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1 本文的目的和結(jié)構(gòu)
1.1 本文的目的 和背景
為了給用戶提供操作GPIO的通用API，方便應(yīng)用程序開發(fā)，RT-Thread中引入了通用GPIO設(shè)備驅(qū)動。并提供類似Arduino風(fēng)格的API用于操作GPIO，如設(shè)置GPIO模式和輸出電平、讀取GPIO輸入電平、配置GPIO外部中斷。本文說明了如何使用RT-Thread的通用GPIO設(shè)備驅(qū)動。
1.2 本文的結(jié)構(gòu)
本文首先描述了RT-Thread 通用GPIO設(shè)備驅(qū)動的基本情況，接下來給出了在正點原子STM32F4探索者開發(fā)板上驗證的代碼示例，最后詳細描述了通用GPIO設(shè)備驅(qū)動API的參數(shù)取值和注意事項。
2 問題闡述
RT-Thread提供了一套簡單的I/O設(shè)備管理框架，它把I/O設(shè)備分成了三層進行處理：應(yīng)用層、I/O設(shè)備管理層、硬件驅(qū)動層。應(yīng)用程序通過RT-Thread的設(shè)備操作接口獲得正確的設(shè)備驅(qū)動，然后通過這個設(shè)備驅(qū)動與底層I/O硬件設(shè)備進行數(shù)據(jù)（或控制）交互。RT-Thread提供給上層應(yīng)用的是一個抽象的設(shè)備操作接口，給下層設(shè)備提供的是底層驅(qū)動框架。對于通用GPIO設(shè)備，應(yīng)用程序既可以通過設(shè)備操作接口訪問，又可以直接通過通用GPIO設(shè)備驅(qū)動來訪問。一般來說，我們都是使用第二種方式，那么如何在RT-Thread中使用通用GPIO設(shè)備驅(qū)動從而操作GPIO呢？
圖A. 1 RT-Thread設(shè)備管理框架
3 問題的解決
本文基于正點原子STM32F4探索者開發(fā)板，給出了通用GPIO設(shè)備的具體應(yīng)用示例代碼，包含管腳輸入、輸出和外部中斷的使用方法。由于RT-Thread上層應(yīng)用API的通用性，因此這些代碼不局限于具體的硬件平臺，用戶可以輕松將它移植到其它平臺上。
正點原子 STM32F4 探索者開發(fā)板使用的MCU是 STM32F407ZET6，板載2顆LED和4個獨立按鍵。LED分別連接到MCU的GPIOF9、GPIOF10，KEY0按鍵連接到GPIOE4，KEY1按鍵連接到GPIOE3，KEY2按鍵連接到GPIOE2，WK_UP按鍵連接到GPIOA0，2顆LED均為低電平點亮，獨立按鍵KEY0、KEY1、KEY2按下為低電平；WK_UP按下為高電平。
圖A. 2 實驗用正點原子開發(fā)板
3.1 準(zhǔn)備和配置工程
1. 下載 RT-Thread 源碼 https://github.com/RT-Thread/rt-thread
2. 進入 rt-threadspstm32f4xx-HAL 目錄，在 env 命令行中輸入menuconfig，進入配置界面，使用 menuconfig 工具（學(xué)習(xí)如何使用）配置工程。
1） 在menuconfig配置界面依次選擇RT-Thread Components ---》 Device Drivers ---》 Using generic GPIO device drivers，如圖所示：
圖A. 3 menuconfig中開啟GPIO驅(qū)動
2） 輸入scons --target=mdk5 -s
命令生成mdk5工程。將本應(yīng)用筆記附帶的main.c替換掉bsp中的main.c，如圖所示：
圖A. 4 加入測試代碼
3） 編譯，下載程序，在終端輸入list_device命令可以看到pin device、類型是Miscellaneous Device就說明通用GPIO設(shè)備驅(qū)動添加成功了。
圖A. 5 查看pin設(shè)備
下面是3個通用GPIO設(shè)備驅(qū)動API應(yīng)用示例，分別是：GPIO輸出、GPIO輸入、GPIO外部中斷，這些代碼在正點原子STM32F4探索者開發(fā)板上驗證通過。
3.2 GPIO輸出配置
示例1：配置GPIO為輸出，點亮LED。根據(jù)原理圖，GPIOF9連接到了板載紅色LED，絲印為DS0；GPIOF10連接到了板載綠色LED，絲印為DS1。GPIOF9輸出低電平則點亮DS0，GPIOF9輸出高電平則DS0不亮；GPIOF10輸出低電平則點亮DS1，GPIOF10輸出高電平則DS1不亮。
圖A. 6 LED原理圖
#define LED0 21 //PF9--21，在 drv_gpio.c 文件 pin_index pins［］中查到 PF9 編號為 21
#define LED1 22 //PF10--21，在 drv_gpio.c 文件 pin_index pins［］中查到 PF10 編號為 22
void led_thread_entry（void* parameter）
{
//設(shè)置管腳為輸出模式
rt_pin_mode（LED0， PIN_MODE_OUTPUT）;
//設(shè)置管腳為輸出模式
rt_pin_mode（LED1， PIN_MODE_OUTPUT）;
while （1）
{
//輸出低電平，LED0 亮
rt_pin_write（LED0， PIN_LOW）;
//輸出低電平，LED1 亮
rt_pin_write（LED1， PIN_LOW）;
//掛起 500ms
rt_thread_delay（rt_tick_from_millisecond（500））;
//輸出高電平，LED0 滅
rt_pin_write（LED0， PIN_HIGH）;
//輸出高電平，LED1 滅
rt_pin_write（LED1， PIN_HIGH）;
//掛起 500ms
rt_thread_delay（rt_tick_from_millisecond（500））;
}
}
在線程入口函數(shù)led_thread_entry里首先調(diào)用rt_pin_mode設(shè)置管腳模式為輸出模式，然后就進入while（1）循環(huán)，間隔500ms調(diào)用rt_pin_write來改變GPIO輸出電平。
下面是創(chuàng)建線程的代碼：
rt_thread_t tid;//線程句柄
/* 創(chuàng)建led線程 */
tid = rt_thread_create（“l(fā)ed”，
led_thread_entry，
RT_NULL，
1024，
3，
10）;
/* 創(chuàng)建成功則啟動線程 */
if （tid ！= RT_NULL）
rt_thread_startup（tid）;
編譯、下載程序，我們將看到LED間隔500ms閃爍的現(xiàn)象。
3.3 GPIO輸入配置
示例2：配置GPIOE3、GPIOE2為上拉輸入，GPIOA0為下拉輸入，檢測按鍵信號。根據(jù)原理圖，GPIOE3連接到按鍵KEY1，按鍵被按下時GPIOE3應(yīng)讀取到低電平，按鍵沒有被按下時GPIOE3應(yīng)讀取到高電平；GPIOE2連接到按鍵KEY2，按鍵被按下時GPIOE2應(yīng)讀取到低電平，按鍵沒有被按下時GPIOE2應(yīng)讀取到高電平；GPIOA0連接到按鍵WK_UP，按鍵被按下時GPIOA0應(yīng)讀取到高電平，按鍵沒有被按下時GPIOA0應(yīng)讀取到低電平。
圖A. 7 按鍵原理圖
#define KEY1 2 //PE3--2，在 drv_gpio.c 文件 pin_index pins［］中查到 PE3 編號為 2
#define KEY2 1 //PE2--1，在 drv_gpio.c 文件 pin_index pins［］中查到 PE2 編號為 1
#define WK_UP 34 //PA0--34，在 drv_gpio.c 文件 pin_index pins［］中查到 PA0 編號為 34
void key_thread_entry（void* parameter）
{
//PE2、PE3設(shè)置上拉輸入
rt_pin_mode（KEY1， PIN_MODE_INPUT_PULLUP）;
rt_pin_mode（KEY2， PIN_MODE_INPUT_PULLUP）;
//PA0設(shè)置為下拉輸入
rt_pin_mode（WK_UP， PIN_MODE_INPUT_PULLDOWN）;
while （1）
{
//檢測到低電平，即按鍵1按下了
if （rt_pin_read（KEY1） == PIN_LOW）
{
rt_kprintf（“key1 pressed！ ”）;
}
//檢測到低電平，即按鍵2按下了
if （rt_pin_read（KEY2） == PIN_LOW）
{
rt_kprintf（“key2 pressed！ ”）;
}
//檢測到高電平，即按鍵wp按下了
if （rt_pin_read（WK_UP） == PIN_HIGH）
{
rt_kprintf（“WK_UP pressed！ ”）;
}
//掛起10ms
rt_thread_delay（rt_tick_from_millisecond（10））;
}
}
在線程入口函數(shù)key_thread_entry里首先調(diào)用rt_pin_mode設(shè)置管腳GPIOE3為上拉輸入模式。這樣當(dāng)用戶按下按鍵KEY1時，GPIOE3讀取到的電平是低電平；按鍵未被按下時，GPIOE3讀取到的電平是高電平。然后進入while（1）循環(huán)，調(diào)用rt_pin_read讀取管腳GPIOE3電平，如果讀取到低電平則表示按鍵KEY1被按下，就在終端打印字符串“key1 pressed！”。每隔10ms檢測一次按鍵輸入情況。
下面是創(chuàng)建線程的代碼：
rt_thread_t tid;
/* 創(chuàng)建key線程 */
tid = rt_thread_create（“key”，
key_thread_entry，
RT_NULL，
1024，
2，
10）;
/* 創(chuàng)建成功則啟動線程 */
if （tid ！= RT_NULL）
rt_thread_startup（tid）;
編譯、下載程序，我們按下開發(fā)板上的用戶按鍵，終端將打印提示字符。
3.4 GPIO中斷配置
示例3：配置GPIO為外部中斷模式、下降沿觸發(fā)，檢測按鍵信號。根據(jù)原理圖，GPIOE4連接到按鍵KEY0，按鍵被按下時MCU應(yīng)探測到電平下降沿。
#define KEY0 3 //PE4--3，在gpio.c文件pin_index pins［］中查到PE4編號為3
void hdr_callback（void *args）//回調(diào)函數(shù)
{
char *a = args;//獲取參數(shù)
rt_kprintf（“key0 down！ %s ”，a）;
}
void irq_thread_entry（void* parameter）
{
//上拉輸入
rt_pin_mode（KEY0， PIN_MODE_INPUT_PULLUP）;
//綁定中斷，下降沿模式，回調(diào)函數(shù)名為hdr_callback
rt_pin_attach_irq（KEY0， PIN_IRQ_MODE_FALLING， hdr_callback， （void*）“callback
args”）;
//使能中斷
rt_pin_irq_enable（KEY0， PIN_IRQ_ENABLE）;
}
在線程入口函數(shù)irq_thread_entry里首先調(diào)用rt_pin_attach_irq設(shè)置管腳GPIOE4為下降沿中斷模式，并綁定了中斷回調(diào)函數(shù)，還傳入了字符串“callback args”。然后調(diào)用rt_pin_irq_enable使能中斷，這樣按鍵KEY0被按下時MCU會檢測到電平下降沿，觸發(fā)外部中斷，在中斷服務(wù)程序中會調(diào)用回調(diào)函數(shù)hdr_callback，在回調(diào)函數(shù)中打印傳入的參數(shù)和提示信息。
下面是創(chuàng)建線程的代碼：
rt_thread_t tid;//線程句柄
/* 創(chuàng)建irq線程 */
tid = rt_thread_create（“exirq”，
irq_thread_entry，
RT_NULL，
1024，
4，
10）;
/* 創(chuàng)建成功則啟動線程 */
if （tid ！= RT_NULL）
rt_thread_startup（tid）;
編譯、下載程序，我們按下按鍵KEY0，終端將打印提示字符。
3.5 I/O設(shè)備管理框架和通用GPIO設(shè)備聯(lián)系
RT-Thread自動初始化功能依次調(diào)用rt_hw_pin_init ===》 rt_device_pin_register ===》 rt_device_register完成了GPIO硬件初始化。rt_device_register注冊設(shè)備類型為RT_Device_Class_Miscellaneous，即雜類設(shè)備，從而我們就可以使用統(tǒng)一的API操作GPIO。
圖A. 8 通用GPIO驅(qū)動和設(shè)備管理框架聯(lián)系
更多關(guān)于I/O設(shè)備管理框架的說明，請參考《RT-Thread編程手冊》第 6 章 I/O設(shè)備管理，在線查看地址：https://www.rt-thread.org/document/site/zh/1chapters/06-chapter_device/?
4 參考
4.1 本文所有相關(guān)的API
要使用這些API需引用頭文件
#include
4.1.1 API 列表（Summary）
工商網(wǎng)監(jiān)
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