CC3200之GPIO引脚分析

2023-05-16

预备知识：
（1）volatile关键字：
volatile定义的变量一般为无需开发者自己赋值，会自动改变的变量。
在普通的程序中，编译器都具有优化功能，为了避免浪费计算机资源，会将重复或无用的语句删除。
大家观察下面一段代码。

//code1：
double gpio_input = 0；
printf("The GPIO Input1 is %f", gpio_input);

/*
光照传感器开始读取光照数据，并赋值给gpio_input
*/
printf("The GPIO Input2 is %f", gpio_input);

//code2:
volatile double gpio_input = 0；
printf("The GPIO Input1 is %f", gpio_input);

/*
光照传感器开始读取光照数据，并赋值给gpio_input
*/

printf("The GPIO Input2 is %f", gpio_input);

我们将一个GPIO INPUT的值赋值给gpio_input，第一段代码使用double类型来定义变量，并且两次输出的结果均为0；而第二次使用volatile类型来定义变量，它的两次结果分别为0和真实的光照数值。

第一段代码：是因为编译器优化功能。编译器作为计算机的节耗小能手，不允许一个变量没有赋值而反复读取，因此它会自动过滤掉再次读取变量地址的数值的那段代码，直接从缓冲区中找到上次的值，而不是再一次根据变量地址访问主存器，进而找到主存中的变量值。而外设的数值改变一般都是存储器的数值变化，由于优化功能，光照传感器读取的数值无法被读取到，造成两次结果都是0。

[缓冲区的访问速率高于主存，但容量小于主存。因此，一般都是先从缓存中先查找变量，如果找不到，就一边从主存中查找，一边将查找的数据调至缓存，供下一次使用]

第二段代码：使用volatile关键字就可以告诉编译器gpio_input这个变量他自己会变，不要把它当成坏人，直接抹杀掉，因此下一次的读取是从主存中读取的值，即真实的外设读取的数值。

（2）HWREG(x)函数：
把x转为一个指向x的volatile unsigned long指针，然后从中取值
（3）当GPIO引脚输出1时，需要设置引脚值为0；反之，为1。
原因：引脚输出的电压都来自开发板的板供电压，点亮LED所需的电压最大为120mA，电流均来自芯片内部，如果很多LED灯，那么就等同于电压的叠加，此时通过芯片的电流很大，对芯片的伤害大，因此反过来，更有利于保护芯片。

切入主题

CC3200的GPIO引脚和其他arm核的处理器外设使用是一样的步骤。

step1：设置时钟

CC3200简单的函数调用对想要了解开发板的初学者来说是极大地便利了，但是作为想要进一步了解的“油头”青年，只能硬着头皮去分析功能的具体实现

  MAP_PRCMPeripheralClkEnable(PRCM_GPIOA1, PRCM_RUN_MODE_CLK);

这句话的含义是。开启GPIOA第二组时钟（下标从0开始）。
翻开这个函数的具体定义：

#define HWREG(x) (*((volatile unsigned long *)(x))) 
//外设寄存器地址放入内存，x为外设寄存器地址

void
PRCMPeripheralClkEnable(unsigned long ulPeripheral, unsigned long ulClkFlags)
{
  if(ulPeripheral != PRCM_ADC)
  {
    HWREG(ARCM_BASE + PRCM_PeriphRegsList[ulPeripheral].ulClkReg) |= ulClkFlags; 
     //启用指定的外设时钟，对PRCM_ADC不做任何操作，同时启动指定的外设寄存器
     //等同于 (*((volatile unsigned long *)(0x44025000 + PRCM_PeriphRegsList[ulPeripheral].ulClkReg)))
  }
  //如果是camera，为其重新定义时钟
  if(ulPeripheral == PRCM_CAMERA)
  {
    HWREG(ARCM_BASE + APPS_RCM_O_CAMERA_CLK_GEN) = 0x0404;
    //(*((volatile unsigned long *)(0x44025000 + 0x00000000)))；
  }
}

step2：设置引脚

上一步我们对GPIOA第二组的时钟进行了设置，由于GPIO引脚具有两个方向，同时每组内包含8个引脚，因此，我们需要

设置组内引脚及方向

 MAP_PinTypeGPIO(PIN_64, PIN_MODE_0, false); 
 //引脚，引脚模式，开漏输出/推挽输出
 MAP_GPIODirModeSet(GPIOA1_BASE, 0x2, GPIO_DIR_MODE_OUT); 
 //基地址，组内号，方向

以上的code不难看出这是设置输出引脚PIN_64，由于引脚复用，因此当对同一引脚使用不同功能时，需要设置不同的引脚模式值，具体参考引脚模式对应表。
同样，我们看函数的定义部分

void PinTypeGPIO(unsigned long ulPin,unsigned long ulPinMode,tBoolean bOpenDrain)
{
    //设置标准开漏输出引脚
    if(bOpenDrain)
    {
            PinConfigSet(ulPin, PIN_STRENGTH_2MA, PIN_TYPE_OD);
    }
    else
    {
            PinConfigSet(ulPin, PIN_STRENGTH_2MA, PIN_TYPE_STD);
    }

    PinModeSet(ulPin, ulPinMode);
    //设置引脚模式
}

设置GPIO引脚类型设置

void PinConfigSet(unsigned long ulPin,unsigned long  ulPinStrength,unsigned long ulPinType)
{
  	unsigned long ulPad;
 	ulPad = g_ulPinToPadMap[ulPin & 0x3F];

    //将0x4402E144置1，允许输入。
    //但是这个寄存器0x4402E144是干什么的不太清楚
    HWREG(0x4402E144) &= ~((0x80 << ulPad) & (0x1E << 8));

    //计算寄存器地址，参考寄存器地址手册 	
    ulPad = ((ulPad << 2) + PAD_CONFIG_BASE);

    //找到寄存器地址，并向寄存器中写入设置值，参考每个引脚不同的配置值对应不同的功能
    HWREG(ulPad) = ((HWREG(ulPad) & ~(PAD_STRENGTH_MASK | PAD_TYPE_MASK)) |(ulPinStrength | ulPinType ));
  }
}

GPIO方向设置

void
GPIODirModeSet(unsigned long ulPort, unsigned char ucPins,
               unsigned long ulPinIO)
{
    ASSERT(GPIOBaseValid(ulPort)); //判断GPIO基地址是否合法
    ASSERT((ulPinIO == GPIO_DIR_MODE_IN) || (ulPinIO == GPIO_DIR_MODE_OUT));     //判断GPIO方向参数是否合法，输入为0，输出为1    
    HWREG(ulPort + GPIO_O_GPIO_DIR) = ((ulPinIO & 1) ?
                                  (HWREG(ulPort + GPIO_O_GPIO_DIR) | ucPins) :
                                  (HWREG(ulPort + GPIO_O_GPIO_DIR) & ~(ucPins)));
    //HWREG(ulPort + GPIO_O_GPIO_DIR)-》拿到GPIO组地址，ucPins拿到组内地址
}

至此，我们完成了配置。

step3：寄存器编程

CC3200官方自带的GPIO使用例程为流水灯

首先是函数GPIO_IF_LedConfigure，此函数中的GPIO_IF_GetPortNPin函数为主要的设置函数，此函数是
根据给定的GPIO值计算出引脚的GPIO基地址值和组内引脚值

GPIO_IF_LedConfigure(LED1|LED2|LED3);//同时配置3个GPIO引脚

void GPIO_IF_GetPortNPin(unsigned char ucPin, unsigned int *puiGPIOPort, unsigned char *pucGPIOPin)
{
    *pucGPIOPin = 1 << (ucPin % 8);    //组内序号从0开始，按此计算得到组内位权
    *puiGPIOPort = (ucPin / 8);       //每组有8个引脚，计算得出所属的GPIO组
    *puiGPIOPort = ulReg[*puiGPIOPort];    //取GPIO基地址值
}

拿到了引脚的GPIO基地址值和组内引脚值，接下来我们就需要针对具体GPIO引脚进行0/1的设置了，针对
流水灯中的一个灯的具体设置进行分析
其他设置是相同的步骤

    while(1)
    {
        MAP_UtilsDelay(8000000);
        GPIO_IF_LedOn(MCU_RED_LED_GPIO); //gpio9引脚置1，点亮LED
        MAP_UtilsDelay(8000000);
        GPIO_IF_LedOff(MCU_RED_LED_GPIO);//gpio9引脚置0，关闭LED
    }

进入GPIO_IF_LedOn函数体内部，其主要作用的是MAP_GPIOPinWrite函数，其主要功能为
设置GPIO引脚值，点灯

GPIO_IF_Set(GPIO_LED1, g_uiLED1Port, g_ucLED1Pin, 1);

void GPIO_IF_Set(unsigned char ucPin, unsigned char ucGPIOValue)
{
	...........
    ucGPIOValue = ucGPIOValue << (ucPin % 8);//gpio值为1时，ucGPIOValue 值为0；反之，值为1
    ...........
}


void GPIOPinWrite(unsigned long ulPort, unsigned char ucPins, unsigned char ucVal)
{
    ASSERT(GPIOBaseValid(ulPort));
    HWREG(ulPort + (GPIO_O_GPIO_DATA + (ucPins << 2))) = ucVal;  //ucVal表示要配置gpio组内的第几个引脚的位值0/1，将对应的位值写入ucPins指定的输出引脚
}

GPIO_IF_LedOff函数也是相同的配置

延时函数UtilsDelay


    __asm(     //_asm表示内联汇编,即在C/C++里使用汇编指令
    	  "    .sect \".text:UtilsDelay\"\n"
          "    .clink\n"
          "    .thumbfunc UtilsDelay\n"
          "    .thumb\n"
          "    .global UtilsDelay\n"
          "UtilsDelay:\n"
          "    subs r0, #1\n"   //r0-1;注意sub r0,r0,#1<——>r0=r0-1放到r0 
          "    bne.n UtilsDelay\n"    //16位的BNE指令,“不相等（或不为0）跳转指令”,如果r0不为0就跳转到后面指定的地址，继续执行；为0，则继续执行下面语句
          "    bx lr\n");    //转到lr中存放的地址处

lr:连接寄存器(Link Register, LR)，在ARM体系结构中LR的特殊用途有两种：一、保存子程序返回地址；二、当异常发生时，LR中保存的值等于异常发生时PC的值减4（或者减2），因此在各种异常模式下可以根据LR的值返回到异常发生前的相应位置继续执行。
这段汇编还有点不太懂

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