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Diving into the HAL-----HAL_GPIO

article 2024/10/30 8:04:14

1、怎么看待外设：

从总线连接的角度看，外设和Core、DMA通过总线交换数据，正所谓要想富先修路。要注意，这些总线中的每一个都连接到不同的时钟源，这些时钟源决定了连接到该总线的外设操作的最大速度。

从内存分配的角度看，外设位于0x4000 0000~0x5FFF FFFF。该区域进一步分为几个子区域，每个子区域对应于一个特定的外围设备。按下图，GPIOA 外设（管理连接到 PORT-A 的所有引脚）从 0x4800 0000 映射到 0x4800 03FF。通过修改和读取这些 Map 区域的每个 register 来控制外设。

例如，GPIOA 外设的示例，要使能 PA5 引脚作为输出引脚，必须配置 MODER 寄存器，以便将位 [11：10] 配置为 01（对应于通用输出模式），如图所示。

接下来，要将引脚拉高，我们必须在输出数据寄存器（ODR）中设置相应的位[5]，根据下表，该位映射到 GPIOA + 0x14 内存位置，即 0x4800 0000 + 0x14。

综合上述所讲，使用指针访问上述过程中GPIOA 外设映射内存，可写为：

int main(void) {
	volatile uint32_t *GPIOA_MODER = 0x0, *GPIOA_ODR = 0x0;
	GPIOA_MODER = (uint32_t*)0x48000000; // Address of the GPIOA->MODER register
	GPIOA_ODR = (uint32_t*)(0x48000000 + 0x14); // Address of the GPIOA->ODR register
	//This ensures that the peripheral is enabled and connected to the AHB1 bus
	__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
	*GPIOA_MODER = *GPIOA_MODER | 0x400; // Sets MODER[11:10] = 0x1
	*GPIOA_ODR = *GPIOA_ODR | 0x20; // Sets ODR[5] = 0x1, that is pulls PA5 high
	while(1);
}

2、HAL handler

HAL要做的就是把上面所说的外设映射抽象出来。通过为每个外设定义多个处理程序（handler）来完成。处理程序handler只不过是一个 C 结构体，这个结构体引用指向真正的外围地址。

例如，将 GPIOA 定义为 GPIO_TypeDef 类型的指针，定义方式如下：

typedef struct {
	volatile uint32_t MODER;
	volatile uint32_t OTYPER;
	volatile uint32_t OSPEEDR;
	volatile uint32_t PUPDR;
	volatile uint32_t IDR;
	volatile uint32_t ODR;
	volatile uint32_t BSRR;
	volatile uint32_t LCKR;
	volatile uint32_t AFR[2];
	volatile uint32_t BRR;
} GPIO_TypeDef;

GPIO_TypeDef *GPIOA = 0x48000000;
GPIOA->MODER |= 0x400;
GPIOA->ODR |= 0x20;

什么意思？就是在地址0x48000000开始的内存，建立了一个结构体，并以0x48000000基地址操作MODER、OTYPER等变量。

在HAL中，已经定义了GPIOA，并将用户通过GPIO_InitStruct结构体设置的参数，使用HAL_GPIO_Init函数写入上面所说的GPIO_TypeDef结构体（在地址0x48000000开始的内存）。

/*Configure GPIO pin : PA5 */
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_5;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

3、GPIO配置

要配置 GPIO，我们使用 HAL_GPIO_Init（GPIO_TypeDef *GPIOx， GPIO_InitTypeDef *GPIO_Init）函数。GPIO_InitTypeDef 是用于配置 GPIO 的 C 结构体，其定义方式如下：

typedef struct {
	uint32_t Pin;
	uint32_t Mode;
	uint32_t Pull;
	uint32_t Speed;
	uint32_t Alternate;
} GPIO_InitTypeDef;

设置所需的替代功能。例如，设置 PA3 可以用作USART2_RX（即它可以用作 USART/UART2 外设的 RX 引脚）。CubeMX 会自动为我们生成正确的初始化代码，如下所示：

/* Configure GPIO pins : PA2 PA3 */
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_2|GPIO_PIN_3;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_LOW;
GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF1_USART2;
HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

4、驱动 GPIO

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_DeInit(GPIO_TypeDef *GPIOx, uint32_t GPIO_Pin);