在一個嵌入式系統中，可能存在許多輸入或輸出的IO口，輸入有霍爾傳感器、紅外對管等，輸出有LED、電源控制開關等。

如果說硬件可以一次成型，那么隨便一份代碼都可以完成IO的配置工作，但研發階段的產品，硬件各種修改是難免的，每一次 IO 的修改，對于底層開發人員來說，可能都是一次挑戰。

因為一旦有某一個 IO 配置錯誤，或者原來的配置沒有修改正確（比如一個 IO 在原來的硬件適配中是輸入，之后的硬件需要修改成輸出），那么你很難查出來這是什么問題，因為這個時候不僅硬件修改了，軟件也修改了，你需要先定位到底是軟件問題還是硬件問題，所以一個好用的 IO 的配置框架就顯得很有必要了。

有道友會說，不如使用 CubeMx 軟件進行開發吧。

1、這個軟件適用于 ST 單片機，以前還能用，現在，除非你家里有礦，不然誰用的起STM32？基本上都國產化了（雖然有些單片機號稱兼容，但到底還是有些差異的）。

2、公司原本的代碼就是使用標準庫，只是因為IO 的變化，你就需要把整個庫換掉嗎？時間上允許嗎？你確定修改后不會出現大問題？

3、國產化的芯片可沒有所謂的標準庫和HAL庫供你選擇，每一家都有各自的庫，如果你的產品臨時換方案怎么辦？

4、HAL 效率問題。

今天魚鷹介紹一個簡單實用的框架，可用于快速增加或修改IO配置，甚至修改底層庫。

假設有3個 LED 作為輸出、3 個霍爾傳感器作為輸入：

輸入配置代碼：

#define GPIOx_Def GPIO_TypeDef*#define GPIOMode_Def GPIOMode_TypeDef

typedef struct{ GPIOx_Def gpio; uint16_t msk; GPIOMode_Def pull_up_down; } bsp_input_pin_def;

#define _GPIO_PIN_INPUT（id， pull， gpiox， pinx） ［id］.gpio = （GPIOx_Def）gpiox， ［id］.msk = （1 《《 pinx）， ［id］.pull_up_down = （GPIOMode_Def）pull#define GPIO_PIN_INPUT（id， pull， gpiox， pinx） _GPIO_PIN_INPUT（id， pull， gpiox， pinx）

#define bsp_pin_get_port（gpiox） （（uint16_t）（（GPIO_TypeDef *）gpiox）-》IDR）#define bsp_pin_get_value（variable，id） do{ bsp_pin_get_port（bsp_input_pin［id］.gpio） & bsp_input_pin［id］.msk ？ variable |= （1 《《 id） ： 0;} while（0）

#define BSP_GPIO_PUPD_NONE GPIO_Mode_IN_FLOATING#define BSP_GPIO_PUPD_PULLUP GPIO_Mode_IPU#define BSP_GPIO_PUPD_PULLDOWN GPIO_Mode_IPD

typedef enum{ PIN_INPUT_HALL_0 = 0， // 輸入 IO 定義 PIN_INPUT_HALL_1， PIN_INPUT_HALL_2， PIN_INPUT_MAX}bsp_pin_input_id_def;

static const bsp_input_pin_def bsp_input_pin ［PIN_INPUT_MAX］ = { GPIO_PIN_INPUT（PIN_INPUT_HALL_0， BSP_GPIO_PUPD_NONE， GPIOA， 0）， GPIO_PIN_INPUT（PIN_INPUT_HALL_1， BSP_GPIO_PUPD_NONE， GPIOB， 8）， GPIO_PIN_INPUT（PIN_INPUT_HALL_2， BSP_GPIO_PUPD_NONE， GPIOE， 9）， };

// 單個 IO 初始化函數 void bsp_pin_init_input（GPIOx_Def gpiox， uint32_t msk， GPIOMode_TypeDef pull_up_down）{ uint32_t temp;

assert_param（（msk & 0xffff0000） == 0 && gpiox ！= 0）;

temp = （（uint32_t） gpiox - （uint32_t） GPIOA） / （ （uint32_t） GPIOB - （uint32_t） GPIOA）;

/* enable the led clock */ RCC_APB2PeriphClockCmd（RCC_APB2Periph_GPIOA 《《 temp， ENABLE）;

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;

GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = （GPIOMode_Def）pull_up_down; GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = msk; GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_2MHz;

GPIO_Init（（GPIO_TypeDef*）gpiox， &GPIO_InitStruct）;}

// 所有 IO 初始化void gpio_input_init（）{ bsp_input_pin_def *info;

info = （bsp_input_pin_def *）&bsp_input_pin;

for（int i = 0; i 《 sizeof（bsp_input_pin）/sizeof（bsp_input_pin［0］）; i++） { bsp_pin_init_input（info-》gpio， info-》msk， info-》pull_up_down）; info++; } }

// 最多支持 32 個 IO 輸入uint32_t bsp_input_all（void）{ uint32_t temp = 0;

bsp_pin_get_value（temp， PIN_INPUT_HALL_0）; bsp_pin_get_value（temp， PIN_INPUT_HALL_1）; bsp_pin_get_value（temp， PIN_INPUT_HALL_2）;

return temp;}

// 讀取單個 IO 狀態uint32_t bsp_input_level（bsp_pin_input_id_def id）{ return （bsp_pin_get_port（bsp_input_pin［id］.gpio） & bsp_input_pin［id］.msk） ？ 1 ： 0;}

typedef enum{ HW_HAL_LEVEL_ACTIVE = 0， // 可直接修改為 0 或 1，另一個枚舉值自動修改為相反值 HW_HAL_LEVEL_NO_ACTIVE = ！HW_HAL_LEVEL_ACTIVE，}hw_input_hal_status_def;

typedef struct { hw_input_hal_status_def hal_level0; uint8_t hal_level1; uint8_t hal_level2;}bsp_input_status_def;

bsp_input_status_def bsp_input_status;

int main（void）{ USRAT_Init（9600）;//必須，進入調試模式后點擊全速運行

gpio_input_init（）;

while（1） { uint32_t temp = bsp_input_all（）;

bsp_input_status.hal_level0 = （hw_input_hal_status_def）（（temp 》》 PIN_INPUT_HALL_0） & 1）; bsp_input_status.hal_level1 = （（temp 》》 PIN_INPUT_HALL_1） & 1）; bsp_input_status.hal_level2 = （（temp 》》 PIN_INPUT_HALL_2） & 1）; } }

調試的時候，我們可以很方便的查看每個 IO 的狀態是怎樣的，而不用管 0 或 1 到底代表什么意思：

輸出配置代碼：

#define GPIOx_Def GPIO_TypeDef*#define GPIOMode_Def GPIOMode_TypeDef

typedef struct{ GPIOx_Def gpio; uint32_t msk; uint32_t init_value; } bsp_output_pin_def;

#define _GPIO_PIN_OUT（id， gpiox， pinx， init） ［id］.gpio = gpiox， ［id］.msk = （1 《《 pinx）， ［id］.init_value = init#define GPIO_PIN_OUT（id， gpiox， pinx， init） _GPIO_PIN_OUT（id， gpiox， pinx， init）

#define _bsp_pin_output_set（gpiox， pin） （gpiox）-》BSRR = pin#define bsp_pin_output_set（gpiox， pin） _bsp_pin_output_set（gpiox， pin）

#define _bsp_pin_output_clr（gpiox， pin） （gpiox）-》BRR = pin#define bsp_pin_output_clr（gpiox， pin） _bsp_pin_output_clr（gpiox， pin）

typedef enum{ PIN_OUTPUT_LED_G， PIN_OUTPUT_LED_R， PIN_OUTPUT_LED_B， PIN_OUTPUT_MAX}bsp_pin_output_id_def;

static const bsp_output_pin_def bsp_output_pin ［PIN_OUTPUT_MAX］ = { GPIO_PIN_OUT（PIN_OUTPUT_LED_G， GPIOA， 0， 0）， GPIO_PIN_OUT（PIN_OUTPUT_LED_R， GPIOF， 15， 0）， GPIO_PIN_OUT（PIN_OUTPUT_LED_B， GPIOD， 10， 0），};

void bsp_pin_init_output（GPIOx_Def gpiox， uint32_t msk， uint32_t init）{ uint32_t temp;

assert_param（（msk & 0xffff0000） == 0 && gpiox ！= 0）;

temp = （（uint32_t） gpiox - （uint32_t） GPIOA） / （ （uint32_t） GPIOB - （uint32_t） GPIOA）;

/* enable the led clock */ RCC_APB2PeriphClockCmd（RCC_APB2Periph_GPIOA 《《 temp， ENABLE）;

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;

GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = （GPIOMode_Def）GPIO_Mode_Out_PP; GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = msk; GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_2MHz;

GPIO_Init（（GPIO_TypeDef*）gpiox， &GPIO_InitStruct）;

if（init == 0） { bsp_pin_output_clr（gpiox， msk）; } else { bsp_pin_output_set（gpiox， msk）; }}

void bsp_output_init（）{ bsp_output_pin_def *info;

info = （bsp_output_pin_def *）&bsp_output_pin; for（int i = 0; i 《 sizeof（bsp_output_pin）/sizeof（bsp_output_pin［0］）; i++） { bsp_pin_init_output（info-》gpio， info-》msk， info-》init_value）; info++; }}

void bsp_output（bsp_pin_output_id_def id， uint32_t value）{ assert_param（id 《 PIN_OUTPUT_MAX）;

if（value == 0） { bsp_pin_output_clr（bsp_output_pin［id］.gpio， bsp_output_pin［id］.msk）; } else { bsp_pin_output_set（bsp_output_pin［id］.gpio， bsp_output_pin［id］.msk）; }}

int main（void）{ USRAT_Init（9600）;//必須，進入調試模式后點擊全速運行

bsp_output_init（）;

while（1） { bsp_output（PIN_OUTPUT_LED_G， 1）; bsp_output（PIN_OUTPUT_LED_B， 0）; bsp_output（PIN_OUTPUT_LED_R， 1）; } }

這個框架有啥好處呢？

1、自動完成 GPIO 的時鐘初始化工作，也就是說你只需要修改引腳即可，不必關心時鐘配置，但對于特殊引腳（比如PB3），還是得另外配置才行。

2、應用和底層具體 IO 分離，這樣一旦修改了 IO，應用代碼不需要進行任何修改。

3、增加或刪減 IO 變得很簡單，增加 IO時，首先加入對應枚舉，然后就可以添加對應的 IO 了。刪除 IO時，只要屏蔽對應枚舉值和引腳即可。

4、參數檢查功能， IO 刪除時，因為屏蔽了對應的枚舉，所以編譯時可以幫你發現問題，而增加 IO 時，它可以幫你在運行時檢查該 IO是否進行配置了，可以防止因為失誤導致的問題。

5、更改庫時可以很方便，只需要修改對應的宏即可，目前可以順利在 GD32 和 STM32 庫進行快速更換。

6、對于輸入 IO 而言，可以方便的修改有效和無效狀態，防止硬件修改有效電平。對于輸出 IO 而言，可以設定初始 IO 電平狀態。

7、代碼簡單高效，盡可能的復用代碼，增加一個 IO 只需要很少的空間。

8、缺點就是，只對同種配置的 IO 可以這樣用。

編輯：jq