第 1 章 Cortex-M4 GPIO编程

实验目的
熟悉STM32CubeIDE工具软件的使用。
4 X7 {# T6 j* T" j! r# a掌握STM32CubeIDE软件的基本设计流程和设计步骤，能够使用工具进行设计、编程、仿真调试。
学习GPIO口的使用方法，掌握如何利用STM32MP157A芯片的I/O口控制LED。

& a9 m  b2 i! Q5 q! ?实验环境
FS_MP1A开发平台
% D  `' q9 V' m( E" U" wST-Link仿真器
STM32CubeIDE开发软件
! [2 l; ~5 s% @, I6 R( s# mPC机 XP、Window7/10 (32/64bit)
, y, |+ ^, K' Z% h
实验原理
只要是对硬件操作，就要首先查看原理图。查看外设是和模块的MCU的哪个引脚相连。FS_MP1A开发平台上的LED的亮灭状态，与芯片上的引脚I/O输出电平有关。
" t6 L) W8 o9 V7 ]& u. XFS_MP1A开发平台上LED的I/O：

7 [0 c% P0 o. G) h* d+ T* L

$ B) E& f* r4 H5 n' A3 F
" M$ j* t; ~  Y9 w: h6 dIO操作重要结构体：GPIO_InitTypeDef
1 t+ I1 J3 w# \8 |6 A$ A7 I

1. /**
     k& B: k7 _3 K* p, |0 f$ h2 y5 {5 C
2.   * @brief   GPIO Init structure definition
   & d! v; g  K* S2 [' r8 F) i
3.   */
   
4. typedef struct
   
5. {
   
6.   uint32_t Pin;       /*!< Specifies the GPIO pins to be configured.
   * u% f& ]. T$ P, K$ W
7.                            This parameter can be any value of @ref GPIO_pins_define */
   
8. 
   
9.   uint32_t Mode;      /*!< Specifies the operating mode for the selected pins.
   ; ]6 m9 k# r6 Z  K
10.                            This parameter can be a value of @ref GPIO_mode_define */
    
11. 
    
12.   uint32_t Pull;      /*!< Specifies the Pull-up or Pull-Down activation for the selected pins.
    2 l' c- _& `+ V0 x* W. q' q0 L: V6 w* C
13.                            This parameter can be a value of @ref GPIO_pull_define */
    9 v) o$ E  O/ n" v( b4 O9 M
14. 
    
15.   uint32_t Speed;     /*!< Specifies the speed for the selected pins.
    . y4 i4 s7 n2 K/ r
16.                            This parameter can be a value of @ref GPIO_speed_define */
    
17. 
    ; y; l' c. o+ x; l
18.   uint32_t Alternate;  /*!< Peripheral to be connected to the selected pins.
    
19.                             This parameter can be a value of @ref GPIO_Alternate_function_selection */
    
20. }GPIO_InitTypeDef;
    

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, K9 [4 [; r9 k1 h' @第一个成员变量Pin是所操作的管脚，第二个Mode是模式选择，第三个Pull是上拉下拉，或者都不加，第四个Speed是速度选择，第五个是管脚复用功能。一般我们只操作前四个。

IO口可以由软件配置成4种模式，其实操作的是GPIO的端口模式寄存器：

  ]% S7 W, M$ G/ T5 E输入（复位状态）/input（reset state）
通用输出模式 / general purpose output mode
) G6 N" y8 n) a6 n1 x/ P复用功能模式 / alternate function mode
5 _' e* }( g; [8 q+ z$ ?) z模拟模式 / analog mode
' l9 `/ f& r4 i' S3 O

1. #define  GPIO_MODE_INPUT        ((uint32_t)0x00000000U)   /*!< Input Floating Mode                 */
   
2. #define  GPIO_MODE_OUTPUT_PP    ((uint32_t)0x00000001U)   /*!< Output Push Pull Mode               */
   ( i2 e! q/ N7 |# ~: N. _
3. #define  GPIO_MODE_OUTPUT_OD    ((uint32_t)0x00000011U)   /*!< Output Open Drain Mode              */
   & ?5 N: O* |% m
4. #define  GPIO_MODE_AF_PP        ((uint32_t)0x00000002U)   /*!< Alternate Function Push Pull Mode   */
   
5. #define  GPIO_MODE_AF_OD        ((uint32_t)0x00000012U)   /*!< Alternate Function Open Drain Mode  */

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+ e" G. ?( ^$ i( _上面给两个寄存器赋值了，14位是GPIO端口模式寄存器，58位是端口输出类型寄存器（决定是推挽输出还是开漏输出）。
; E' E+ j  g8 V% `% p+ E
STM32的GPIO端口在作为输出时，可以软件配置端口最大支持的时钟速率，下图是端口输出速度寄存器，有以下几种速度选择：


: u" i1 s2 u6 A4 u
5 Y" y! x8 c% A+ o

1. /** @defgroup GPIO_speed_define  GPIO speed define
   
2.   * @brief GPIO Output Maximum frequency
   ' c. o3 E9 O/ w: b. F) X
3.   * @{
   ; F. N0 [9 R) ]  B
4.   */
   % p5 ]8 h7 X5 U: @0 S. L
5. #define  GPIO_SPEED_FREQ_LOW         ((uint32_t)0x00000000U)  /*!< Low speed     */
   9 w7 U7 E+ ^. K2 P/ U
6. #define  GPIO_SPEED_FREQ_MEDIUM      ((uint32_t)0x00000001U)  /*!< Medium speed  */
   - y  `" k' j# ^* g3 e
7. #define  GPIO_SPEED_FREQ_HIGH        ((uint32_t)0x00000002U)  /*!< Fast speed    */
   " ^! m% m/ \5 R* w
8. #define  GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH   ((uint32_t)0x00000003U)  /*!< High speed    */

复制代码

+ W& H+ _$ H; o) i4 }GPIO调用的HAL函数：
2 O  d! ~4 p1 A4 A
/ n/ w" y# W+ [: L+ H

1. void HAL_GPIO_WritePin(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin, GPIO_PinState PinState

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该函数其实是对BSRR寄存器进行操作：第一个参数传的是GPIO所在的组，第二个是该组的几号管脚，第三个是对管脚进行置位。

实验步骤
" d+ a8 j# W2 p6 Q; A; l; X打开STM32CubeIDE->File->New->STM32 Project



可以在左侧搜索框内输入芯片型号STM32MP157A进行搜索，选择对应芯片，点击Next
$ H2 Q1 s( n1 S/ V
& M3 u; _% Y7 A8 K2 F# A
/ @: D3 ?" ?7 J( f0 B
填写工程名，点击Finsh



点击Yes打开配置页面
' o4 h: l* A; B6 X$ t



+ R6 `, @- Z- D" \1 N2 F) y- k1 ?
搜索框内搜索LED对应GPIO引脚PZ5、PZ6、PZ7，左键点击设置为GPIO_Output


' X- A& o& a5 ]5 p- q1 c* B
在Code Generator处选择为每个外设生成单独的C和H文件，这样设置方便阅读代码
% f/ `: h7 K- |; _
' K. h  v+ |  Q5 y0 [. v
  k/ \5 ~; l1 r& [* j/ [" |
3 ?" s) ~3 t" l: x5 n9 [0 U- h完成以上设置后，Ctrl+S保存，会提示是否需要生成代码，选择Yes即可自动生成代码。系统会自动生成System Clock代码。
" S- c) @; ^$ I3 d
- s0 G6 s5 W6 G+ Y5 Z
# h* A: ?5 F4 Y  r( u3 c0 x
可以在左侧工程文件夹找到LED_CM4子工程,打开main.c
& {: y4 c  j7 S# v+ |2 R
9 G, y+ ?6 L. {- C: H% a0 M4 \

6 |! q3 q; \) P; G0 Q( i3 ?) y" K添加GPIO函数说明：我们需要在main.c中添加GPIO相关函数，GPIO初始化函数和GPIO引脚输出电平高低函数。

# ^1 h& W" A# _! A

1. void bsp_led_init(void)
   0 m1 Y7 G* l. P
2. {
   " J+ ~2 e4 h% e/ d
3.     GPIO_InitTypeDef   GPIO_InitStruct;
   # `4 X) i, w' |' ~  V4 c$ t+ e" G
4. 
   ) P% U! T& H0 S; X
5.     __HAL_RCC_GPIOZ_CLK_ENABLE();
   
6. 
   ; ^0 o- F8 m0 T) k7 `' w
7.     HAL_GPIO_WritePin(GPIOZ, GPIO_PIN_5, GPIO_PIN_RESET);
   
8.     HAL_GPIO_WritePin(GPIOZ, GPIO_PIN_6, GPIO_PIN_RESET);
   
9.     HAL_GPIO_WritePin(GPIOZ, GPIO_PIN_7, GPIO_PIN_RESET);
   
10. 
    8 y0 f. K' C: t# O* k$ G9 o! M8 d
11.     GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_5;
    3 X- V  w. v. O1 r
12.     GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
    
13.     GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;
    & z' \9 A  U% ~! i5 z8 x
14.     GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
    
15.     HAL_GPIO_Init(GPIOZ, &GPIO_InitStruct);
    
16. 
    8 O2 n! m0 ?; b' j! g' x5 ]
17.     GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_6;
    / t+ }7 e, A  k' w, Q+ b! _
18.     GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
    
19.     GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;
    
20.     GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
    ( J5 Q5 _8 o$ s' m* |
21.     HAL_GPIO_Init(GPIOZ, &GPIO_InitStruct);
    ( d- J6 J$ o! `3 c: @  W
22. 
    
23.     GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_7;
    
24.     GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
    
25.     GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;
    
26.     GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
    
27.     HAL_GPIO_Init(GPIOZ, &GPIO_InitStruct);
    # T  N% i5 e- D+ {5 K' `7 g
28. }
    

复制代码

1. void bsp_led_on(void)
   
2. {
   # d5 h8 d9 R5 _
3.     HAL_GPIO_WritePin(GPIOZ, GPIO_PIN_5,GPIO_PIN_SET);
   
4.     HAL_GPIO_WritePin(GPIOZ, GPIO_PIN_6,GPIO_PIN_SET);
   4 e. i! B. H" o4 F0 [* M
5.     HAL_GPIO_WritePin(GPIOZ, GPIO_PIN_7,GPIO_PIN_SET);
   * }( r, P! m, J, }( ~) w  X
6. }
   1 L, a  |: q) U/ Q2 ^! a  q
7. void bsp_led_off(void)
   
8. {
   
9.     HAL_GPIO_WritePin(GPIOZ, GPIO_PIN_5,GPIO_PIN_RESET);
   
10.     HAL_GPIO_WritePin(GPIOZ, GPIO_PIN_6,GPIO_PIN_RESET);
    - ]: _+ E% q' |" a. M- e
11.     HAL_GPIO_WritePin(GPIOZ, GPIO_PIN_7,GPIO_PIN_RESET);
    
12. }

复制代码

) a0 X, B- y! X  n# c" U) h8 E在main.c中调用这三个函数实现GPIO的初始化和通过改变GPIO引脚高低电平来改变LED灯的状态。

. G- V) I9 O& L2 L6 R8 S, O

上述为新建工程配置过程，可参考《Cortex-M4开发篇1：STM32MP1微控制器之开发环境》章节进行导入已有工程，工程存放路径【华清远见-FS_MP1A开发资料\02-程序源码\ARM体系结构与接口技术\Cortex-M4部分\1_LED】。
: r3 C9 m! s7 ]' Z; H. M( H6 r
配置完成或导入工程后进行程序下载，具体步骤参考《Cortex-M4开发篇1：STM32MP1微控制器之开发环境》节进行开发板连接，程序编译、下载。

1 @* Q' ]  d) t. o* m; h4 G实验现象
# {+ O: |! ]4 B9 o- K& Q) x/ f% W$ A
可看到LED灯循环亮灭
4 ]; U4 b4 ~! u1 Y5 j& Q% z; o1 u% g

# O& N& t( h4 |# w, e
————————————————
( y# V5 J8 P7 `/ M版权声明：左月先生

7 W; X/ N8 ~2 B6 m7 ?4 e