AT32講堂045 | 雅特力AT32F435/437xx GPIO使用指南

GPIO特性

最大封裝（144pin）具有116個多功能雙向的I/O口；

所有I/O口都可以映射到16個外部中斷；

絕大部分I/O口可容忍5V輸入信號；

所有I/O口均為快速I/O，寄存器存取速度最高fAHB；

I/O引腳的外設(shè)功能可以通過一個特定的操作來開啟寫保護(hù)，以避免意外的寫入I/O寄存器；

每個GPIO引腳都可以由軟件配置成輸出(推挽或開漏)、輸入(帶或不帶上拉或下拉)或復(fù)用的外設(shè)功能端口；

可選的每個I/O口的電流推動/吸入能力；

端口位設(shè)置/清除寄存器（GPIOx_SCR）和端口位清除寄存器（GPIOx_CLR）為GPIOx_ODT寄存器提供位訪問能力。

GPIO

GPIO在復(fù)位期間和剛復(fù)位后，復(fù)用功能未開啟，大部分I/O端口被配置成浮空輸入模式。當(dāng)作為輸出配置時，寫到輸出數(shù)據(jù)寄存器（GPIOx_ODT）上的值會輸出到相應(yīng)的I/O引腳?？梢砸酝仆炷Ｊ交蜷_漏模式（僅低電平被驅(qū)動，高電平表現(xiàn)為高阻）使用輸出驅(qū)動器。輸入數(shù)據(jù)寄存器（GPIOx_IDT）在每個AHB時鐘周期捕捉I/O引腳上的數(shù)據(jù)。所有GPIO引腳有一個內(nèi)部弱上拉和弱下拉，它們被激活或斷開有賴于GPIOx_PULL寄存器的值。圖1. I/O端口位的基本結(jié)構(gòu)表1. I/O端口位配置表

GPIO toggle

AT32F435/437提供的I/O口均為快速I/O，寄存器存取速度最高為fAHB，所以可以看到在主頻為240MHz時，GPIO翻轉(zhuǎn)頻率能夠輕松達(dá)到120MHz：圖2. I/O翻轉(zhuǎn)速度

IO引腳的5V or 3.3V容忍

標(biāo)準(zhǔn)3.3V容忍引腳（TC）所有振蕩器和USB_OTG用到的引腳都是標(biāo)準(zhǔn)3.3V容忍引腳。

PC14/PC15(LEXT_IN/OUT)

PH0/PH1(HEXT_IN/OUT)

PA11/PA12(OTGFS1_D-/D+)

PB14/PB15(OTGFS2_D-/D+)

表2. TC引腳示例帶模擬功能5V容忍引腳（FTa）ADC占用端口為帶模擬功能5V容忍引腳。

PA0–PA7，PB0–PB1，PC0–PC5，PF3–PF10

FTa引腳設(shè)置為輸入浮空、輸入上拉、或輸入下拉時，具有5V電平容忍特性；設(shè)置為模擬模式時，不具5V電平容忍特性，此時輸入電平必須小于VDD+0.3V

表3. FTa引腳示例帶20mA吸入能力5V容忍引腳（FTf）部分I2C可提供帶20mA吸入能力的5V容忍引腳。表4. FT引腳示例5V容忍引腳（FT）其余的GPIO都為5V容忍引腳。表5. FT引腳示例

IOMUX

I/O復(fù)用功能輸入/輸出

大多數(shù)外設(shè)共享同一個GPIO引腳（比如PA0，可作為TMR2_CH1/TMR2_EXT/TMR5_CH1/TMR8_EXT/I2C2_SCL/USART2_CTS）

而對某個具體的GPIO引腳，在任意時刻只有一個外設(shè)能夠與之相連

某些外設(shè)功能還可以重映射到其他引腳，從而使得能同時使用的外設(shè)數(shù)量更多

選擇每個端口線的有效復(fù)用功能之一是由兩個寄存器來決定的，分別是GPIOx_MUXL和GPIOx_MUXH復(fù)用功能寄存器?？筛鶕?jù)應(yīng)用的需求用這兩寄存器連接復(fù)用功能模塊到其他引腳。表6. 通過GPIOA_AFR寄存器配置端口A的復(fù)用功能表7. 通過GPIOB_AFR寄存器配置端口B的復(fù)用功能表8. 通過GPIOF_AFR寄存器配置端口C的復(fù)用功能表9. 通過GPIOF_AFR寄存器配置端口D的復(fù)用功能表10.通過GPIOF_AFR寄存器配置端口E的復(fù)用功能表11.通過GPIOF_AFR寄存器配置端口F的復(fù)用功能表12.通過GPIOF_AFR寄存器配置端口G的復(fù)用功能表13.通過GPIOF_AFR寄存器配置端口H的復(fù)用功能

特殊I/O

調(diào)試復(fù)用引腳

在復(fù)位時，和復(fù)位后不像其他GPIO一樣處于浮空輸入狀態(tài)，而是處于AF模式

PA13：JTMS/SWDIO，AF上拉

PA14：JTCK/SWCLK，AF下拉

PA15：JTDI，AF上拉

PB3：JTDO/SWO，AF浮空

PB4：JNTRST，AF上拉

振蕩器復(fù)用引腳

振蕩器關(guān)閉的狀態(tài)下（復(fù)位后的默認(rèn)狀態(tài)），相關(guān)引腳可用作GPIO

振蕩器使能狀態(tài)下，相應(yīng)引腳的GPIO配置無效

振蕩器處于bypass模式（使用外部時鐘源）時，HEXT_IN/LEXT_IN為振蕩器時鐘輸入引腳，HEXT_OUT/LEXT_OUT可做GPIO使用

電池供電域引腳

電池供電域引腳包括PC13、PC14以及PC15。電池供電域由VDD或VBAT引腳供電，當(dāng)VDD主 電源被切斷時，電池供電域自動切換至VBAT引腳供電，以保障ERTC正常工作。

當(dāng)電池供電域由VDD供電時，PC13可以作為通用I/O口、TAMPER引腳、ERTC校準(zhǔn)時鐘、ERTC鬧鐘或秒輸出，PC14和PC15可以用于GPIO或LEXT引腳。（PC13至PC15作為I/O口的速度必須限制在2MHz以下，最大負(fù)載為30pF，而且這些I/O口絕對不能當(dāng)作電流源）。

當(dāng)電池供電域由VBAT供電時，PC13可以作為TAMPER引腳、ERTC鬧鐘或秒輸出，PC14和PC15只能用于LEXT引腳。

GPIO固件驅(qū)動程序API

Artery提供的固件驅(qū)動程序包含了一系列固件函數(shù)來管理GPIO的下列功能：

GPIO寄存器復(fù)位

初始化配置

讀取輸入端口或某個輸入引腳

讀取輸出端口或某個輸出引腳

設(shè)置或清除某個引腳的輸出

鎖定引腳

引腳的復(fù)用功能配置

輸出模式

GPIO提供了兩種不同類型的輸出模式分別是，推挽輸出以及開漏輸出，下面是輸出模式的配置示例：

輸入模式

GPIO提供了三種不同類型的輸入模式分別是，浮空輸入、上拉輸入以及下拉輸入，下面是輸入模式的配置示例：

模擬模式

當(dāng)需要使用ADC或COMP通道作為輸入時，需要將相應(yīng)的引腳配置為模擬模式，下面是模擬模式的配置示例：

復(fù)用模式

不論使用何種外設(shè)模式，都必須將I/O配置為復(fù)用功能，之后系統(tǒng)才能正確使用I/O（輸入或輸出）。

I/O引腳通過復(fù)用器連接到相應(yīng)的外設(shè)，該復(fù)用器一次只允許一個外設(shè)的復(fù)用功能(IOMUX)連接到I/O引腳。這樣便可確保共用同一個I/O引腳的外設(shè)之間不會發(fā)生沖突。每個I/O引腳都有一個復(fù)用器，該復(fù)用器具有16路復(fù)用功能輸入/輸出（MUX0到MUX15），可通過gpio_pin_mux_config()函數(shù)對這些引腳進(jìn)行配置：

—復(fù)位后，所有I/O都會連接到系統(tǒng)的復(fù)用功能0(MUX_0)

—通過配置MUX0到MUX15可以映射外設(shè)的復(fù)用功能

除了這種靈活的I/O復(fù)用架構(gòu)之外，各外設(shè)還具有映射到不同I/O引腳的復(fù)用功能，這可以針對不同器件封裝優(yōu)化外設(shè)I/O功能的數(shù)量；例如，可將USART2_TX引腳映射到PA2或PA14引腳上。

配置過程：

—使用gpio_pin_mux_config()函數(shù)將引腳連接到所需的外設(shè)復(fù)用功能，例如配置PA0作為TMR2_EXT輸入

gpio_pin_mux_config(GPIOA,GPIO_PINS_SOURCE0,GPIO_MUX_1);

—使用gpio_init()函數(shù)配置I/O引腳：

1. -通過以下方式配置復(fù)用功能模式下的所需引腳gpio_init_struct.gpio_mode=GPIO_MODE_MUX;-通過以下成員選擇類型、上拉/下拉和驅(qū)動能力gpio_pull、gpio_out_type和gpio_drive_strength成員

根據(jù)上述配置過程，下面將介紹幾種外設(shè)的常用配置示例。USART I/O復(fù)用模式配置TMR I/O復(fù)用模式配置I2C I/O復(fù)用模式配置

案例 LED翻轉(zhuǎn)

功能簡介

通過系統(tǒng)時鐘延時來對LED進(jìn)行翻轉(zhuǎn)。

資源準(zhǔn)備

1) 硬件環(huán)境：對應(yīng)產(chǎn)品型號的AT-START BOARD2) 軟件環(huán)境：project\at_start_f437\examples\gpio\led_toggle

軟件設(shè)計

1) 配置流程

配置系統(tǒng)時鐘；

初始化延時函數(shù)和LED；

翻轉(zhuǎn)LED。

2) 代碼介紹

main函數(shù)代碼描述

LED翻轉(zhuǎn)代碼描述

實(shí)驗(yàn)效果

上電運(yùn)行會看到LED2、LED3和LED4以間隔200ms時間交替的進(jìn)行翻轉(zhuǎn)。

案例 SWJTAG接口復(fù)用

功能簡介

對SWJTAG接口的I/O進(jìn)行復(fù)用。

資源準(zhǔn)備

3) 硬件環(huán)境：對應(yīng)產(chǎn)品型號的AT-START BOARD4) 軟件環(huán)境：project\at_start_f437\examples\gpio\swjtag_mux

軟件設(shè)計

3) 配置流程

配置系統(tǒng)時鐘；

初始化延時函數(shù)；

配置SWJTAG接口的復(fù)用和USART2初始化。

4) 代碼介紹

main函數(shù)代碼描述

SWJ配置代碼描述

實(shí)驗(yàn)效果

將PA13接示波器，PA14接入串口打印工具；

程序運(yùn)行過程中PA13每隔500ms會翻轉(zhuǎn)一次，表示jtms/swdio引腳已被用為GPIO使用；

PA14接入串口打印工具后，每隔500ms會看到USART2_TX打印主循環(huán)執(zhí)行次數(shù)。

關(guān)于雅特力雅特力科技于2016年成立，是一家致力于推動全球市場32位微控制器(MCU)創(chuàng)新趨勢的芯片設(shè)計公司，專注于ARM Cortex-M4/M0+的32位微控制器研發(fā)與創(chuàng)新，全系列采用55nm先進(jìn)工藝及ARM Cortex-M4高效能或M0+低功耗內(nèi)核，締造M4業(yè)界最高主頻288MHz運(yùn)算效能，并支持工業(yè)級別芯片工作溫度范圍（-40°~105°）。雅特力目前已累積相當(dāng)多元的終端產(chǎn)品成功案例：如微型打印機(jī)、掃地機(jī)、光流無人機(jī)、熱成像儀、激光雷達(dá)、工業(yè)縫紉機(jī)、伺服驅(qū)控、電競周邊市場、斷路器、ADAS、T-BOX、數(shù)字電源、電動工具等終端設(shè)備應(yīng)用，廣泛地覆蓋5G、物聯(lián)網(wǎng)、消費(fèi)、商務(wù)及工控等領(lǐng)域。