[MCU] 对GPIO操作如何避免入坑？

白虎姐 2021-10-9 11:09 楼主

在使用单片机时对GPIO操作是最基础的操作，即使这种操作如果不注意还是会掉到坑里去。

例如：使用同一组GPIO端口中的两个引脚（PA00和PA01）做输出，PA00在主循环中改变输出状态，PA01通过中断方式改变输出状态。正常的情况应该是PA00只在主循环中改变输出状态，而PA01只会在中断发生时改变输出状态。但是，随着程序运行时间的加长或者在主循环中提高PA00输出的频率，会发现本应该在中断中完成状态改变的PA01，个别时候状态会不发生改变。而在中断服务程序中设置断点，进行debug发现中断可以正常进入，也能正常改变PA01的输出状态。要想分析造成这个情况的原因可以从官方提供的DDL库入手来分析。

华大单片机M0+系列芯片在对GPIO端口输出电平操作时，DDL库提供了如下两种方法：

方法1：

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/*****************************************************************************
** \brief GPIO IO输出值写入
**
** \param [in] enPort IO Port口
** \param [in] enPin IO Pin脚
** \param [out] bVal 输出值
**
** \retval en_result_t Ok 设置成功
** 其他值设置失败
******************************************************************************/
en_result_t Gpio_WriteOutputIO(en_gpio_port_t enPort, en_gpio_pin_t enPin, boolean_t bVal)
{
SetBit(((uint32_t)&M0P_GPIO->PAOUT + enPort), enPin, bVal); return Ok;
}

方法2：

/*******************************************************************************
** \brief GPIO IO设置
**
** \param [in] enPort IO Port口
** \param [in] enPin IO Pin脚
**
** \retval en_result_t Ok 设置成功
** 其他值设置失败
******************************************************************************/
en_result_t Gpio_SetIO(en_gpio_port_t enPort, en_gpio_pin_t enPin)
{
SetBit(((uint32_t)&M0P_GPIO->PABSET + enPort), enPin, TRUE); return Ok;
}
/******************************************************************************
** \brief GPIO IO清零
**
** \param [in] enPort IO Port口
** \param [in] enPin IO Pin脚
**
** \retval en_result_t Ok 设置成功
** 其他值设置失败
******************************************************************************/
en_result_t Gpio_ClrIO(en_gpio_port_t enPort, en_gpio_pin_t enPin)
{
SetBit(((uint32_t)&M0P_GPIO->PABCLR + enPort), enPin, TRUE); return Ok;
}

方法1是对整个PxOUT寄存器进行的操作，查看用户手册关于此寄存器的说明如下图：

当PxOUT寄存器对应位为1时，对应的引脚输出高电平，反之输出低电平。

方法2是通过置位寄存器引脚对应位的置1完成引脚输出高电平的操作，寄存器说明如下图：

通过清零寄存器引脚对应位置1完成引脚输出低电平的操作，寄存器说明如下图：

上述输出不正常的现象是因为使用了方法1进行的操作。在主循环中对PA00输出状态的改变通过PAOUT寄存器来完成，假如PORTA所有引脚都为低电平时，让PA00输出高电平，方法1的操作是把0X0001写入到PAOUT寄存器就可以实现。在ARM的汇编指令中要把0X0001写入到PAOUT必须借助于通用寄存器（r0~r7）来实现。当CPU刚完成0X0001移入到通用寄存器时，中断发生，CPU会把通用寄存器保存起来，然后响应中断，在中断中PA01输出高电平PAOUT值为0X0002，之后退出中断。退出中断后，CPU会恢复中断之前通用寄存器的值（0X0001），再继续把通用寄存器的值存入到PAOUT。这时PAOUT的值是0X0001，只有PA00输出高电平，而PA01没有输出高电平。这种现象就是端口的竞争-冒险现象。

在使用芯片的时候不希望这竞争-冒险现象出现，通过方法2的操作完全可以避免此现象的出现。因为方法2是对寄存器的位进行操作，每次操作的时候只有对应的位进行置位或清零，其它位值为0的时候不影响输出的结果。

因此小编建议大家在开发的时候对GPIO端口输出操作时，使用方法2的方式来操作。