開發環境：

MDK：Keil 5.30

開發板：GD32F207I-EVAL

MCU：GD32F207IK

1 GPIO工作原理

熟悉單片機的朋友都知道，學習的第一個例程就是流水燈，要想實現流水燈，首先必須了解GPIO的工作原理。GPIO的基本結構如下圖所示。

GD32 的 IO 口可以由軟件配置成如下 8 種模式：

• 輸入模式
• 浮空輸入：浮空（floating）就是邏輯器件的輸入引腳即不接高電平，也不接低電平。由于邏輯器件的內部結構，當它輸入引腳懸空時，相當于該引腳接了高電平。一般實際運用時，引腳不建議懸空，易受干擾。通俗講就是讓管腳什么都不接，浮空著。信號進入芯片內部后，既沒有接上拉電阻也沒有接下拉電阻，經由觸發器輸入。配置成這個模式后，用電壓變量引腳電壓為1點幾伏，這是個不確定值。由于其輸入阻抗比較大，一般把這種模式用于標準的通訊協議，比如IIC、USART的等。該模式是GD32復位之后的默認模式。

• 上拉輸入：上拉就是把電位拉高，比如拉到Vcc。上拉就是將不確定的信號通過一個電阻嵌位在高電平，電阻同時起限流作用，弱強只是上拉電阻的阻值不同，沒有什么嚴格區分。上拉輸入就是信號進入芯片后加了一個上拉電阻，再經過施密特觸發器轉換成0、1信號，讀取此時的引腳電平為高電平。

• 下拉輸入：就是把電壓拉低，拉到GND。與上拉原理相似。下拉輸入就是信號進入芯片后加了一個下拉電阻，再經過施密特觸發器轉換成0、1信號，讀取此時的引腳電平為低電平。

• 模擬輸入：信號進入后不經過上拉電阻或者下拉電阻，關閉施密特觸發器，經由另一線路把電壓信號傳送到片上外設模塊。模擬輸入是指傳統方式的輸入，數字輸入是輸入PCM數字信號，即0、1的二進制數字信號，通過數模轉換，轉換成模擬信號，經前級放大進入功率放大器，功率放大器還是模擬的。比如傳送給ADC模塊，由ADC采集電壓信號。所以可以理解為模擬輸入的信號是未經處理的信號，是原汁原味的信號。

• 輸出模式
• 開漏輸出：一般用在電平不匹配的場合，如需要輸出5V的高電平。輸出端相當于三極管的集電極，要得到高電平狀態需要上拉電阻才行。適合于做電流型的驅動,其吸收電流的能力相對強(一般20mA以內)。

• 復用開漏輸出：可以理解為GPIO口被用作第二功能時的配置情況（即并非作為通用IO口使用）。端口必須配置成復用開漏功能輸出模式。

• 推挽式輸出：可以輸出高、低電平，連接數字器件；推挽結構一般是指兩個三極管分別受兩個互補信號的控制，總是在一個三極管導通的時候另一個截止。高低電平由IC的電源決定。推挽電路是兩個參數相同的三極管或MOSFET，以推挽方式存在于電路中，各負責正負半周的波形放大任務，電路工作時，兩只對稱的功率開關管每次只有一個導通，所以導通損耗小、效率高。輸出既可以向負載灌電流，也可以從負載抽取電流。推拉式輸出級既提高電路的負載能力，又提高開關速度。

• 推挽式復用輸出：可以理解為GPIO口被用作第二功能時的配置情況（即并非作為通用IO口使用）。端口必須配置成復用推挽功能輸出模式。

2 I/O復用和重映射

2.1 I/O復用

GD32 有很多的內置外設，這些外設的外部引腳都是與 GPIO 復用的。也就是說，一個 GPIO如果可以復用為內置外設的功能引腳，那么當這個 GPIO 作為內置外設使用的時候，就叫做復用。當I/O端口被配置為復用功能時：

● 在開漏或推挽式配置中，輸出緩沖器被打開

● 內置外設的信號驅動輸出緩沖器(復用功能輸出)

● 施密特觸發輸入被激活

● 弱上拉和下拉電阻被禁止

● 在每個APB2時鐘周期，出現在I/O腳上的數據被采樣到輸入數據寄存器

● 開漏模式時，讀輸入數據寄存器時可得到I/O口狀態

● 在推挽模式時，讀輸出數據寄存器時可得到最后一次寫的值

大家都知道，MCU 都有串口，GD32 有好幾個串口。比如說 GD32F207IK有 8個串口，我們可以查手冊知道，串口 0 的引腳對應的 IO 為 PA9,PA10.PA9， PA10 默認功能是 GPIO， 所以當PA9,PA10 引腳作為串口0的 TX,RX 引腳使用的時候，那就是端口復用。

關于串口的內容后面的章節會詳細講解。

2.2 I/O重映射

為了使不同器件封裝的外設 IO 功能數量達到最優，可以把一些復用功能重新映射到其他一些引腳上。 GD32 中有很多內置外設的輸入輸出引腳都具有重映射(remap)的功能。 我們知道每個內置外設都有若干個輸入輸出引腳，一般這些引腳的輸出端口都是固定不變的，為了讓設計工程師可以更好地安排引腳的走向和功能，在 GD32中引入了外設引腳重映射的概念，即一個外設的引腳除了具有默認的端口外，還可以通過設置重映射寄存器的方式，把這個外設的引腳映射到其它的端口。

從表中可以看出，默認情況下，串口 0復用的時候的引腳位 PA9、PA10，同時我們可以將 TX 和 RX 重新映射到管腳 PB6 和 PB7 上面去。所以重映射我們同樣要使能復用功能的時候講解的 2 個時鐘外，還要使能 AFIO 功能時鐘，然后要調用重映射函數。

3 GPIO流水燈硬件電路分析

發光二極管是屬于二極管的一種，具有二級管單向導電特性，即只有在正向電壓（二極管的正極接正，負極接負）下才能導通發光。PF6引腳接發光二極管(LED1)的正極，所以PF6引腳輸出高電平LED1亮，PF6引腳輸出低電平LED1熄滅，其他LED同理。

值得注意的，不同的開發板，LED連接的GPIO一般是不同的，請注意修改。

4 GPIO流水燈寄存器分析

要想真正掌握一款單片機，分析寄存器是必不可少，但是對于GD32來再說，GD已經將寄存器操作封裝成庫函數，開發者只需要調用庫函數即可，對于初學者來說，只需學會使用使用函數即可，對于沒有基礎的讀者朋友就不必細究每個寄存器，當學到一定程度，再來一探究竟吧，筆者再這里只是給出GPIO的寄存配置相關配置表，在后面的章節也是如此。好了，繼續進入正題吧。

每個GPIO端口都有兩個32位配置寄存器(GPIO_CTL0 ，GPIO_CTL1) ，兩個16位數據寄存器 (GPIO_ISTAT和GPIO_OCTL)，一個32位置位寄存器(GPIO_BOP)，一個16位復位寄存器(GPIO_BC)，一個16位鎖定寄存器(GPIO_LOCK)。每個I/O端口位可以自由編程。

點亮LED，基本步驟是：配置寄存器；控制寄存器。庫開發只是將傳統的配置方式編程函數，是的單片機開發變得簡單方便快捷。

我們常用的 IO 端口寄存器只有 4 個： GPIO_CTL0、GPIO_CTL1、 GPIO_OCTL、 GPIO_BOP。其中GPIO_CTL0、GPIO_CTL1 控制著每個 IO 口的模式及輸出速率。

GPIO_CTL0、GPIO_CTL1類似，讀者朋友可以參看《GD32F10x_User_Manual_EN_Rev2.4》數據輸入輸出寄存器是將對應的IO口置位，從而進行數據的輸入與輸出。

5 GPIO 流水燈實現流程

筆者在上文已經分析了GPIO的原理及操作步驟，現在我們就來寫代碼吧。

GPIO是開發GD32最基本的配置，所以掌握GPIO的配置顯得尤為重要。要實現流水燈，一般步驟可以總結為如下：

1. GPIO 時鐘使能；
2. GPIO 端口模式設置；
3. 初始化IO口；
4. 編寫處理函數；

6 GPIO 流水燈實現

6.1 GPIO庫函數

GPIO庫函數相關的庫函數如下：

• gpio_deinit 復位外設GPIO
• gpio_afio_deinit 復位AFIO
• gpio_init GPIO參數初始化
• gpio_bit_set 置位引腳值
• gpio_bit_reset 復位引腳值
• gpio_bit_write 將特定的值寫入引腳
• gpio_port_write 將特定的值寫入一組端口
• gpio_input_bit_get 獲取引腳的輸入值
• gpio_input_port_get 獲取一組端口的輸入值
• gpio_output_bit_get 獲取引腳的輸出值
• gpio_output_port_get 獲取一組端口的輸出值
• gpio_pin_remap_config 配置GPIO引腳重映射
• gpio_pin_remap1_config 配置GPIO引腳重映射1
• gpio_exti_source_select 選擇哪個引腳作為EXTI源
• gpio_ethernet_phy_select 以太網MII或RMII PHY選擇
• gpio_event_output_config 配置事件輸出
• gpio_event_output_enable 事件輸出使能
• gpio_event_output_disable 事件輸出禁能
• gpio_pin_lock 相應的引腳配置被鎖定

6.2 流水燈代碼實現

主函數代碼如下：

/*
    brief      main function
    param[in]  none
    param[out] none
    retval     none
*/
int main(void)
{
    /* configure LED1 GPIO port */
    led_init(LED1);

    /* configure LED2 GPIO port */
    led_init(LED2);

    /* configure LED3 GPIO port */
    led_init(LED3);

    /* configure LED4 GPIO port */
    led_init(LED4);

    while(1) 
    {
        /* turn on LED1, turn off LED4 */
        led_on(LED1);
        led_off(LED4);
        /*delay about 500ms*/
        delay(0xffffff);

        /* turn on LED2, turn off LED1 */
        led_on(LED2);
        led_off(LED1);
        /*delay about 500ms*/
        delay(0xffffff);

        /* turn on LED3, turn off LED2 */
        led_on(LED3);
        led_off(LED2);
        /*delay about 500ms*/
        delay(0xffffff);

        /* turn on LED4, turn off LED3 */
        led_on(LED4);
        led_off(LED3);
        /*delay about 500ms*/
        delay(0xffffff);
    }
}

代碼還是比較簡單的，首先開啟GPIO的時鐘，然后對GPIO初始化，主要是設置模式和速率，GPIO的初始化代碼如下：

/*
    brief      configure led GPIO
    param[in]  lednum: specify the led to be configured
      arg        LED1
      arg        LED2
      arg        LED3
      arg        LED4
    param[out] none
    retval     none
*/
void led_init(led_typedef_enum lednum)
{
    /* enable the led clock */
    rcu_periph_clock_enable(GPIO_CLK[lednum]);

    /* configure led GPIO port */
    gpio_init(GPIO_PORT[lednum], GPIO_MODE_OUT_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN[lednum]);

    GPIO_BC(GPIO_PORT[lednum]) = GPIO_PIN[lednum];
}

然后就可以控制GPIO高低電平了。

7 實驗現象

將編譯好的程序下載到板子中，可以看到四個LED燈依次閃爍。

審核編輯：湯梓紅