11. GPIO输出——使用FSP库点亮LED灯¶

本章配套视频介绍:

《13-GPIO输出–使用FSP库点亮LED灯》

https://www.bilibili.com/video/BV1Wu4y1X7ps/

关于 IOPORT 的详细分析，我们不再赘述，请读者参考前面“第一个实验：用寄存器点亮LED灯”章节。

11.1. 硬件设计¶

野火启明6M5开发板的 LED 电路图如图所示。

野火启明4M2开发板的 LED 电路图如下图所示。

野火启明2L1开发板的 LED 电路图如下图所示。

11.2. 软件设计¶

注：本小节所述的软件代码是以启明6M5开发板为例，使用启明4M2开发板和启明2L1开发板的读者可打开配套的“11_GPIO_LED”例程查看相应的代码，其中的差别并不大。

11.2.1. 新建工程¶

对于 e2 studio 开发环境：: 拷贝一份我们之前的 e2s 工程模板 “05_Template”，然后将工程文件夹重命名为 “11_GPIO_LED”，最后再将它导入到我们的 e2 studio 工作空间中。
对于 Keil 开发环境：: 拷贝一份我们之前的 Keil 工程模板 “06_Template”，然后将工程文件夹重命名为 “11_GPIO_LED”，并进入该文件夹里面双击 Keil 工程文件，打开该工程。

工程新建好之后，在工程根目录的 “src” 文件夹下面新建 “led” 文件夹，再进入 “led” 文件夹里面新建 led 驱动的源文件和头文件：“bsp_led.c” 和 “bsp_led.h”。工程文件结构如下。

文件结构¶

11_GPIO_LED
├─ ......
└─ src
   ├─ led
   │  ├─ bsp_led.c
   │  └─ bsp_led.h
   └─ hal_entry.c

警告

注意：对于使用 Keil 开发环境的用户，将代码文件放到 “src” 文件夹下之后， Keil 软件并不会自动将它们加入到工程，这时候需要打开 RASC FSP 配置界面，点击一次单击右上角的 “Generate Project Content” 按钮，从而 “src” 文件夹下的代码文件就会被自动加入进工程中。接着关闭 FSP 配置界面返回到 Keil，然后进行一次编译后会弹出一个提示框提示工程结构发生了变化，点击确定即可。对于使用 e2 studio 的用户则不需要如此。

11.2.2. FSP配置¶

首先打开 “11_GPIO_LED” 项目的 FSP 配置界面，接下来我们要在这个界面里配置芯片的引脚。以下的配置过程是以启明6M5开发板为例，启明4M2/2L1开发板的配置方法也是一样的，只是需要配置的LED引脚不同。

在 FSP 配置界面里面点开 “Pins”-> “Ports”-> “P4”-> “P400”，然后将连接到LED灯的 IO 引脚的 “Mode” 属性配置为 “Output mode (Initial High)”，表示该引脚默认输出高电平，其他的属性默认即可。其他两个LED引脚 “P403”、“P404” 也是按照这样进行配置。

Pin Configuration 页面的 IOPORT 属性介绍：

IOPORT 属性介绍¶
IOPORT 属性	描述
Mode	IO引脚的工作模式，包括输入模式和输出模式，选择输出模式时可以设置引脚的初始输出电平。
Pull up	IO引脚是否上拉。
Drive Capacity	IO引脚的驱动能力设置。
Output type	IO引脚的输出类型。可以选 CMOS 推挽输出或开漏输出。

三个 LED 引脚都配置完成之后的配置界面如图所示。

配置完成之后按下快捷键 “Ctrl + S” 保存，最后点右上角的 “Generate Project Content” 图标，让软件根据我们的设置自动生成配置代码即可。

对于 Keil 这边 RASC 的 FSP 配置也是一样的，需要先通过 RASC 软件打开 Keil 工程相关的 FSP 配置界面。具体的方法在本教程前面的章节已经详述过了，这里不再重复说明。

如果从左侧“项目资源管理器”打开工程目录下的 “ra_gen/pin_data.c” 源文件，就会看到 g_bsp_pin_cfg_data 数组中已经加入了LED引脚的配置数据，如下图所示。在 IOPORT 初始化的时候，它们会被用来对引脚进行初始化配置。

11.2.3. hal_entry入口函数¶

当使用 RTOS 时，程序从 main 函数开始进行线程调度；当没有使用 RTOS 时，C语言程序的入口函数 main 函数调用了 hal_entry 函数。由于我们新建的工程是没有选用 RTOS 的，因此，用户程序从 hal_entry 函数开始执行。我们直接打开 “\src\hal_entry.c” 文件，在 hal_entry 函数里面编写我们的代码。

想要实现LED灯的闪烁效果，其思路非常地简单：首先初始化配置 LED 引脚，然后在一个死循环里面重复此流程：LED 灯亮，延时1s，LED 灯灭，延时1s，然后 LED 灯又亮。如此反复循环，就能实现 LED 灯的闪烁效果。

首先，我们需要通过 R_IOPORT_Open 函数来初始化 IOPORT 模块，在调用 R_IOPORT_Open 函数时，需要传入控制块参数 g_ioport_ctrl 和配置参数 g_ioport.p_cfg。

//调用 R_IOPORT_Open 函数来初始化 IOPORT 模块
R_IOPORT_Open (&g_ioport_ctrl, g_ioport.p_cfg);

注解

实际上，由于在 R_BSP_WarmStart 函数中已经打开了一个 IOPORT 模块，因此并不需要重复打开 IOPORT 模块，虽然重复打开也不会出错。 R_BSP_WarmStart 函数将会在后面的“FSP库启动文件详解”章节介绍到，这里可暂且忽略。

成功打开 IOPORT 模块后，说明 IO 引脚已经全部初始化完成。接着让程序继续往下执行，进入到 while(1) 死循环。在 while(1) 循环里，我们使用 R_IOPORT_PinWrite 和 R_BSP_SoftwareDelay 这两个函数来实现前面所述的思路。

使用 R_IOPORT_PinWrite 函数可以控制引脚的输出高低电平，从而控制 LED 灯的亮灭。它的第一个参数需要传入控制块 g_ioport_ctrl，第二个参数传入IO端口和引脚号，第三个参数传入IO引脚电平。

fsp_err_t R_IOPORT_PinWrite (ioport_ctrl_t * const p_ctrl, bsp_io_port_pin_t pin, bsp_io_level_t level);

使用 R_BSP_SoftwareDelay 函数可以进行延时，LED 灯维持亮和灭这两种状态的时间由此函数决定。它的第一个参数表示延时的时间量，第二个参数表示时间单位。

void R_BSP_SoftwareDelay (uint32_t delay, bsp_delay_units_t units);

时间单位参数可选：

BSP_DELAY_UNITS_SECONDS，表示秒；
BSP_DELAY_UNITS_MILLISECONDS，表示毫秒；
BSP_DELAY_UNITS_MICROSECONDS，表示微秒。

以启明6M5开发板为例，完整代码如下：代码清单11_1

代码清单 11-1：hal_entry 入口函数¶

 void hal_entry(void)
 {
     /* TODO: add your own code here */

     /* 初始化配置引脚（这里重复初始化了，可以注释掉） */
     R_IOPORT_Open (&g_ioport_ctrl, g_ioport.p_cfg);

     while(1)
     {
         R_IOPORT_PinWrite(&g_ioport_ctrl, BSP_IO_PORT_04_PIN_00, BSP_IO_LEVEL_LOW); //LED1亮
         R_IOPORT_PinWrite(&g_ioport_ctrl, BSP_IO_PORT_04_PIN_03, BSP_IO_LEVEL_LOW); //LED2亮
         R_IOPORT_PinWrite(&g_ioport_ctrl, BSP_IO_PORT_04_PIN_04, BSP_IO_LEVEL_LOW); //LED3亮
         R_BSP_SoftwareDelay(1, BSP_DELAY_UNITS_SECONDS); //延时1秒
         R_IOPORT_PinWrite(&g_ioport_ctrl, BSP_IO_PORT_04_PIN_00, BSP_IO_LEVEL_HIGH); //LED1灭
         R_IOPORT_PinWrite(&g_ioport_ctrl, BSP_IO_PORT_04_PIN_03, BSP_IO_LEVEL_HIGH); //LED2灭
         R_IOPORT_PinWrite(&g_ioport_ctrl, BSP_IO_PORT_04_PIN_04, BSP_IO_LEVEL_HIGH); //LED3灭
         R_BSP_SoftwareDelay(1, BSP_DELAY_UNITS_SECONDS); //延时1秒
     }

 #if BSP_TZ_SECURE_BUILD
     /* Enter non-secure code */
     R_BSP_NonSecureEnter();
 #endif
 }

到此，我们已经完全实现了让 LED 闪烁的效果，读者可以跳到“下载验证”小节验证其实际效果。按照编写驱动程序的一般要求，我们可以把 LED 的驱动单独拿出来，放到独立的源文件/头文件里面进行封装。接下来将介绍封装 LED 设备驱动程序的一般方法。

11.2.4. 封装 LED 设备驱动程序¶

让我们重新规划一下我们的工程结构。在 src 文件夹里面新建一个“led”文件夹，再在该文件夹里面新建两个文件：“bsp_led.c”和“bsp_led.h”，如同前面“新建工程”小节所述，把它们加入到我们的工程中。这两个文件的内容如下。

代码清单 11-2：led/bsp_led.h¶

#ifndef __BSP_LED_H
#define __BSP_LED_H
#include "hal_data.h"

/* LED引脚置低电平 LED灯亮 */
#define LED1_ON     R_IOPORT_PinWrite(&g_ioport_ctrl, BSP_IO_PORT_04_PIN_00, BSP_IO_LEVEL_LOW)
#define LED2_ON     R_IOPORT_PinWrite(&g_ioport_ctrl, BSP_IO_PORT_04_PIN_03, BSP_IO_LEVEL_LOW)
#define LED3_ON     R_IOPORT_PinWrite(&g_ioport_ctrl, BSP_IO_PORT_04_PIN_04, BSP_IO_LEVEL_LOW)

/* LED引脚置高电平 LED灯灭 */
#define LED1_OFF    R_IOPORT_PinWrite(&g_ioport_ctrl, BSP_IO_PORT_04_PIN_00, BSP_IO_LEVEL_HIGH)
#define LED2_OFF    R_IOPORT_PinWrite(&g_ioport_ctrl, BSP_IO_PORT_04_PIN_03, BSP_IO_LEVEL_HIGH)
#define LED3_OFF    R_IOPORT_PinWrite(&g_ioport_ctrl, BSP_IO_PORT_04_PIN_04, BSP_IO_LEVEL_HIGH)

/* 使用寄存器来实现 LED灯翻转 */
#define LED1_TOGGLE R_PORT4->PODR ^= 1<<(BSP_IO_PORT_04_PIN_00 & 0xFF)
#define LED2_TOGGLE R_PORT4->PODR ^= 1<<(BSP_IO_PORT_04_PIN_03 & 0xFF)
#define LED3_TOGGLE R_PORT4->PODR ^= 1<<(BSP_IO_PORT_04_PIN_04 & 0xFF)


/* LED初始化函数 */
void LED_Init(void);

#endif

代码清单 11-3：led/bsp_led.c¶

#include "bsp_led.h"

/* LED初始化函数 */
void LED_Init(void)
{
   /* 初始化配置引脚（这里重复初始化了，可以注释掉） */
   R_IOPORT_Open (&g_ioport_ctrl, g_ioport.p_cfg);
}

在 “hal_entry.c” 文件中添加对头文件 “bsp_led.h” 的包含，然后将 hal_entry 入口函数的内容改为如下。

代码清单 11-4：hal_entry入口函数¶

/* 用户头文件包含 */
#include "led/bsp_led.h"

void hal_entry(void)
{
   /* TODO: add your own code here */

   LED_Init(); // LED 初始化

   while(1)
   {
      LED1_ON; // LED1亮
      LED2_ON; // LED2亮
      LED3_ON; // LED3亮
      R_BSP_SoftwareDelay(1, BSP_DELAY_UNITS_SECONDS); //延时1秒
      LED1_OFF; // LED1灭
      LED2_OFF; // LED2灭
      LED3_OFF; // LED3灭
      R_BSP_SoftwareDelay(1, BSP_DELAY_UNITS_SECONDS); //延时1秒
   }


#if BSP_TZ_SECURE_BUILD
   /* Enter non-secure code */
   R_BSP_NonSecureEnter();
#endif
}

通过这种方式来封装硬件的驱动程序可以使程序看起来更简单与清晰，并且会让我们以后的开发变得更加的顺畅。

11.3. 下载验证¶

将程序编译并下载到开发板之后，按下复位按键来复位开发板，可以观察到开发板上面除了电源指示灯之外的三个 LED 灯在同时缓慢闪烁，三个 LED 灯每秒钟改变一次亮灭的状态。