STM32
STM32. Работа с базовыми портами ввода/вывода.
Дискретные порты ввода/вывода являются основой любого микроконтроллера. Их наличие выделяет данный тип процессоров среди всех остальных. При изучении каждого нового контроллера, именно дискретные порты рассматриваются в первую очередь. Работа с базовыми портами ввода/вывода или GPIO в микроконтроллерах STM32, отличается от 8-ми битных систем в основном большим количеством используемых регистров. Эти регистры описаны в фирменной документации RM0041 Reference manual STM32F100xx advanced ARM-based 32-bit MCUs. Ниже приведена информация по конфигурации GPIO и работе с ними.
Порты ввода/вывода GPIO в STM32 имеют по 16 линий, каждая из которых может быть настроена необходимым образом. Поддерживаются функции цифрового ввода, цифрового вывода, входа внешнего прерывания, а также функции ввода/вывода других модулей микроконтроллера. Программирование STM32 для работы с GPIO основано на использовании регистров конфигурации, чтения, записи, защиты конфигурации и регистра битового доступа.
Регистры конфигурации порта.
Port configuration register low (GPIOx_CRL) (x=A..G)
Port configuration register high (GPIOx_CRH) (x=A..G)
Для программирования режимов работы портов ввода/вывода STM32, используются два 32 разрядных регистра для каждого GPIO. Они позволяют произвольно настроить режим работы любой отдельной линии. Регистр GPIOx_CRL отвечает за линии с номерами от 0 до 7, GPIOx_CRH – за линии 8-15. Для каждой из них в регистре имеется два двухразрядных поля CNFy[1:0] и MODEy[1:0]. Первое определяет тип работы линии, второе – направление обмена по линии. все биты доступны для чтения/записи.
Регистр GPIOx_CRL
|
Бит регистра |
31 |
30 |
29 |
28 |
27 |
26 |
25 |
24 |
23 |
22 |
21 |
20 |
19 |
18 |
17 |
16 |
|
Поле |
CNF7[1:0] |
MODE7[1:0] |
CNF6[1:0] |
MODE6[1:0] |
CNF5[1:0] |
MODE5[1:0] |
CNF4[1:0] |
MODE4[1:0] |
||||||||
|
Линия ввода/вывода |
7 |
6 |
5 |
4 |
||||||||||||
|
Бит регистра |
15 |
14 |
13 |
12 |
11 |
10 |
9 |
8 |
7 |
6 |
5 |
4 |
3 |
2 |
1 |
0 |
|
Поле |
CNF3[1:0] |
MODE3[1:0] |
CNF2[1:0] |
MODE2[1:0] |
CNF1[1:0] |
MODE1[1:0] |
CNF0[1:0] |
MODE0[1:0] |
||||||||
|
Линия ввода/вывода |
3 |
2 |
1 |
0 |
||||||||||||
Регистр GPIOX_CRH
|
Бит регистра |
31 |
30 |
29 |
28 |
27 |
26 |
25 |
24 |
23 |
22 |
21 |
20 |
19 |
18 |
17 |
16 |
|
Поле |
CNF15[1:0] |
MODE15[1:0] |
CNF14[1:0] |
MODE14[1:0] |
CNF13[1:0] |
MODE12[1:0] |
CNF12[1:0] |
MODE12[1:0] |
||||||||
|
Линия ввода/вывода |
15 |
14 |
13 |
12 |
||||||||||||
|
Бит регистра |
15 |
14 |
13 |
12 |
11 |
10 |
9 |
8 |
7 |
6 |
5 |
4 |
3 |
2 |
1 |
0 |
|
Поле |
CNF11[1:0] |
MODE11[1:0] |
CNF10[1:0] |
MODE10[1:0] |
CNF9[1:0] |
MODE9[1:0] |
CNF8[1:0] |
MODE8[1:0] |
||||||||
|
Линия ввода/вывода |
11 |
10 |
9 |
8 |
||||||||||||
Поле MODEy[1:0] может принимать следующие значения:
- 00 – линия работает на ввод. Данное состояние устанавливается после сброса.
- 01 – линия работает на выход, с максимальной частотой переключения 10 МГц
- 10 – линия работает на выход, с максимальной частотой переключения 20 МГц
- 11 – линия работает на выход, с максимальной частотой переключения 50 МГц
Поле CNFy[1:0] зависит от направления передачи. При работе на вход (MODEy[1:0]=0) доступны следующие состояния:
- 00 – аналоговый вход.
- 01 – вход в третьем состоянии. (Устанавливается после сброса).
- 10 – вход с подтягивающим резистором
- 11 – зарезервировано для будущих применений.
При работе на выход (MODEy[1:0]>0) поле CNFy[1:0] может иметь следующие состояния:
- 00 – цифровой выход
- 01 – цифровой выход с открытым стоком
- 10 – цифровой выход, подключенный специализированным блокам
- 11 – цифровой выход, подключенный специализированным блокам с открытым стоком
Регистр защиты от изменения настроек
Port configuration lock register (GPIOx_LCKR) (x=A..G)
|
Бит |
31 |
30 |
29 |
28 |
27 |
26 |
25 |
24 |
23 |
22 |
21 |
20 |
19 |
18 |
17 |
16 |
|
Поле |
Резерв |
LCKK |
||||||||||||||
|
Бит |
15 |
14 |
13 |
12 |
11 |
10 |
9 |
8 |
7 |
6 |
5 |
4 |
3 |
2 |
1 |
0 |
|
Поле |
LCK15 |
LCK14 |
LCK13 |
LCK12 |
LCK11 |
LCK10 |
LCK9 |
LCK8 |
LCK7 |
LCK6 |
LCK5 |
LCK4 |
LCK3 |
LCK2 |
LCK1 |
LCK1 |
Установить блокируемый бит в GPIOx_LCKRДля невозможности изменения настроек порта в микроконтроллерах STM32 используется регистр GPIOx_LCKR. Его младщие 15 бит отвечают за соответсвующие линии порта ввода/вывода. Бит 16, установленный в 1, разрешает блокировку изменения настроек. все биты доступны на чтение/запись. Для усложнения жизни пользователям ;-), используется специальный алгоритм установки защиты. Если он применен, то следующее изменение конфигурации доступно только после сброса. Алгоритм установки защиты выглядит следующим образом:
- Установить бит 16 GPIOx_LCKR.
- Сбросить бит 16 GPIOx_LCKR.
- Установить бит 16 GPIOx_LCKR.
- Прочитать GPIOx_LCKR
- Повторно прочитать GPIOx_LCKR
Регистры установки состояния линий
В отличие от привычных 8-ми битных моделей, в STM32 имеется несколько регистров, отвечающих за состояние линий порта ввода вывода. Условно они разделены на две группы – регистры порта и регистры установки отдельных битов.
Выходной регистр порта ввода/вывода
Port output data register (GPIOx_ODR) (x=A..G)
|
Бит |
31 |
30 |
29 |
28 |
27 |
26 |
25 |
24 |
23 |
22 |
21 |
20 |
19 |
18 |
17 |
16 |
|
Поле |
Резерв |
|||||||||||||||
|
Бит |
15 |
14 |
13 |
12 |
11 |
10 |
9 |
8 |
7 |
6 |
5 |
4 |
3 |
2 |
1 |
0 |
|
Поле |
ODR15 |
ODR14 |
ODR13 |
ODR12 |
ODR11 |
ODR10 |
ODR9 |
ODR8 |
ODR7 |
ODR6 |
ODR5 |
ODR4 |
ODR3 |
ODR2 |
ODR1 |
ODR0 |
Данный регистр имеет разрядность 32, но используются только младшие 16 бит. Биты с 16 по 31 не используются. При записи в GPIOx_ODR какого-либо значения, это значение устанавливается на выходных линиях соответствующего порта. Биты регистра доступны только для чтения/записи.
Входной регистр
Port input data register (GPIOx_IDR) (x=A..G)
| Бит | 31 | 30 | 29 | 28 | 27 | 26 | 25 | 24 | 23 | 22 | 21 | 20 | 19 | 18 | 17 | 16 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Поле | Резерв | |||||||||||||||
| Бит | 15 | 14 | 13 | 12 | 11 | 10 | 9 | 8 | 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 1 |
| Поле | IDR15 | IDR14 | IDR13 | IDR12 | IDR11 | IDR10 | IDR9 | IDR8 | IDR7 | IDR6 | IDR5 | IDR4 | IDR3 | IDR2 | IDR1 | IDR0 |
Аналогично регистру выхода, регистр входа имеет толь 16 младших действующих бит из 32. Чтение GPIOx_IDR возвращает значение состояния всех линий порта. Биты регистра доступны только для чтения.
Регистр битовых операций
Port bit set/reset register (GPIOx_BSRR) (x=A..G)
| Бит | 31 | 30 | 29 | 28 | 27 | 26 | 25 | 24 | 23 | 22 | 21 | 20 | 19 | 18 | 17 | 16 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Поле | BR15 | BR14 | BR13 | BR12 | BR11 | BR10 | BR9 | BR8 | BR7 | BR6 | BR5 | BR4 | BR3 | BR2 | BR1 | BR0 |
| Бит | 15 | 14 | 13 | 12 | 11 | 10 | 9 | 8 | 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 1 |
| Поле | BS15 | BS14 | BS13 | BS12 | BS11 | BS10 | BS9 | BS8 | BS7 | BS6 | BS5 | BS4 | BS3 | BS2 | BS1 | BS0 |
Данный регистр позволяет обращаться к конкретной линии ввода вывода микроконтроллера STM32. Запись единицы в один из старших разрядов сбрасывает выход линии, а запись единицы в младшие разряды устанавливает высокий уровень сигнала на соответствующей линии. Запись в регистр производится в формате слова, при этом нулевые биты никакого действия не оказывают. Биты регистра доступны только для записи.
Регистр сброса
Port bit reset register (GPIOx_BRR) (x=A..G)
| Бит | 31 | 30 | 29 | 28 | 27 | 26 | 25 | 24 | 23 | 22 | 21 | 20 | 19 | 18 | 17 | 16 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Поле | Резерв | |||||||||||||||
| Бит | 15 | 14 | 13 | 12 | 11 | 10 | 9 | 8 | 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 1 |
| Поле | BR15 | BR14 | BR13 | BR12 | BR11 | BR10 | BR9 | BR8 | BR7 | BR6 | BR5 | BR4 | BR3 | BR2 | BR1 | BR0 |
Данный регистр производит сброс высокого уровня линии, установленной в регистре GPIOx_ODR. Задействованы только младшие 16 бит, доступных только для записи.
Еще по теме:
STM32. Работа с базовыми портами ввода/вывода. Примеры.
Первый проект на STM32 Discovery.