GPIO
- 基于8086指令集的51单片机
51单片机有4个双向并行IO口：P0、P1、P2、P3
- P0为三态双向口,其驱动能力比较大,可驱动高达8个TTL电路
- P1、P2、P3为准双向口,其负载能力比较低,只能驱动4个TTL电路
PS：作为输入时,IO总线需要被拉成高电平,故称准双向口
- 基于ARM cortex M3 的STM32单片机
当单片机类型从8位升级到32位之后，51的io口寄存器驱动方法就不再适合32系列的单片机，ARM便采用GPIO的形式驱动io口。
General Purpose Input Output （通用输入/输出接口）简称为GPIO，或总线扩展器，人们利用工业标准I2C、SMBus或SPI接口简化了I/O口的扩展。当微控制器或芯片组没有足够的I/O端口，或当系统需要采用串行通信或控制时，GPIO产品能够提供额外的控制和监视功能。
STM32 的 IO 口相比 51 而言要复杂得多，所以使用起来也困难很多。首先 STM32 的 IO 口 可以由软件配置成如下 8 种模式:
- 输入浮空 IN_FLOATING
- 输入上拉 IPU
- 输入下拉 IPD
- 模拟输入 AIN
- 开漏输出 OD
- 推挽输出 PP
- 推挽式复用功能 AF_PP
- 开漏复用功能AF_OD
一般常用的就是PP、IPU和IPD，AF_PP用在复用gpio的功能上，stm32的每个io口都是可以自由编程的，但每一个io口寄存器都是要32位访问，这里就带来了和51完全不同的操作方式，因为八个位是一个一个，对于16进制来说，就是四位。也就是没操作一次io口，用寄存器的方法配置输出模式：
IO寄存器.png
但是对于嵌入式开发来说，如此庞大的寄存器配置，无疑对工程师来说是负担。所以st专门开发了标准库SPL、硬件抽象层库HAL和底层库LL。
其中的LL是兼容SPL和HAL的，所以最新推出，原因是HAL库对于大部分32芯片是完全兼容的，但是是面向底层的，所以相比于SPL来说，还是比较难读懂的。不像SPL是通俗易懂的，完全可以通过函数名来打包自己的硬件库函数进行操作。
例如：
使用寄存器对stm32的PB5和PE5进行io配置高电平：
void LED_Init(void) {
GPIOB->BRR=GPIO_Pin_5;//LED0亮
GPIOE->BRR=GPIO_Pin_5;//LED1亮
}
使用SPL库对stm32的PB5和PE5进行io配置高电平：
void LED_Init(void) {
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd
(
RCC_APB2Periph_GPIOB| RCC_APB2Periph_GPIOE,
ENABLE
);//使能 PB,PE 端口时钟
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //推挽输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);//PB.5 输出高
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5;
GPIO_Init(GPIOE, &GPIO_InitStructure);
GPIO_SetBits(GPIOE,GPIO_Pin_5);//PE.5 输出高
}
使用HAL库对stm32的PB0和PB1进行io配置高电平：
void LED_Init(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_Initure;
__HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE(); //开启GPIOB时钟
GPIO_Initure.Pin=GPIO_PIN_0|GPIO_PIN_1; //PB1,0
GPIO_Initure.Mode=GPIO_MODE_OUTPUT_PP; //推挽输出
GPIO_Initure.Pull=GPIO_PULLUP; //上拉
GPIO_Initure.Speed=GPIO_SPEED_HIGH; //高速
HAL_GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_Initure);
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_0,GPIO_PIN_SET);
//PB0置1，默认初始化
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_1,GPIO_PIN_SET);
//PB1置1，默认初始化
}
对于操作io口的配置方式，st给出了三种方法来编程io口，各有各的优点和缺点，在使用过程中要考虑实际情况来使用。
GPIO位操作
位操作代码在 sys.h 文件中，实现对 STM32 各个 IO 口的位操作，包括读入和输出。当然 在这些函数调用之前，必须先进行 IO 口时钟的使能和 IO 口功能定义。此部分仅仅对 IO 口进 行输入输出读取和控制。
位带操作简单的说，就是把每个比特膨胀为一个 32 位的字，当访问这些字的时候就达到了 访问比特的目的，比如说 BSRR 寄存器有 32 个位，那么可以映射到 32 个地址上，我们去访问 这 32 个地址就达到访问 32 个比特的目的。这样我们往某个地址写 1 就达到往对应比特位写 1 的目的，同样往某个地址写 0 就达到往对应的比特位写 0 的目的。位带操作在实际开发中可能只是用来 IO 口的输入输出还比较方便，其他操作在日常开发中也基本很少用。
//位带操作,实现51类似的GPIO控制功能
//具体实现思想,参考<<CM3权威指南>>第五章(87页~92页).
//IO口操作宏定义
#define BITBAND(addr, bitnum) ((addr & 0xF0000000)
+0x2000000+((addr &0xFFFFF)<<5)+(bitnum<<2))
#define MEM_ADDR(addr) *((volatile unsigned long *)(addr))
#define BIT_ADDR(addr, bitnum) MEM_ADDR(BITBAND(addr, bitnum))
//IO口地址映射
#define GPIOA_ODR_Addr (GPIOA_BASE+12) //0x4001080C
#define GPIOB_ODR_Addr (GPIOB_BASE+12) //0x40010C0C
#define GPIOC_ODR_Addr (GPIOC_BASE+12) //0x4001100C
#define GPIOD_ODR_Addr (GPIOD_BASE+12) //0x4001140C
#define GPIOE_ODR_Addr (GPIOE_BASE+12) //0x4001180C
#define GPIOF_ODR_Addr (GPIOF_BASE+12) //0x40011A0C
#define GPIOG_ODR_Addr (GPIOG_BASE+12) //0x40011E0C
#define GPIOA_IDR_Addr (GPIOA_BASE+8) //0x40010808
#define GPIOB_IDR_Addr (GPIOB_BASE+8) //0x40010C08
#define GPIOC_IDR_Addr (GPIOC_BASE+8) //0x40011008
#define GPIOD_IDR_Addr (GPIOD_BASE+8) //0x40011408
#define GPIOE_IDR_Addr (GPIOE_BASE+8) //0x40011808
#define GPIOF_IDR_Addr (GPIOF_BASE+8) //0x40011A08
#define GPIOG_IDR_Addr (GPIOG_BASE+8) //0x40011E08
//IO口操作,只对单一的IO口!
//确保n的值小于16!
#define PAout(n) BIT_ADDR(GPIOA_ODR_Addr,n) //输出
#define PAin(n) BIT_ADDR(GPIOA_IDR_Addr,n) //输入
#define PBout(n) BIT_ADDR(GPIOB_ODR_Addr,n) //输出
#define PBin(n) BIT_ADDR(GPIOB_IDR_Addr,n) //输入
#define PCout(n) BIT_ADDR(GPIOC_ODR_Addr,n) //输出
#define PCin(n) BIT_ADDR(GPIOC_IDR_Addr,n) //输入
#define PDout(n) BIT_ADDR(GPIOD_ODR_Addr,n) //输出
#define PDin(n) BIT_ADDR(GPIOD_IDR_Addr,n) //输入
#define PEout(n) BIT_ADDR(GPIOE_ODR_Addr,n) //输出
#define PEin(n) BIT_ADDR(GPIOE_IDR_Addr,n) //输入
#define PFout(n) BIT_ADDR(GPIOF_ODR_Addr,n) //输出
#define PFin(n) BIT_ADDR(GPIOF_IDR_Addr,n) //输入
#define PGout(n) BIT_ADDR(GPIOG_ODR_Addr,n) //输出
#define PGin(n) BIT_ADDR(GPIOG_IDR_Addr,n) //输入
GPIO的小tips
- stm32的io口虽然很多支持ft格式的电平，但是电流比较小，难以带的动大功率的电机，例如步进和空心杯等等
- stm的io口和其他类型的单片机一样，对于SPI和IIC都可以进行模拟电平时间进行模拟通信协议进行通信，对于初学者来说，最好照着时序图操作一遍，对于io口和通信协议的配置的记忆有着很大的帮助。
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