[嵌入式]配置MM32微控制器引脚复用功能

配置MM32微控制器引脚复用功能

Introduction

使用过NXP（FSL）微控制器的开发者在配置引脚复用功能，仅在PORT模块中，对应引脚的的PCR寄存器的MUX字段中选定该引脚的复用功能即可。但笔者最近在使用MM32微控制器（MM32F3270）过程中，在配置引脚复用功能上遇到了一些麻烦。MM32微控制器在用户接口的设计上，走的是近似ST的风格，相对于NXP将GPIO（一个通用的控制GPIO的外设）和PORT（同具体芯片相关的复用功能）两个模块分开，分别用于管理仅作为数字IO信号的输入输出，和端口的电气特性，MM32的GPIO外设混合了GPIO和PORT的功能，并把PORT中的引脚异步中断的功能，又分散到了EXTI模块和SYSCFG模块（SYSCFG_EXTICRn）中。

本文整理如何在MM32微控制器上配置引脚复用功能。

现在看来，后续还需要专门整理一下如何使用MM32的引脚中断，要混合GPIO、EXTI、SYSCFG等三个模块才能把引脚中断配起来。

Algorithm

配置MM32的引脚复用功能，需要同时配置GPIO模块的电气特性相关寄存器（CR）和复用功能选择寄存器（AFR），句柄这两个部分的设定需要按照特定搭配起来，才能正常工作。

GPIOx_CR寄存器

这里的x指代A、B、… 、H，每个端口都有。CR寄存器分为高8位（CRH）和低8位（CRL），总共对应一个端口的16个引脚。CRH和CRL合起来的64个bit位，每4个bit对应一个引脚，但在手册中，将这4个bit分成了两个区域（CNFn和MODEn）进行描述。

本文换一种更清爽的描述方式：

当选定“数字上拉/下拉输入模式”时，至于是上拉，还是下拉，根据手册上的描述，需要用户通过ODR寄存器向输出端口上写个电平控制信号。GPIO_ODR寄存器是当指定GPIO引脚为GPIO输出时，控制输出引脚的电平。看样子，这里的上下拉配置，实际上是要用GPIO模块自己的输出电路（虽然软件上未使能）拉动自己的输入信号。这让我想起了多年前51单片机端口电路的用法，51单片机的P0上所有的引脚都是开漏的，本身并没有输入输出的配置，并且需要外部上拉电路，默认是输出功能，但当需要使用输入功能时，必须先向引脚写1，然后才能读数，也是用自己的输出电路给自己的输入做了个上拉。

GPIOx_AFR寄存器

GPIOx_AFR寄存器也为高8位（AFRH）和低8位（AFRL），总共64个bit位，每4位对应一个引脚。每个引脚可以配置成16个复用功能中的一个。其中可选的复用功能，就要在datasheet文档中的引脚复用功能表格查阅了。

这里要注意：

• 如果要使用GPIO功能，必须将对应引脚的AFRn写成0xF，哪怕GPIOx_CR寄存器中配置该引脚是数字输入输出模式也不行，下一节会专门讲这种映射关系的约束情况。
• 并不是所有引脚的AFRn的默认值都是0xF。例如JTAG（还包含SWD未使用的引脚）、BOOT0和ISP相关功能引脚，上电后的默认值都是对应的功能引脚。因此建议哪怕是使用GPIO功能，也例行将其对应的AFRn值指定为0xF。

GPIOx_CR & GPIOx_AFR寄存器

前文提到，对于某一个引脚，只有其CR[MODE]和AFR[AFRn]按照某种特定的配置组合，才能起作用。

关于这些特定的配置组合，千万注意，不能主观从字面上想当然地认为在AFR[AFRn]中选定为复用功能，复用功能的信号就能正常工作了。必须要明确是复用输出功能模式和输入模式：

• 对复用功能的输出信号，需指定复用推挽输出模式
• 对复用功能的输入信号，需指定浮动输入模式。注意，这个浮空输入模式，不仅在复用功能时用到，在GPIO功能时也会用到。
• 对复用功能的输入信号，也可指定为数字上拉/下拉输入模式。这个模式本应该仅支持GPIO功能。

实际上，这也是迷惑我多次并严重影响开发效率的问题点。这种映射关系不具备通用性，仅能通过具体特例展现出来。

TIM

UART

SPI_MASTER

SPI_SLAVE

I2C

CAN

ADC

FSMC

所有FSMC信号，无论实际信号的方向，全部设定为“复用推挽输出模式”。

QSPI

所有QSPI信号，无论实际信号的方向，全部设定为“复用推挽输出模式”。

DAC

DAC输出也使用“模拟输入模式”？！！，没错，是的。实际上这里应该将“模拟输入模式”，理解成为“模拟信号模式”，模拟输入和模拟输出都用这个选项。

COMP

SDIO

SDIO所有引脚的功能均需配置成复用推挽输出模式。

USB

一旦启用USB外设模块，USB相关引脚自动切换为USB功能，此时对应引脚的GPIO配置全部失效。USB功能高于GPIO的配置。例如在MM32F3270芯片上，USB功能的引脚也可以被复用成UART的功能，一旦启用USB功能，原本工作的UART引脚就会失效。

也有常见的做法，是将USB引脚单独拿出来，固定为USB功能，不做复用配置。

Practice

考虑到跟手册尽量保持一致，在SDK的驱动中，对应将复用功能的配置也纳入到gpio驱动中。

typedef enum
{
    GPIO_PinMode_In_Analog      = 0x00u,  /*!< Analog input. */
    GPIO_PinMode_In_Floating    = 0x04u,  /*!< Floating input. */
    GPIO_PinMode_In_PullDown    = 0x28u,  /*!< Pull down input. */
    GPIO_PinMode_In_PullUp      = 0x48u,  /*!< Pull up input. */
    GPIO_PinMode_Out_OpenDrain  = 0x14u,  /*!< Universal open drain output. */
    GPIO_PinMode_Out_PushPull   = 0x10u,  /*!< Universal push-pull output. */
    GPIO_PinMode_AF_OpenDrain   = 0x1Cu,  /*!< Multiplex open drain output. */
    GPIO_PinMode_AF_PushPull    = 0x18u,  /*!< Multiplex push-pull output. */
} GPIO_PinMode_Type;

在SDK的工程结构中，将配置引脚的程序统一放入pin_init.c文件中的Board_InitPins()函数中，通过GPIO_Initf()和GPIO_PinAFConf()两个API配置一个引脚的复用功能。现在看来，既然这两部分的功能都放在同一个外设模块中，也可以考虑把这两个功能合并成一个API，相当于这两部分的功能，就对应PORT模块配置引脚复用功能。

void BOARD_InitPins(void)
{
    GPIO_Init_Type gpio_init;

    /* PB6 - UART1_TX. */
    gpio_init.Pins  = GPIO_PIN_6;
    gpio_init.PinMode  = GPIO_PinMode_AF_PushPull;
    gpio_init.Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOB, &gpio_init);
    GPIO_PinAFConf(GPIOB, gpio_init.Pins, GPIO_AF_7);

    /* PB7 - UART1_RX. */
    gpio_init.Pins  = GPIO_PIN_7;
    gpio_init.PinMode  = GPIO_PinMode_In_Floating;
    gpio_init.Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOB, &gpio_init);
    GPIO_PinAFConf(GPIOB, gpio_init.Pins, GPIO_AF_7);

    /* PC12 - SDIO_CLK. */
    gpio_init.Pins  = GPIO_PIN_12;
    gpio_init.PinMode  = GPIO_PinMode_AF_PushPull;
    gpio_init.Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOC, &gpio_init);
    GPIO_PinAFConf(GPIOC, GPIO_PIN_12, GPIO_AF_12);

    /* PD2  - SDIO_CMD. */
    gpio_init.Pins  = GPIO_PIN_2;
    gpio_init.PinMode  = GPIO_PinMode_AF_PushPull;
    gpio_init.Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOD, &gpio_init);
    GPIO_PinAFConf(GPIOD, GPIO_PIN_2, GPIO_AF_12);

    /* PC8  - SDIO_DAT0. */
    gpio_init.Pins  = GPIO_PIN_8;
    gpio_init.PinMode  = GPIO_PinMode_AF_PushPull;
    gpio_init.Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOC, &gpio_init);
    GPIO_PinAFConf(GPIOC, GPIO_PIN_8, GPIO_AF_12);

    /* PC9  - SDIO_DAT1. */
    gpio_init.Pins  = GPIO_PIN_9;
    gpio_init.PinMode  = GPIO_PinMode_AF_PushPull;
    gpio_init.Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOC, &gpio_init);
    GPIO_PinAFConf(GPIOC, GPIO_PIN_9, GPIO_AF_12);

    /* PC10 - SDIO_DAT2. */
    gpio_init.Pins  = GPIO_PIN_10;
    gpio_init.PinMode  = GPIO_PinMode_AF_PushPull;
    gpio_init.Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOC, &gpio_init);
    GPIO_PinAFConf(GPIOC, GPIO_PIN_10, GPIO_AF_12);

    /* PC11 - SDIO_DAT3. */
    gpio_init.Pins  = GPIO_PIN_11;
    gpio_init.PinMode  = GPIO_PinMode_AF_PushPull;
    gpio_init.Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOC, &gpio_init);
    GPIO_PinAFConf(GPIOC, GPIO_PIN_11, GPIO_AF_12);
}

Conclusion

。。。

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