ARM Cortex M3系列GPIO口介绍(工作方式探讨)
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一、Cortex M3的GPIO口特性
在介绍GPIO口功能前，有必要先说明一下M3的结构框图，这样能够更好理解总线结构和GPIO所处的位置。
Cortex M3结构框图
从图中可以看出，GPIO口都是接在APB总线上的，而且M3具有两个AHB到APB桥，GPIO则直接接在AHB矩阵上，这样可以减少CPU和DMA控制器之间的竞争冲入，获得较高性能。APB总线桥配置为写缓冲区，使得CPU或DMA控制器可直接操作APB外设，而无需等待总线写操作完成。
M3数字I/O功能：
高速GPIO口，其寄存器被移到外设AHB总线，可以字节，半字和字寻址。
位电平置位和清零寄存器允许单指令置位和清零一个端口的任意位。
所有GPIO口寄存器支持M3位带操作。
整个端口值可以用一条指令写入。
GPIO口寄存器可由GPDMA控制器进行访问，可以进行DMA数据操作，使之与DMA请求同步。
单个I/O口方向可以控制。
所有I/O口在复位后默认作为上拉输入。（Why？因为微控制器连接了很多设备，如果复位后作为输出，则由于控制器电平状态不定，可能会导致外围设备产生动作，从而产生不利影响，故复位后一半都作为输入状态。）
M3可产生中断的数字端口：
PORT0 和 PORT2 端口的每个引脚都可以提供中断功能；
每个端口上的中断可被编程为上升沿、下降沿或边沿产生中断；
边沿检测是异步的，因此可以在没有时钟的情况下（例如掉电模式）操作。使用这种特性，就无需电平触发中断；
可掉电唤醒；
寄存器为软件提供挂起的上升沿中断、挂起的下降沿中断和整个挂起的 GPIO中断；
GPIO0 和 GPIO2 中断与外部中断 3 事件共用相同的 NVIC 通道。
二、GPIO口的寄存器描述
Cortex M3引脚的寄存器描述：
PINMODEx表示引脚模式选择寄存器，在使用前要配置好。
引脚模式选择寄存器位
PINMODEx
功能
复位后的值
00
引脚使能上拉电阻
00
01
中继模式
10
引脚无片内上拉或下拉电阻
11
引脚使能下拉电阻
中继模式说明：当引脚处于逻辑高电平，中继模式能使能上拉电阻；当引脚处于逻辑低电平时，中继模式会使能下拉电阻，这样当引脚配置为输入且没有外部驱动时，能够保持上一个已知状态。
PINSELx：功能选择寄存器。用来设定PORT引脚的功能，当PINSELx各位为0时，才用作GPIO
端口。
FIOxDIR：GPIO口方向寄存器，单独控制每个端口管脚的方向，可作为字节（8位），半字（16位）和字长（32位）的数据进行访问。
FIOxMASK：屏蔽寄存器。任何写、读的操作只在该寄存器对应位为“0“时才有效。
FIOxPIN:管脚值寄存器。只要管脚不配置为ADC，其他所有方式都可以从该位读出端口当前的实际状态。注：如果读FIOPIN寄存器，那么不管物理引脚的状态如何，在 FIOMASK
寄存器中被“1”屏蔽的位将始终读出0。
FIOxSET：输出引脚的状态。写 1 使相应的端口引脚产生高电平。写 0 没有影响。读该寄存器返回端口输出寄存器的当前内容。只可以更改 FIOMASK 中为 0 的位，即非屏蔽位。
FIOxCLR：控制输出引脚的状态。写 1 使相应的端口引脚产生低电平。写 0 没有影响。只可以更改 FIOMASK 中为 0 的位，即非屏蔽位。
2.1GPIO端口方向寄存器FIOxDIR（FIO0DIR??FIO4DIR- 0x2009 C000??0x2009 C080）
当引脚被配置为 GPIO功能时，该寄存器可用来控制引脚的方向。勿必根据引脚功能来设置每个引脚的方向。
注：GPIO引脚 P0.29和P0.30 与USB D+/-引脚共用，并且具有相同的方向。如果FP0DIR位29或位30在FIO0DIR寄存器中被配置为零，则P0.29 和P0.30都为输入。如果FP0DIR位29和位30被配置为1，则P0.29和P0.30都为输出。
高速GPIO端口方向寄存器位描述
位
符号
值
描述
复位值
31:0（字长数据）
FP0DIR
FP1DIR
FP2DIR
FP3DIR
FP4DIR
0
1
控制的引脚为输入引脚
控制的引脚为输出引脚
0
字和半字的操作基本类似，只是可以通过8位寄存器或者16位的寄存器分别控制方向而已，这里不再解释，请参看《深入浅出Cortex-M3 LPC1700》.
2.2GPIO端口输出设置寄存器FIOxSET（FIO0SET??FIO7SET - 0x2009 C018??0x2009 C098）
当引脚在输出模式中被配置为 GPIO 时，该寄存器在端口引脚产生高电平输出。向该寄存器的某些位写入“1”时，对应的引脚产生高电平。写入“0”无效。如果需要引脚输出低电平或第二种功能，那么写 1 到 FIOxSET 的相应位无效。 读FIOxSET 寄存器返回该寄存器的值，该值由前一次对 FIOxSET 和 FIOxCLR（或前面提到的 FIOxPIN）的写操作确定，它不反映任何外部环境对 I/O引脚的影响。 通过 FIOxSET 寄存器访问的端口引脚受到 FIOxMASK 寄存器相应位的限制。
高速GPIO端口输出设置寄存器位描述
位
符号
值
描述
复位值
31:0（字长数据）
FP0SET
FP1SET
FP2SET
FP3SET
FP4SET
0
1
控制的引脚输出不改变
控制的引脚输出被设为高电平
0
2.3GPIO端口输出清零寄存器FIOxCLR（FIO0CLR??FIO07CLR - 0x2009 C01C??0x2009 C09C）
当引脚在输出模式中被配置为 GPIO 时，该寄存器在端口引脚产生低电平输出。向某些位写入“1”会使相应的引脚产生低电平，同时清零 FIOxSET 寄存器的相应位。写入“0”无效。如果引脚被配置为输入或其它功能，那么写 FIOxCLR 对引脚没有影响。 通过FIOxCLR寄存器访问的端口引脚受到FIOxMASK寄存器相应位的限制.
高速GPIO端口输出清零寄存器位描述
位
符号
值
描述
复位值
31:0（字长数据）
FP0CLR
FP1CLR
FP2CLR
FP3CLR
FP4CLR
0
1
控制的引脚输出不改变
控制的引脚输出被设为低电平
0
2.4GPIO端口引脚值寄存器FIOxPIN（FIO0PIN??FIO7PIN- 0x2009 C014??0x2009 C094）
该寄存器提供了端口引脚的值，可配置这些值来执行仅为数字的功能。该寄存器将给出引脚的当前逻辑值，而不管引脚是否配置为输入或输出，或作为 GPIO或作为其它可选的数字功能。
例如，特殊的端口引脚可能具有 GPIO输入、GPIO 输出、UART 接收和 PWM 输出等可选功能。无论该引脚配置成何种功能，都可以从相应的 FIOxPIN 寄存器中读出其当前的逻辑状态。 如果引脚配置为模拟功能，当选择了模拟配置时，引脚状态不能被读出。将引脚选择用作A/D输入会断开与引脚数字部分的连接。在这种情况下，从 FIOxPIN 寄存器中读出的引脚值无效。
写 FIOxPIN 寄存器时， FIOxPIN 寄存器的值会保存到端口输出寄存器，而无需使用 FIOxSET和 FIOxCLR寄存器来获得整个写入值。由于这种特性影响整个端口，因此在应用中时要小心。 通过 FIOxPIN 寄存器访问的端口引脚受到 FIOxMASK 寄存器相应位的限制。 只有在屏蔽寄存器中用0 屏蔽的引脚与高速 GPIO 端口引脚值寄存器的当前内容相互关联。
高速GPIO端口引脚值寄存器位描述
位
符号
值
描述
复位值
31:0（字长数据）
FP0VAL
FP1VAL
FP2VAL
FP3VAL
FP4VAL
0
1
控制的引脚输出设为低电平
控制的引脚输出设为高电平
0
2.5高速GPIO端口屏蔽寄存器FIOxMASK （FIO0MASK??FIO7MASK - 0x2009 C010??0x2009 C090）
该寄存器用来屏蔽某些端口引脚，被屏蔽的引脚将无法通过 FIOxPIN、 FIOxSET 或 FIOxCLR寄存器写访问。当读FIOxPIN 寄存器时，屏蔽寄存器还将过滤相应端口的内容。
通过读或写访问，该寄存器中为“0”的位使能相应物理引脚的访问。如果该寄存器中的位为“1”，则相应位将不会通过写访问改变，并且读操作时将不会在更新的 FIOxPIN 寄存器中反映出来。
高速GPIO端口引脚值寄存器位描述
位
符号
值
描述
复位值
31:0（字长数据）
FP0VAL
FP1VAL
FP2VAL
FP3VAL
FP4VAL
0
1
控制的引脚输出设为低电平
控制的引脚输出设为高电平
0
2.1GPIO端口方向寄存器FIOxDIR（FIO0DIR??FIO4DIR- 0x2009 C000??0x2009 C080）
当引脚被配置为 GPIO功能时，该寄存器可用来控制引脚的方向。勿必根据引脚功能来设置每个引脚的方向。
注：GPIO引脚 P0.29和P0.30 与USB D+/-引脚共用，并且具有相同的方向。如果FP0DIR位29或位30在FIO0DIR寄存器中被配置为零，则P0.29 和P0.30都为输入。如果FP0DIR位29和位30被配置为1，则P0.29和P0.30都为输出。
高速GPIO端口方向寄存器位描述
位
符号
值
描述
复位值
31:0（字长数据）
FP0DIR
FP1DIR
FP2DIR
FP3DIR
FP4DIR
0
1
控制的引脚为输入引脚
控制的引脚为输出引脚
0
字和半字的操作基本类似，只是可以通过8位寄存器或者16位的寄存器分别控制方向而已，这里不再解释，请参看《深入浅出Cortex-M3 LPC1700》.
2.2GPIO端口输出设置寄存器FIOxSET（FIO0SET??FIO7SET - 0x2009 C018??0x2009 C098）
当引脚在输出模式中被配置为 GPIO 时，该寄存器在端口引脚产生高电平输出。向该寄存器的某些位写入“1”时，对应的引脚产生高电平。写入“0”无效。如果需要引脚输出低电平或第二种功能，那么写 1 到 FIOxSET 的相应位无效。 读FIOxSET 寄存器返回该寄存器的值，该值由前一次对 FIOxSET 和 FIOxCLR（或前面提到的 FIOxPIN）的写操作确定，它不反映任何外部环境对 I/O引脚的影响。 通过 FIOxSET 寄存器访问的端口引脚受到 FIOxMASK 寄存器相应位的限制。
高速GPIO端口输出设置寄存器位描述
位
符号
值
描述
复位值
31:0（字长数据）
FP0SET
FP1SET
FP2SET
FP3SET
FP4SET
0
1
控制的引脚输出不改变
控制的引脚输出被设为高电平
0
2.3GPIO端口输出清零寄存器FIOxCLR（FIO0CLR??FIO07CLR - 0x2009 C01C??0x2009 C09C）
当引脚在输出模式中被配置为 GPIO 时，该寄存器在端口引脚产生低电平输出。向某些位写入“1”会使相应的引脚产生低电平，同时清零 FIOxSET 寄存器的相应位。写入“0”无效。如果引脚被配置为输入或其它功能，那么写 FIOxCLR 对引脚没有影响。 通过FIOxCLR寄存器访问的端口引脚受到FIOxMASK寄存器相应位的限制.
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