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coocox學(xué)習(xí)系列之CoX_GPIO篇

作者:未知   來源:互聯(lián)網(wǎng)   點(diǎn)擊數(shù):  更新時(shí)間:2014年08月16日   【字體:

1.GPIO接口設(shè)計(jì)思想

1.1CoX.GPIO發(fā)展過程,歷史版本
     CoX第一版從2009年開始,從CoX誕生開始,CoX的目標(biāo)就是要做到在M系列的CPU上實(shí)現(xiàn)平滑移植。所以,GPIO的實(shí)現(xiàn),第一版首先實(shí)現(xiàn)了,IO的模式配置(輸入、輸出)和管腳的上拉、下拉配置;然后,實(shí)現(xiàn)了IO管腳的狀態(tài)讀寫。具體可以從接口定義清晰的看出來:
typedef struct {
  COX_Status (*Init) (COX_PIO_Dev pio);
  COX_Status (*Dir (COX_PIO_Dev pio, uint8_t dir);
  uint8_t     (*Out (COX_PIO_Dev pio, uint8_t level);
  uint8_t     (*Read) (COX_PIO_Dev pio);
  COX_Status (*Cfg (COX_PIO_Dev pio, uint8_t index, uint32_t arg, uint32_t*pre_arg);
} COX_PIO_PI_Def;
typedef const COX_PIO_PI_Def COX_PIO_PI;
這樣的實(shí)現(xiàn),確實(shí)可以大大減小IO操作的移植,因?yàn)槲覀冊诿總(gè)廠商實(shí)現(xiàn)一套API,以新唐為例:
COX_PIO_PI pi_pio =
{
       NUC_GPIO_Init,
       NUC_GPIO_SetDir,
       NUC_GPIO_Out,
       NUC_GPIO_Read,
       NUC_GPIO_Cfg 
};
在使用的時(shí)候,我們僅僅需要使用pi_pio的指針就可以調(diào)用GPIOAPI操作了,而且這個(gè)指針還可以被驅(qū)動(dòng)嵌套使用。有興趣的可以參考NUC140-LB BoardCoOS例程,這個(gè)在www.coocox.org官網(wǎng)可以下載到。
然而,第一版有幾個(gè)明顯的不足:
1.                實(shí)現(xiàn)的功能很少,只有IO的基本配置和讀寫操作,沒有外部中斷實(shí)現(xiàn),沒有多功能配置實(shí)現(xiàn),以及一些其他特殊的功能。
2.                采用了結(jié)構(gòu)體的形式,代碼的可讀性大大降低,效率也不高。
3.                CoX代碼不能搞定所有基本的事情,在使用CoX庫的使用還必須和廠商庫配套使用。
4.                CoX在第一版更多的注重外設(shè)模塊的移植,而忽略了系統(tǒng)。
    所以,CoX需要改進(jìn)、升級。經(jīng)常一年多時(shí)間的積累,在2011年開始推出CoX 2.0版本,這個(gè)版本解決了上述所有的缺點(diǎn)的同時(shí),保留了CoX設(shè)計(jì)的初衷——那就是在M系類CPU上面的通用性。下面,詳細(xì)介紹2.0版的CoX.GPIO接口。
1.2通用強(qiáng)制接口
通用強(qiáng)制接口是提取的一套ARM Cortex M0/M3所有廠商系列MCU都具有的功能接口。本篇以新唐M051為例講解CoX.GPIO,其他系列大同小異, 提取GPIO通用接口的時(shí)候,是從以下角度出發(fā)考慮的:
u      配置一個(gè)GPIO管腳線
l        方向配置:
n        輸入  
n        輸出
n        硬件功能
l        外圍功能配置:
l        Pad配置:
n        驅(qū)動(dòng)能力大小(電流)
n        開源/推挽
n        弱上拉/下拉電阻
u      GPIO管腳數(shù)據(jù)控制
l        輸出高/低電平
l        獲取管腳輸入值
u      輸入中斷(EXTI)
l        上升沿檢測
l        下降沿檢測
l        /下沿檢測
l        低電平檢測
l        高電平檢測
 
APIs分組完成以下幾大功能:
u      配置GPIO管腳線的函數(shù):
l        xGPIODirModeSet
l        xGPIOSPinDirModeSet
l        xGPIOPinConfigure
u      讀回GPIO管腳線模式配置的函數(shù):
l        xGPIODirModeGet
u      還有很方便的函數(shù),可以將GPIO配置成想要的功能:
l        xGPIOSPinTypeGPIOInput
l        xGPIOSPinTypeGPIOOutput
l        xSPinTypeADC
l        xSPinTypeI2C
l        xSPinTypeSPI
l        xSPinTypeTimer
l        xSPinTypeUART
l        xSPinTypeACMP
u      處理GPIO中斷的APIs
l        xGPIOPinIntCallbackInit
l        xGPIOPinIntEnable
l        xGPIOSPinIntEnable
l        xGPIOPinIntDisable
l        xGPIOSPinIntDisable
l        xGPIOPinIntStatus
l        xGPIOPinIntClear
l        xGPIOSPinIntClear
u      處理GPIO Pin狀態(tài)的APIs
l        xGPIOPinRead
l        xGPIOSPinRead
l        xGPIOPinWrite
l        xGPIOSPinWrite
 
1.3通用非強(qiáng)制接口
 通用非強(qiáng)制接口是一部MCU通有的功能,而不是所有MCU都具有的功能接口:
l        xGPIOSPinTypeGPIOOutputOD
l        xGPIOSPinTypeGPIOOutputQB
l        xSPinTypePWM
l        xSPinTypeEXTINT
l        xSPinTypeEBI
 
CoX的宏定義的參數(shù)和APIs都是以' x '開頭的, 體現(xiàn)出CoX接口的特征。比如將 GPIOA Pin0配置成輸出模式, 代碼如下:
xGPIODirModeSet(xGPIO_PORTA_BASE, xGPIO_PIN_0, xGPIO_DIR_MODE_OUT);
函數(shù)和形式參數(shù)都是x開頭。
1.4廠商庫特色接口
特色接口是包括了通用性接口,和MCU特有功能的接口。比如:
void GPIOPinDebounceEnable(unsigned long ulPort, unsigned long ulPins);并不是通用強(qiáng)制型或者通用非強(qiáng)制型,而是MCU特有的功能,就是在廠商庫特色接口這一組。
 
另外廠商庫接口也實(shí)現(xiàn)了MCU其他所有的功能,比如:
void GPIOPinWrite(unsigned long ulPort, unsigned long ulPins,
                      unsigned char ucVal);
也實(shí)現(xiàn)了GPIO管腳線模式的配置,這個(gè)在CoX接口的xGPIOPinWrite也是這個(gè)功能。其實(shí)這個(gè)時(shí)候xGPIOPinWrite的實(shí)現(xiàn)方式如下:
#define xGPIOPinWrite(ulPort, ulPins, ucVal)                                  \
        GPIOPinWrite(ulPort, ulPins, ucVal)
進(jìn)行了一次宏定義包裝罷了,對應(yīng)的參數(shù)也是進(jìn)行的一次宏定義比如:
#define xGPIO_PIN_0             GPIO_PIN_0
 
2.設(shè)計(jì)技巧簡介
GPIOCoX接口創(chuàng)新性的提出了Short Pin,比如PA0 GPIOAPin0腳,它的定義如下:
#define PA0                     PA0
 
自從有了Short Pin之后,對GPIO的操作簡單多了,例如比如將GPIOA Pin0配置成輸出模式,并輸出高電平, 代碼如下:
xGPIODirModeSet(xGPIO_PORTA_BASE, xGPIO_PIN_0, xGPIO_DIR_MODE_OUT);
xGPIOPinWrite(xGPIO_PORTA_BASE, xGPIO_PIN_0, 1);
現(xiàn)在用Short Pin作為參數(shù),上面的功能可以這樣實(shí)現(xiàn):
xGPIOSPinTypeGPIOOutput(PA0);
xGPIOSPinWrite(PA0, 1);
上面的Short Pin到底是如何實(shí)現(xiàn)的呢?看起來很神奇,以xGPIOSPinWrite為例說明它的實(shí)現(xiàn)過程:
#define xGPIOSPinWrite(eShortPin, ucVal)                                      \
        GPIOSPinWrite(eShortPin, ucVal)
#define GPIOSPinWrite(eShortPin, ucVal)                                       \
        GPIOPinWrite(G##eShortPin, ucVal)
關(guān)于##, 其實(shí)是宏定義里面的高級用法,它是一個(gè)連接符,遇到此連接符,宏會一直展開下去,直到不能展開為止。G##eShortPin其實(shí)會連接為GPA0,而GPA0同樣是個(gè)宏定義,如下:
#define GPA0                    GPIO_PORTA_BASE, GPIO_PIN_0
GPIOPinWrite(GPA0, ucVal)會進(jìn)一步展開為
GPIOPinWrite(GPIO_PORTA_BASE, GPIO_PIN_0, ucVal),這個(gè)函數(shù)在廠商庫里面定義了的,所以實(shí)現(xiàn)了Pin寫的功能。
 
另外Short PinGPIO管腳的外設(shè)多功能復(fù)用操作也帶來了極大的方便,比如配置PD5I2Cclock腳功能,如下:
xSPinTypeI2C(I2C0SCK, PD5);
是不是很簡單。。∩厦娴膶(shí)現(xiàn)如下:
#define xSPinTypeI2C(ePeripheralPin, eShortPin)                              \
do                                                                    \
                                                                    \
         GPIOSPinConfigure(ePeripheralPin, eShortPin);                      \
         GPIOSPinFunctionSet(GPIO_FUNCTION_I2C,eShortPin);             \
                                                                   \
while(0)
    #define GPIOSPinConfigure(ePeripheralPin, eShortPin)                          \
       GPIOPinConfigure(GPIO_##eShortPin##_##ePeripheralPin)
上面的會連接成這樣GPIOPinConfigure(GPIO_PD5_I2C0SCK), GPIO_PD5_I2C0SCK宏定義如下:

這個(gè)是根據(jù)多功能復(fù)用進(jìn)行的編碼,視不同的芯片,這個(gè)編碼方式靈活多變。
 

還有一些接口完全是為了移植方便性而產(chǎn)生的,比如xGPIOSPinToPort, 這個(gè)接口是由Short Pin就可以得到這個(gè)Pin所對應(yīng)的PORT Base,而在CoX.SYSCTL中有一個(gè)接口xSysCtlPeripheralEnable2是使用外設(shè)地址Base為參數(shù)使能這個(gè)外設(shè)(SYSCTL中維護(hù)了一個(gè)外設(shè)BASE-ID-INT的表),它實(shí)現(xiàn)的時(shí)候,是進(jìn)行了一個(gè)Base到外設(shè)ID的一個(gè)轉(zhuǎn)換,最終還是調(diào)用xSysCtlPeripheralEnable使能外設(shè)的。但是有了這個(gè)功能,也很利于基于CoX驅(qū)動(dòng)組件的移植性,例如在AD7415溫度傳感器是通過I2C接口進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的,在這個(gè)驅(qū)動(dòng)組件頭文件中, 只需要考慮一下四個(gè)元素就可以平滑的使得這個(gè)驅(qū)動(dòng)組件移植到其他的MCU(比如NUC1xx,或者STM32F1xx)

//! Config the device i2c Address
//
#define AD7415_I2C_ADDRESS      0x48
 
//
//! Config the devide i2c bus master
//

//
//! Config the i2c SDA pin
//
#define AD7415_PIN_I2CSDA        PA8
 
//
//! Config the i2c SCL pin
//
#define AD7415_PIN_I2CSCK        PA9
因?yàn)橛辛?/span>xI2C0_BASE在驅(qū)動(dòng)中就可以使能這個(gè)I2C外設(shè),有了連接的管腳也就可以使能對應(yīng)的GPIO PORT, xSysCtlPeripheralEnable2(AD7415_MASTER_BASE); 這里不在需要給出I2C0的外設(shè)使能ID,或者GPIOA的外設(shè)使能ID 用戶移植的時(shí)候只需要從硬件連接角度出發(fā),用了那個(gè)I2C, 管腳是怎么連接的,而不需要考慮其他的元素。

3. GPIO接口使用示例與移植
下面給出一個(gè)CoX.GPIO的示例,都是使用的通用強(qiáng)制型的接口,因此下面的例子在所有Cortex M0/M3上都是平滑移植的, 類似一個(gè)簡單的電燈程序。
void Blinky(void)
{
    unsigned long i;
      
    //
    // Initionalize system clock.
    //
    xSysCtlPeripheralClockSourceSet( 12000000,  xSYSCTL_XTAL_12MHZ );
      
    //
    // Set GPIO port c pin 0 , 1 output mode.
    //
    xGPIODirModeSet( xGPIO_PORTC_BASE, xGPIO_PIN_0, xGPIO_DIR_MODE_OUT );
    xGPIODirModeSet( xGPIO_PORTC_BASE, xGPIO_PIN_1, xGPIO_DIR_MODE_OUT );
      
    while (1)
    {
            //
        // Delay some time.
        // 
        for( i = 0; i < 0x1FFFF; i++ )
             
            //
        // Output high level.
        // 
        xGPIOPinWrite( xGPIO_PORTC_BASE, xGPIO_PIN_0 | xGPIO_PIN_1, 1 );
             
           for( i = 0; i < 0x1FFFF; i++ )
             
           //
        // Output low level.
        // 
        xGPIOPinWrite( xGPIO_PORTC_BASE, xGPIO_PIN_0 | xGPIO_PIN_1, 0 );
       }
      
}

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