b.PFSWE = 1;
        R_PFS->PORT[1].PIN[6].PmnPFS_b.PODR =1;
        R_PMISC->PWPR_b.PFSWE = 0;   /* 锁定 PmnPFS */
        R_PMISC->PWPR_b.B0WI = 1;
        rt_thread_mdelay(500);
        //R_PORT1->PCNTR3_b.PORR = (uint16_t)1<<6; /* 灭 */
        //R_PORT1->PCNTR1_b.PODR &= ~(uint16_t)1<<6;
        R_PMISC->PWPR_b.B0WI = 0;   /* 解锁 PmnPFS */
        R_PMISC->PWPR_b.PFSWE = 1;
        R_PFS->PORT[1].PIN[6].PmnPFS_b.PODR = 0;
        R_PMISC->PWPR_b.PFSWE = 0;   /* 锁定 PmnPFS */
        R_PMISC->PWPR_b.B0WI = 1;
        rt_thread_mdelay(500);
    }
}
```
上面代码实现了三种IO设置值的方式,可以都试一下。注意操作PmnPFS需要解锁。

## 测试
将上述三种方式操作的代码分别编译下,下载到板子执行,我们可以看到板载LED闪烁。可以使用仿真器查看对应的寄存器的值。
## 总结
从以上过程,我们了解了如何从零开始,去操作寄存器来驱动相关的外设。从现在开始一定要有阅读手册的习惯,一切信息都从手册中获取。这个例子是简单的,后面更复杂的外设也是一样的,只是寄存器多一点,相关联的外设模块多一点而已,比如串口和SCI,ICU,低功耗模块等都有关,那么相关的寄存器哦都要配置。