【2022年的STM32】 04-GPIO特性、使用及与NXP GPIO比较

概述

本文分析总结STM32 GPIO特点、编程方法。

关于GPIO可以参考Reference manual中GPIO章节或者《AN4899 STM32 microcontroller GPIO configuration for hardware settings and low-power consumption》。

内存映射

GPIOx_REG，其中x = A to H, Piny= 0 … 15。

STM32:

typedef struct
{__IO uint32_t MODER;    /*!< GPIO port mode register,               Address offset: 0x00      */__IO uint32_t OTYPER;   /*!< GPIO port output type register,        Address offset: 0x04      */__IO uint32_t OSPEEDR;  /*!< GPIO port output speed register,       Address offset: 0x08      */__IO uint32_t PUPDR;    /*!< GPIO port pull-up/pull-down register,  Address offset: 0x0C      */__IO uint32_t IDR;      /*!< GPIO port input data register,         Address offset: 0x10      */__IO uint32_t ODR;      /*!< GPIO port output data register,        Address offset: 0x14      */__IO uint32_t BSRR;     /*!< GPIO port bit set/reset register,      Address offset: 0x18      */__IO uint32_t LCKR;     /*!< GPIO port configuration lock register, Address offset: 0x1C      */__IO uint32_t AFR[2];   /*!< GPIO alternate function registers,     Address offset: 0x20-0x24 */
} GPIO_TypeDef;

S32K1:

/** GPIO - Register Layout Typedef */
typedef struct {__IO uint32_t PDOR;           /**< Port Data Output Register, offset: 0x0 */__O  uint32_t PSOR;           /**< Port Set Output Register, offset: 0x4 */__O  uint32_t PCOR;           /**< Port Clear Output Register, offset: 0x8 */__O  uint32_t PTOR;           /**< Port Toggle Output Register, offset: 0xC */__I  uint32_t PDIR;           /**< Port Data Input Register, offset: 0x10 */__IO uint32_t PDDR;           /**< Port Data Direction Register, offset: 0x14 */__IO uint32_t PIDR;           /**< Port Input Disable Register, offset: 0x18 */
} GPIO_Type, *GPIO_MemMapPtr;

不同于NXP S32K1 MCU，复用功能在PORT、SIM等模块中指定，GPIO只是单纯的完成GPIO功能，STM32的GPIO寄存器组中还具有指定复用功能的AFR寄存器，指定上下拉等功能。

HAL GPIO

/* Initialization and de-initialization functions *****************************/
void  HAL_GPIO_Init(GPIO_TypeDef  *GPIOx, GPIO_InitTypeDef *GPIO_Init);
void  HAL_GPIO_DeInit(GPIO_TypeDef  *GPIOx, uint32_t GPIO_Pin);
GPIO_PinState HAL_GPIO_ReadPin(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);
void HAL_GPIO_WritePin(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin, GPIO_PinState PinState);
void HAL_GPIO_TogglePin(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);
HAL_StatusTypeDef HAL_GPIO_LockPin(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);
void HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(uint16_t GPIO_Pin);
void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin);

STM32CubeMX中配置的引脚，调用HAL_GPIO_Init完成初始化，比如CAN引脚，则是在HAL_CAN_MspInit中调用HAL_GPIO_Init进行引脚初始化，其再被HAL_CAN_Init调用，再上被MX_CAN1_Init调用。

硬件特性

每组多大16个IO
输出状态：push-pull或者open drain + pull-up/down
输出数据：GPIOx_ODR或者复用的外设功能
每个IO可选择速度
输入状态：floating, pull-up/down, analog
输入数据：GPIOx_IDR或者复用的外设功能
通过设置GPIOx_BSRR来设置清楚GPIOx_ODR
通过GPIOx_LCKR提供冻结IO配置的锁定机制
模拟功能，此时上下拉失能
每个IO通过AFR选择复用功能，AFRL (for pin 0 to 7) 、AFRH (for pin 8 to 15)，复用功能可以推挽带上下拉或者开漏带上下拉能力
快速翻转再两个时钟周期内
寄存器必须32位字访问，上电复位起来后，复用功能未被激活，引脚被设置成浮空输入模式，除了debug pins：
• PA15: JTDI in pull-up
• PA14: JTCK/SWCLK in pull-down
• PA13: JTMS/SWDAT in pull-up
• PB4: NJTRST in pull-up
• PB3: JTDO in floating state [F4 Only, F1未指明]
当配置为输出后，写入到GPIOx_ODR的值将出现在引脚上，GPIOx_IDR每APB2 [F1]、AHB1[F4]时钟周期捕获IO口上的值。每个GPIO都有内部弱上拉。中断功能需要在EXIT模块中配置。

对于COMS输入：VIHmin ~ 2 / 3 VDD and VILmax ~ 1 / 3 VDD.
对于TTL输入： VIHmin = 2V and VILmax = 0.8 V.
引脚最大吸收电流为25 mA。
每个GPIO电气特性被定义为三种：three-volt tolerant, five-volt tolerant, and also three-volt capable.
Tolerance代表GPIO可以承受这么大电压，capable代表可以输出这么大电压。
STM32可与5V的IIC TTL UART链接。

避免不使用引脚浮空输入，可以上拉或者下拉，考虑到ESD，可以上拉输出为低电平。VBAT GPIO pin允许接后备电池到后备域，此时大多数引脚shut down。
软件上可以将未使用的引脚配置为模拟输入，这将节省input Schmitt trigger消耗。长时间不用可通过HAL_RCC_GPIOx_CLK_DISABLE()关时钟。

结语

了解更多，请访问：
STM32专栏 https://blog.csdn.net/kinetis_linux/category_11592269.html
S32K1专栏 https://blog.csdn.net/kinetis_linux/category_11543275.html?spm=1001.2014.3001.5482
C++开发MCU专栏 https://blog.csdn.net/kinetis_linux/category_11548458.html