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【经验分享】STM32 GPIO功能复用

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STMCU小助手 发布时间:2022-4-2 22:00
01. GPIO复用概述
STM32F4 有很多的内置外设,这些外设的外部引脚都是与 GPIO 复用的。也就是说,一个 GPIO如果可以复用为内置外设的功能引脚,那么当这个 GPIO 作为内置外设使用的时候,就叫做复用。

STM32F4 系列微控制器 IO 引脚通过一个复用器连接到内置外设或模块。该复用器一次只允许一个外设的复用功能(AF)连接到对应的 IO 口。这样可以确保共用同一个 IO 引脚的外设之间不会发生冲突。

每个 IO 引脚都有一个复用器,该复用器采用 16 路复用功能输入(AF0 到 AF15),可通过GPIOx_AFRL(针对引脚 0-7)和 GPIOx_AFRH(针对引脚 8-15)寄存器对这些输入进行配置,每四位控制一路复用

1)完成复位后,所有 IO 都会连接到系统的复用功能 0(AF0)。
2)外设的复用功能映射到 AF1 到 AF13。
3)Cortex-M4 EVENTOUT 映射到 AF15。

255@5}T_90{@@A]2`4J}FG4.png

02. 寄存器描述

探索者 STM32F407 开发板的原理图上 PC11 的原理图如图 所示:

20200821110906739.png

PC11 可以作为 SPI3_MISO/U3_RX/U4_RX/SDIO_D3/DCMI_D4/I2S3ext_SD等复用功能输出,这么多复用功能,如果这些外设都开启了,那么对 STM32F1 来说,那就可能乱套了,外设之间可互相干扰,但是 STM32F4,由于有复用功能选择功能,可以让 PC11 仅连接到某个特定的外设,因此不存在互相干扰的情况。

GPIO 复用功能低位寄存器 (GPIOx_AFRL) (x = A…I)
GPIO alternate function low register
偏移地址:0x20
复位值:0x0000 0000

1%$J{ZY0`HBV3I23R0FMX3X.png

GPIO 复用功能高位寄存器 (GPIOx_AFRH) (x = A…I)
GPIO alternate function high register
偏移地址:0x24
复位值:0x0000 0000

1C%O9MJMC5BXN{(_7@(V627.png

在微控制器完成复位后,所有 IO 口都会连接到系统复用功能 0(AF0)。这里大家需要注意,对于系统复用功能 AF0,我们将 IO 口连接到 AF0 之后,还要根据所用功能进行配置:

JTAG/SWD:在器件复位之后,会将这些功能引脚指定为专用引脚。也就是说,这些引脚在复位后默认就是 JTAG/SWD 功能。如果我们要作为 GPIO 来使用,就需要对对应的 IO口复用器进行配置。

RTC_REFIN:此引脚在系统复位之后要使用的话要配置为浮空输入模式。

MCO1 和 MCO2:这些引脚在系统复位之后要使用的话要配置为复用功能模式。

03. 类型
复用功能相关宏

  1. /**
  2.   * @brief   AF 0 selection  
  3.   */
  4. #define GPIO_AF_RTC_50Hz      ((uint8_t)0x00)  /* RTC_50Hz Alternate Function mapping */
  5. #define GPIO_AF_MCO           ((uint8_t)0x00)  /* MCO (MCO1 and MCO2) Alternate Function mapping */
  6. #define GPIO_AF_TAMPER        ((uint8_t)0x00)  /* TAMPER (TAMPER_1 and TAMPER_2) Alternate Function mapping */
  7. #define GPIO_AF_SWJ           ((uint8_t)0x00)  /* SWJ (SWD and JTAG) Alternate Function mapping */
  8. #define GPIO_AF_TRACE         ((uint8_t)0x00)  /* TRACE Alternate Function mapping */
  9. #if defined(STM32F446xx)
  10. #define GPIO_AF0_TIM2         ((uint8_t)0x00)  /* TIM2 Alternate Function mapping */
  11. #endif /* STM32F446xx */

  12. /**
  13.   * @brief   AF 1 selection  
  14.   */
  15. #define GPIO_AF_TIM1          ((uint8_t)0x01)  /* TIM1 Alternate Function mapping */
  16. #define GPIO_AF_TIM2          ((uint8_t)0x01)  /* TIM2 Alternate Function mapping */
  17. #if defined(STM32F410xx) || defined(STM32F413_423xx)
  18. #define GPIO_AF_LPTIM         ((uint8_t)0x01)  /* LPTIM Alternate Function mapping */
  19. #endif /* STM32F410xx || STM32F413_423xx */
  20. /**
  21.   * @brief   AF 2 selection  
  22.   */
  23. #define GPIO_AF_TIM3          ((uint8_t)0x02)  /* TIM3 Alternate Function mapping */
  24. #define GPIO_AF_TIM4          ((uint8_t)0x02)  /* TIM4 Alternate Function mapping */
  25. #define GPIO_AF_TIM5          ((uint8_t)0x02)  /* TIM5 Alternate Function mapping */

  26. /**
  27.   * @brief   AF 3 selection  
  28.   */
  29. #define GPIO_AF_TIM8          ((uint8_t)0x03)  /* TIM8 Alternate Function mapping */
  30. #define GPIO_AF_TIM9          ((uint8_t)0x03)  /* TIM9 Alternate Function mapping */
  31. #define GPIO_AF_TIM10         ((uint8_t)0x03)  /* TIM10 Alternate Function mapping */
  32. #define GPIO_AF_TIM11         ((uint8_t)0x03)  /* TIM11 Alternate Function mapping */
  33. #if defined(STM32F446xx)
  34. #define GPIO_AF3_CEC          ((uint8_t)0x03)  /* CEC Alternate Function mapping */
  35. #endif /* STM32F446xx */
  36. #if defined(STM32F413_423xx)
  37. #define GPIO_AF3_DFSDM2       ((uint8_t)0x03)  /* DFSDM2 Alternate Function mapping */
  38. #endif /* STM32F413_423xx */
  39. /**
  40.   * @brief   AF 4 selection  
  41.   */
  42. #define GPIO_AF_I2C1          ((uint8_t)0x04)  /* I2C1 Alternate Function mapping */
  43. #define GPIO_AF_I2C2          ((uint8_t)0x04)  /* I2C2 Alternate Function mapping */
  44. #define GPIO_AF_I2C3          ((uint8_t)0x04)  /* I2C3 Alternate Function mapping */
  45. #if defined(STM32F446xx)
  46. #define GPIO_AF4_CEC          ((uint8_t)0x04)  /* CEC Alternate Function mapping */
  47. #endif /* STM32F446xx */
  48. #if defined(STM32F410xx) || defined(STM32F412xG) || defined(STM32F413_423xx) || defined(STM32F446xx)
  49. #define GPIO_AF_FMPI2C        ((uint8_t)0x04)  /* FMPI2C Alternate Function mapping */
  50. #endif /* STM32F410xx || STM32F446xx */

  51. /**
  52.   * @brief   AF 5 selection  
  53.   */
  54. #define GPIO_AF_SPI1          ((uint8_t)0x05)  /* SPI1/I2S1 Alternate Function mapping */
  55. #define GPIO_AF_SPI2          ((uint8_t)0x05)  /* SPI2/I2S2 Alternate Function mapping */
  56. #define GPIO_AF5_SPI3         ((uint8_t)0x05)  /* SPI3/I2S3 Alternate Function mapping (Only for STM32F411xE and STM32F413_423xx Devices) */
  57. #define GPIO_AF_SPI4          ((uint8_t)0x05)  /* SPI4/I2S4 Alternate Function mapping */
  58. #define GPIO_AF_SPI5          ((uint8_t)0x05)  /* SPI5 Alternate Function mapping      */
  59. #define GPIO_AF_SPI6          ((uint8_t)0x05)  /* SPI6 Alternate Function mapping      */

  60. /**
  61.   * @brief   AF 6 selection  
  62.   */
  63. #define GPIO_AF_SPI3          ((uint8_t)0x06)  /* SPI3/I2S3 Alternate Function mapping */
  64. #define GPIO_AF6_SPI1         ((uint8_t)0x06)  /* SPI1 Alternate Function mapping (Only for STM32F410xx Devices) */
  65. #define GPIO_AF6_SPI2         ((uint8_t)0x06)  /* SPI2 Alternate Function mapping (Only for STM32F410xx/STM32F411xE Devices) */
  66. #define GPIO_AF6_SPI4         ((uint8_t)0x06)  /* SPI4 Alternate Function mapping (Only for STM32F411xE Devices) */
  67. #define GPIO_AF6_SPI5         ((uint8_t)0x06)  /* SPI5 Alternate Function mapping (Only for STM32F410xx/STM32F411xE Devices) */
  68. #define GPIO_AF_SAI1          ((uint8_t)0x06)  /* SAI1 Alternate Function mapping      */
  69. #define GPIO_AF_I2S2ext       ((uint8_t)0x06)  /* I2S2ext_SD Alternate Function mapping (only for STM32F412xG and STM32F413_423xx Devices) */
  70. #if defined(STM32F412xG) || defined(STM32F413_423xx)
  71. #define GPIO_AF6_DFSDM1       ((uint8_t)0x06)  /* DFSDM1 Alternate Function mapping */
  72. #endif /* STM32F412xG || STM32F413_423xx */
  73. #if defined(STM32F413_423xx)
  74. #define GPIO_AF6_DFSDM2       ((uint8_t)0x06)  /* DFSDM2 Alternate Function mapping */
  75. #endif /* STM32F413_423xx */

  76. /**
  77.   * @brief   AF 7 selection  
  78.   */
  79. #define GPIO_AF_USART1         ((uint8_t)0x07)  /* USART1 Alternate Function mapping  */
  80. #define GPIO_AF_USART2         ((uint8_t)0x07)  /* USART2 Alternate Function mapping  */
  81. #define GPIO_AF_USART3         ((uint8_t)0x07)  /* USART3 Alternate Function mapping  */
  82. #define GPIO_AF7_SPI3          ((uint8_t)0x07)  /* SPI3/I2S3ext Alternate Function mapping */
  83. #if defined(STM32F413_423xx)
  84. #define GPIO_AF7_DFSDM2        ((uint8_t)0x07)  /* DFSDM2 Alternate Function mapping     */
  85. #define GPIO_AF7_SAI1          ((uint8_t)0x07)  /* SAI1 Alternate Function mapping       */
  86. #endif /* STM32F413_423xx */

  87. /**
  88.   * @brief   AF 7 selection Legacy
  89.   */
  90. #define GPIO_AF_I2S3ext   GPIO_AF7_SPI3

  91. /**
  92.   * @brief   AF 8 selection  
  93.   */
  94. #define GPIO_AF_UART4         ((uint8_t)0x08)  /* UART4 Alternate Function mapping  */
  95. #define GPIO_AF_UART5         ((uint8_t)0x08)  /* UART5 Alternate Function mapping  */
  96. #define GPIO_AF_USART6        ((uint8_t)0x08)  /* USART6 Alternate Function mapping */
  97. #define GPIO_AF_UART7         ((uint8_t)0x08)  /* UART7 Alternate Function mapping  */
  98. #define GPIO_AF_UART8         ((uint8_t)0x08)  /* UART8 Alternate Function mapping  */
  99. #if defined(STM32F412xG) || defined(STM32F413_423xx)
  100. #define GPIO_AF8_USART3        ((uint8_t)0x08)  /* USART3 Alternate Function mapping */
  101. #define GPIO_AF8_DFSDM1        ((uint8_t)0x08)  /* DFSDM Alternate Function mapping  */
  102. #define GPIO_AF8_CAN1          ((uint8_t)0x08)  /* CAN1 Alternate Function mapping   */
  103. #endif /* STM32F412xG || STM32F413_423xx */
  104. #if defined(STM32F446xx)
  105. #define GPIO_AF8_SAI2          ((uint8_t)0x08)  /* SAI2 Alternate Function mapping */
  106. #define GPIO_AF_SPDIF         ((uint8_t)0x08)   /* SPDIF Alternate Function mapping */
  107. #endif /* STM32F446xx */

  108. /**
  109.   * @brief   AF 9 selection
  110.   */
  111. #define GPIO_AF_CAN1          ((uint8_t)0x09)  /* CAN1 Alternate Function mapping  */
  112. #define GPIO_AF_CAN2          ((uint8_t)0x09)  /* CAN2 Alternate Function mapping  */
  113. #define GPIO_AF_TIM12         ((uint8_t)0x09)  /* TIM12 Alternate Function mapping */
  114. #define GPIO_AF_TIM13         ((uint8_t)0x09)  /* TIM13 Alternate Function mapping */
  115. #define GPIO_AF_TIM14         ((uint8_t)0x09)  /* TIM14 Alternate Function mapping */
  116. #define GPIO_AF9_I2C2         ((uint8_t)0x09)  /* I2C2 Alternate Function mapping (Only for STM32F401xx/STM32F410xx/STM32F411xE/STM32F412xG/STM32F413_423xx Devices) */
  117. #define GPIO_AF9_I2C3         ((uint8_t)0x09)  /* I2C3 Alternate Function mapping (Only for STM32F401xx/STM32F411xE/STM32F412xG and STM32F413_423xx Devices) */
  118. #if defined(STM32F446xx)
  119. #define GPIO_AF9_SAI2         ((uint8_t)0x09)  /* SAI2 Alternate Function mapping */
  120. #endif /* STM32F446xx */
  121. #define GPIO_AF9_LTDC         ((uint8_t)0x09)  /* LTDC Alternate Function mapping */
  122. #if defined(STM32F412xG) || defined(STM32F413_423xx) || defined(STM32F446xx) || defined(STM32F469_479xx)
  123. #define GPIO_AF9_QUADSPI      ((uint8_t)0x09)  /* QuadSPI Alternate Function mapping */
  124. #endif /* STM32F412xG || STM32F413_423xx || STM32F446xx || STM32F469_479xx */
  125. #if defined(STM32F410xx) || defined(STM32F412xG) || defined(STM32F413_423xx)
  126. #define GPIO_AF9_FMPI2C       ((uint8_t)0x09)  /* FMPI2C Alternate Function mapping (Only for STM32F410xx Devices) */
  127. #endif /* STM32F410xx || STM32F412xG || STM32F413_423xx */

  128. /**
  129.   * @brief   AF 10 selection  
  130.   */
  131. #define GPIO_AF_OTG_FS         ((uint8_t)0xA)  /* OTG_FS Alternate Function mapping */
  132. #define GPIO_AF_OTG_HS         ((uint8_t)0xA)  /* OTG_HS Alternate Function mapping */
  133. #if defined(STM32F446xx)
  134. #define GPIO_AF10_SAI2         ((uint8_t)0x0A)  /* SAI2 Alternate Function mapping */
  135. #endif /* STM32F446xx */
  136. #if defined(STM32F412xG) || defined(STM32F413_423xx) || defined(STM32F446xx) || defined(STM32F469_479xx)
  137. #define GPIO_AF10_QUADSPI      ((uint8_t)0x0A)  /* QuadSPI Alternate Function mapping */
  138. #endif /* STM32F412xG || STM32F413_423xx || STM32F446xx || STM32F469_479xx */
  139. #if defined(STM32F412xG) || defined(STM32F413_423xx)
  140. #define GPIO_AF10_FMC           ((uint8_t)0xA)  /* FMC Alternate Function mapping    */
  141. #define GPIO_AF10_DFSDM1         ((uint8_t)0xA) /* DFSDM Alternate Function mapping  */
  142. #endif /* STM32F412xG || STM32F413_423xx */
  143. #if defined(STM32F413_423xx)
  144. #define GPIO_AF10_DFSDM2        ((uint8_t)0x0A)  /* DFSDM2 Alternate Function mapping */
  145. #define GPIO_AF10_SAI1          ((uint8_t)0x0A)  /* SAI1 Alternate Function mapping   */
  146. #endif /* STM32F413_423xx */
  147. /**
  148.   * @brief   AF 11 selection  
  149.   */
  150. #define GPIO_AF_ETH             ((uint8_t)0x0B)  /* ETHERNET Alternate Function mapping */
  151. #if defined(STM32F413_423xx)
  152. #define GPIO_AF11_UART4         ((uint8_t)0x0B)  /* UART4 Alternate Function mapping  */
  153. #define GPIO_AF11_UART5         ((uint8_t)0x0B)  /* UART5 Alternate Function mapping  */
  154. #define GPIO_AF11_UART9         ((uint8_t)0x0B)  /* UART9 Alternate Function mapping  */
  155. #define GPIO_AF11_UART10        ((uint8_t)0x0B)  /* UART10 Alternate Function mapping */
  156. #define GPIO_AF11_CAN3          ((uint8_t)0x0B)  /* CAN3 Alternate Function mapping   */
  157. #endif /* STM32F413_423xx */

  158. /**
  159.   * @brief   AF 12 selection  
  160.   */
  161. #if defined(STM32F40_41xxx) || defined(STM32F412xG) || defined(STM32F413_423xx)
  162. #define GPIO_AF_FSMC             ((uint8_t)0xC)  /* FSMC Alternate Function mapping                     */
  163. #endif /* STM32F40_41xxx || STM32F412xG || STM32F413_423xx */

  164. #if defined(STM32F427_437xx) || defined(STM32F429_439xx) || defined(STM32F446xx) || defined(STM32F469_479xx)
  165. #define GPIO_AF_FMC              ((uint8_t)0xC)  /* FMC Alternate Function mapping                      */
  166. #endif /* STM32F427_437xx || STM32F429_439xx || STM32F446xx || STM32F469_479xx */

  167. #define GPIO_AF_OTG_HS_FS        ((uint8_t)0xC)  /* OTG HS configured in FS, Alternate Function mapping */
  168. #define GPIO_AF_SDIO             ((uint8_t)0xC)  /* SDIO Alternate Function mapping                     */

  169. /**
  170.   * @brief   AF 13 selection  
  171.   */
  172. #define GPIO_AF_DCMI          ((uint8_t)0x0D)  /* DCMI Alternate Function mapping */
  173. #if defined(STM32F469_479xx)
  174. #define GPIO_AF_DSI           ((uint8_t)0x0D)  /* DSI Alternate Function mapping */
  175. #endif /* STM32F469_479xx */
  176. /**
  177.   * @brief   AF 14 selection  
  178.   */
  179. #define GPIO_AF_LTDC          ((uint8_t)0x0E)  /* LCD-TFT Alternate Function mapping */
  180. #if defined(STM32F413_423xx)
  181. #define GPIO_AF14_RNG         ((uint8_t)0x0E)  /* RNG Alternate Function mapping  */
  182. #endif /* STM32F413_423xx */

  183. /**
  184.   * @brief   AF 15 selection  
  185.   */
  186. #define GPIO_AF_EVENTOUT      ((uint8_t)0x0F)  /* EVENTOUT Alternate Function mapping */

  187. #define IS_GPIO_AF(AF)   (((AF) == GPIO_AF_RTC_50Hz)  || ((AF) == GPIO_AF_TIM14)     || \
  188.                           ((AF) == GPIO_AF_MCO)       || ((AF) == GPIO_AF_TAMPER)    || \
  189.                           ((AF) == GPIO_AF_SWJ)       || ((AF) == GPIO_AF_TRACE)     || \
  190.                           ((AF) == GPIO_AF_TIM1)      || ((AF) == GPIO_AF_TIM2)      || \
  191.                           ((AF) == GPIO_AF_TIM3)      || ((AF) == GPIO_AF_TIM4)      || \
  192.                           ((AF) == GPIO_AF_TIM5)      || ((AF) == GPIO_AF_TIM8)      || \
  193.                           ((AF) == GPIO_AF_I2C1)      || ((AF) == GPIO_AF_I2C2)      || \
  194.                           ((AF) == GPIO_AF_I2C3)      || ((AF) == GPIO_AF_SPI1)      || \
  195.                           ((AF) == GPIO_AF_SPI2)      || ((AF) == GPIO_AF_TIM13)     || \
  196.                           ((AF) == GPIO_AF_SPI3)      || ((AF) == GPIO_AF_TIM14)     || \
  197.                           ((AF) == GPIO_AF_USART1)    || ((AF) == GPIO_AF_USART2)    || \
  198.                           ((AF) == GPIO_AF_USART3)    || ((AF) == GPIO_AF_UART4)     || \
  199.                           ((AF) == GPIO_AF_UART5)     || ((AF) == GPIO_AF_USART6)    || \
  200.                           ((AF) == GPIO_AF_CAN1)      || ((AF) == GPIO_AF_CAN2)      || \
  201.                           ((AF) == GPIO_AF_OTG_FS)    || ((AF) == GPIO_AF_OTG_HS)    || \
  202.                           ((AF) == GPIO_AF_ETH)       || ((AF) == GPIO_AF_OTG_HS_FS) || \
  203.                           ((AF) == GPIO_AF_SDIO)      || ((AF) == GPIO_AF_DCMI)      || \
  204.                           ((AF) == GPIO_AF_EVENTOUT)  || ((AF) == GPIO_AF_FSMC))
  205. #endif /* STM32F40_41xxx */
复制代码

04. 函数
GPIO复用功能函数

  1. /* GPIO Alternate functions configuration function ****************************/
  2. void GPIO_PinAFConfig(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_PinSource, uint8_t GPIO_AF);
复制代码

05. 参考示例
串口配置

  1. /*GPIOA9 与 GPIOA10 初始化*/
  2. GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9 | GPIO_Pin_10;
  3. GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;// 复用功能
  4. GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;//速度 50MHz
  5. GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP; //推挽复用输出
  6. GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP; //上拉
  7. GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure); //初始化 PA9,PA10

  8. /*PA9 连接 AF7,复用为 USART1_TX */
  9. GPIO_PinAFConfig(GPIOA,GPIO_PinSource9,GPIO_AF_USART1);
  10. /* PA10 连接 AF7,复用为 USART1_RX*/
  11. GPIO_PinAFConfig(GPIOA,GPIO_PinSource10,GPIO_AF_USART1);
复制代码



收藏 评论0 发布时间:2022-4-2 22:00

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