STM32官方固件库代码解读--GPIO

最近闲得无聊，又把 stm32 拿了出来。之前学的时候是看的库函数版本，现在和寄存器版本的一起看感觉比一开始接触的时候看得顺畅多了，详细了解了底层寄存器的功能。之前用 stm32 只是调用函数，看了寄存器版本后对那些实现具体细节的库函数代码产生了兴趣，所以稍微看了看库函数的代码，同时把一些难理解的地方也记录下来。

我用的是 ALIENTEK 的战舰版，看的也是他们的开发指南，这里我就写对库函数代码的理解，寄存器种类和功能等指南里面有的我基本不写了。

一开始是 GPIO，学任何单片机一开始都是流水灯。stm32 的每组 GPIO 有 7 个寄存器，功能这里就不介绍了，网上很多。官方库里关于 GPIO 有 18 个函数，看了几个常用的，如下

void GPIO_Init(GPIO_TypeDef* GPIOx, GPIO_InitTypeDef* GPIO_InitStruct);
uint8_t GPIO_ReadInputDataBit(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);
uint16_t GPIO_ReadInputData(GPIO_TypeDef* GPIOx);
uint8_t GPIO_ReadOutputDataBit(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);
uint16_t GPIO_ReadOutputData(GPIO_TypeDef* GPIOx);
void GPIO_SetBits(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);
void GPIO_ResetBits(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);
void GPIO_WriteBit(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin, BitAction BitVal);
void GPIO_Write(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t PortVal);

这些函数除了第一个初始化函数以外其他都很简单，了解一下寄存器的功能就能看明白代码了，这里只写一下初始化函数。
代码如下：

void GPIO_Init(GPIO_TypeDef* GPIOx, GPIO_InitTypeDef* GPIO_InitStruct)
{uint32_t currentmode = 0x00, currentpin = 0x00, pinpos = 0x00, pos = 0x00;uint32_t tmpreg = 0x00, pinmask = 0x00;/* Check the parameters */assert_param(IS_GPIO_ALL_PERIPH(GPIOx));assert_param(IS_GPIO_MODE(GPIO_InitStruct->GPIO_Mode));assert_param(IS_GPIO_PIN(GPIO_InitStruct->GPIO_Pin));  /*---------------------------- GPIO Mode Configuration -----------------------*/currentmode = ((uint32_t)GPIO_InitStruct->GPIO_Mode) & ((uint32_t)0x0F);if ((((uint32_t)GPIO_InitStruct->GPIO_Mode) & ((uint32_t)0x10)) != 0x00){ /* Check the parameters */assert_param(IS_GPIO_SPEED(GPIO_InitStruct->GPIO_Speed));/* Output mode */currentmode |= (uint32_t)GPIO_InitStruct->GPIO_Speed;}
/*---------------------------- GPIO CRL Configuration ------------------------*//* Configure the eight low port pins */if (((uint32_t)GPIO_InitStruct->GPIO_Pin & ((uint32_t)0x00FF)) != 0x00){tmpreg = GPIOx->CRL;for (pinpos = 0x00; pinpos < 0x08; pinpos++){pos = ((uint32_t)0x01) << pinpos;/* Get the port pins position */currentpin = (GPIO_InitStruct->GPIO_Pin) & pos;if (currentpin == pos){pos = pinpos << 2;/* Clear the corresponding low control register bits */pinmask = ((uint32_t)0x0F) << pos;tmpreg &= ~pinmask;/* Write the mode configuration in the corresponding bits */tmpreg |= (currentmode << pos);/* Reset the corresponding ODR bit */if (GPIO_InitStruct->GPIO_Mode == GPIO_Mode_IPD){GPIOx->BRR = (((uint32_t)0x01) << pinpos);}else{/* Set the corresponding ODR bit */if (GPIO_InitStruct->GPIO_Mode == GPIO_Mode_IPU){GPIOx->BSRR = (((uint32_t)0x01) << pinpos);}}}}GPIOx->CRL = tmpreg;}
/*---------------------------- GPIO CRH Configuration ------------------------*//* Configure the eight high port pins */if (GPIO_InitStruct->GPIO_Pin > 0x00FF){tmpreg = GPIOx->CRH;for (pinpos = 0x00; pinpos < 0x08; pinpos++){pos = (((uint32_t)0x01) << (pinpos + 0x08));/* Get the port pins position */currentpin = ((GPIO_InitStruct->GPIO_Pin) & pos);if (currentpin == pos){pos = pinpos << 2;/* Clear the corresponding high control register bits */pinmask = ((uint32_t)0x0F) << pos;tmpreg &= ~pinmask;/* Write the mode configuration in the corresponding bits */tmpreg |= (currentmode << pos);/* Reset the corresponding ODR bit */if (GPIO_InitStruct->GPIO_Mode == GPIO_Mode_IPD){GPIOx->BRR = (((uint32_t)0x01) << (pinpos + 0x08));}/* Set the corresponding ODR bit */if (GPIO_InitStruct->GPIO_Mode == GPIO_Mode_IPU){GPIOx->BSRR = (((uint32_t)0x01) << (pinpos + 0x08));}}}GPIOx->CRH = tmpreg;}
}

每个 GPIO 端口有四个配置为，分别是 CNF1，CNF0，MODE1，MODE0，初始化主要就是配置这四位，如下表

可以看到输入模式中上拉输入与下拉输入 CNF1 和 CNF0 是一样的，那这两种模式在配置时是怎么区分的呢？其实这是通过配置输出数据寄存器 ODR 来区分的，对应位置 1 为上拉，对应位置 0 为下拉。那这在库函数里又是怎么实现的呢？

先介绍固件库 GPIO 头文件里的两个枚举类型，如下

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;

这两个是初始化函数的第二个结构体参数里的两个参数，用于速率和输入输出模式的初始化。第一个速率还好理解，01、10、11 分别对应上表中代表不同的输出速率。第二个就不太看得懂了，模式配置明明只要 4 位数据，怎么有 8 位，这个 8 位数据又到底是什么涵义？我也在网上看到有人问这个问题，他说对着寄存器的配置怎么也看不懂，其实对着寄存器配置是肯定看不懂的，因为这个要对着库函数的具体实现方法来看。

初始化函数里先定义了几个参数，如下

uint32_t currentmode = 0x00, currentpin = 0x00, pinpos = 0x00, pos = 0x00;
uint32_t tmpreg = 0x00, pinmask = 0x00;

看变量名就知道大概是用来干嘛的，就不专门解释了，讲具体用法再说。

下面一段用来模式配置

currentmode = ((uint32_t)GPIO_InitStruct->GPIO_Mode) & ((uint32_t)0x0F);
if ((((uint32_t)GPIO_InitStruct->GPIO_Mode) & ((uint32_t)0x10)) != 0x00)
{ /* Check the parameters */assert_param(IS_GPIO_SPEED(GPIO_InitStruct->GPIO_Speed));/* Output mode */currentmode |= (uint32_t)GPIO_InitStruct->GPIO_Speed;
}

这里用到了之前看不懂的那个枚举量，现在就可以看它的值到底是什么意思了。先把这个 8 位数保留低 4 位，高四位置 0 ，保存到 currentmode 这个变量，然后判断这个 8 位数的第 4 位是不是 1，如果是 1，把 currentmode 和速率按位或之后保存到 currentmode 这个变量中。乍一看这段代码根本不知道是什么意思，只知道现在 currentmode 大概保存的是要配置的模式参数。其实这要和之前那个枚举量结合起来看。

既然检测了第四位是否为 1，那看之前的枚举类型中的数值，四种输出模式对应的值为 0x14、0x10、0x1C、0x18，四种输入模式对应的值为 0x0、0x04、0x28、0x48。可以发现输出模式的第四位都为 1，输入模式的第四位都不为 1，所以只有输出模式会进入 if 语句，因为只有输出模式要配置速率，所以再将 currentmode 和速率按位或就得到了输出模式的配置参数。以 0x14 为例，高四位 0001 是用来检测是否为输出模式，第 2 位和第 3 位是输出模式参数，第 0 位和第一位为 0，在 if 语句里和速率参数拼成一个完整的参数。至于输入模式的参数，它不用进入 if 语句，它的低四位就是它的模式参数，同时下拉和上拉输入枚举值高四位的不同也起到区分的作用，因为之前说过它们的配置参数是一样的。

下面是 CRL 寄存器的配置，对应 GPIO_x的 0~7，每个口四位参数。代码如下：

if (((uint32_t)GPIO_InitStruct->GPIO_Pin & ((uint32_t)0x00FF)) != 0x00){tmpreg = GPIOx->CRL;for (pinpos = 0x00; pinpos < 0x08; pinpos++){pos = ((uint32_t)0x01) << pinpos;/* Get the port pins position */currentpin = (GPIO_InitStruct->GPIO_Pin) & pos;if (currentpin == pos){pos = pinpos << 2;/* Clear the corresponding low control register bits */pinmask = ((uint32_t)0x0F) << pos;tmpreg &= ~pinmask;/* Write the mode configuration in the corresponding bits */tmpreg |= (currentmode << pos);/* Reset the corresponding ODR bit */if (GPIO_InitStruct->GPIO_Mode == GPIO_Mode_IPD){GPIOx->BRR = (((uint32_t)0x01) << pinpos);}else{/* Set the corresponding ODR bit */if (GPIO_InitStruct->GPIO_Mode == GPIO_Mode_IPU){GPIOx->BSRR = (((uint32_t)0x01) << pinpos);}}}}GPIOx->CRL = tmpreg;}

先判断是不是低 8 位的端口，若是就进入继续判断。pinpos 控制判断次数，因为有 8 个口，所以要循环 8 次。pos 的值表示当前判断的是哪一个端口，只有 1 位为 1。接着 pos 和输入参数 GPIO_Pin 按位与赋值给 currentpin，如果 currentpin 的值和 pos 相等，说明要配置当前这个端口，进入 if 语句进行配置。下面这句pos = pinpos << 2，就是把 pinpos 乘上 4 赋给 pos，pos 之后控制移位次数，因为一个口的配置参数有 4 位，所以计数参数要乘 4。下面两句pinmask =((uint32_t)0x0F) << pos;tmpreg &= ~pinmask，是把要配置的这个口对应的四位清零。然后一句tmpreg |= (currentmode << pos)，大功告成，要配置的那个端口对应的四位参数设置好了。下面还有两个判断语句是用来判断是否为上拉或下拉输入模式，若是则设置相应的 ODR 位。

下面还有一段是设置 CRH 寄存器的，和设置 CRL 差不多，只是它是端口 8~15。

OK，对 GPIO 的库函数先写这么多吧。

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