STM32复习笔记（二）：GPIO
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（一）Demo流程
（二）工程配置
（三）代码部分
（四）外部中断（EXTI）
（一）Demo流程
首先，板子上有4个按键，两颗灯，一个beep，所以设计一个demo如下：
1、按下KEY0，LED0输出翻转；
2、按下KEY1，LED1输出翻转；
3、按下KEY2，LED0和LED1输出翻转；
4、按下WK_UP，蜂鸣器输出翻转；
相关部分电路schematic如下：
此外，WK_UP接到PA0；
简单分析一下电路：两个LED为0点亮；按键三个为0有效，一个为1有效；蜂鸣器处有一个BJT放大电路，BEEP给1就导通，给0就截止。
（二）工程配置
按老样子配置好SYS，RCC以及时钟频率之后，开始配置引脚；首先找到PF9和PF10，配置为输出，并修改label为LED0和LED1；然后找到PE4、PE3、PE2、PA0，配置为输入，并修改label为KEY0、KEY1、KEY2、WK_UP；最后找到PF8，配置为输出，并修改label为BEEP：
接下来，给每个引脚配置初始化如下：
首先对于两个灯为0点亮，所以首先给1且上拉，先不点亮，待需要时再点亮；然后对于beep，因为给1为响，所以先给0，而电路图中已经默认帮我下拉了，所以我直接不需要下拉；最后对于按键，因为WK_UP是1有效，所以默认下拉，检测到1则表明按下，而KEY0~2是0有效，所以默认上拉，检测到0则表明按下；然后设置好相关路径等配置直接generate code即可。
（三）代码部分
首先进入到main.h，就会发现刚刚给引脚起的label名都被define在里面了：
接下来新建文件，勾选下图第一个选项，直接帮你创建相关头文件，无需勾选第二个，后面再在cmake中手动加入：
接下来，需要在cmake中使用include_directories()包含头文件路径，以及使用file()包含源文件路径（此外，如果再用cubemx生成代码的话，CmakeLists.txt文件是会被重新覆盖掉的，所以需要写入CmakeLists_template.txt中，就不会被覆盖）：
再点击右键，选择重新加载cmake即可：
经过漫长的代码编写之后......终于写完了：
keyled.h：
#ifndef DEMO_GPIO_KEYLED_H
#define DEMO_GPIO_KEYLED_H
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
#include "main.h"
//表示4个按键的枚举类型
typedef enum {
KEY_NONE = 0, //没有按键按下
KEY0,
KEY1,
KEY2,
WK_UP
}KEYS;
#define KEY_WAIT_ALWAYS 0 //作为函数ScanPressedKey()的一种参数，表示一直等待按键输入
#ifdef LED0_Pin //LED0
#define LED0_ON() HAL_GPIO_WritePin(LED0_GPIO_Port, LED0_Pin, GPIO_PIN_RESET)
#define LED0_OFF() HAL_GPIO_WritePin(LED0_GPIO_Port, LED0_Pin, GPIO_PIN_SET)
#define LED0_TOGGLE() HAL_GPIO_TogglePin(LED0_GPIO_Port, LED0_Pin)
#endif
#ifdef LED1_Pin //LED1
#define LED1_ON() HAL_GPIO_WritePin(LED1_GPIO_Port, LED1_Pin, GPIO_PIN_RESET)
#define LED1_OFF() HAL_GPIO_WritePin(LED1_GPIO_Port, LED1_Pin, GPIO_PIN_SET)
#define LED1_TOGGLE() HAL_GPIO_TogglePin(LED1_GPIO_Port, LED1_Pin)
#endif
#ifdef BEEP_Pin //Beep
#define BEEP_ON() HAL_GPIO_WritePin(BEEP_GPIO_Port, BEEP_Pin, GPIO_PIN_SET)
#define BEEP_OFF() HAL_GPIO_WritePin(BEEP_GPIO_Port, BEEP_Pin, GPIO_PIN_RESET)
#define BEEP_TOGGLE() HAL_GPIO_TogglePin(BEEP_GPIO_Port, BEEP_Pin)
#endif
KEYS ScanPressedKey(uint32_t timeout);
#ifdef __cplusplus
}
#endif
#endif //DEMO_GPIO_KEYLED_H
keyled.cpp：
#include "keyled.h"
//轮询方式扫米奥4个按键，并返回按键值
//轮询方式扫描4个按键,返回按键值
//timeout单位ms，若timeout=0表示一直扫描，直到有键按下
KEYS ScanPressedKey(uint32_t timeout)
{
KEYS key = KEY_NONE;
uint32_t tickstart = HAL_GetTick(); //当前计数值
const uint32_t btnDelay = 20; //按键按下阶段的抖动，延时再采样时间
GPIO_PinState keyState;
while(true)
{
#ifdef KEY0_Pin //如果定义了KEY0，就可以检测KEY0
keyState = HAL_GPIO_ReadPin(KEY0_GPIO_Port, KEY0_Pin); //低输入有效
if (keyState == GPIO_PIN_RESET)
{
HAL_Delay(btnDelay); //前抖动期
keyState = HAL_GPIO_ReadPin(KEY0_GPIO_Port, KEY0_Pin); //再采样
if (keyState == GPIO_PIN_RESET)
return KEY0;
}
#endif
#ifdef KEY1_Pin //如果定义了KEY1，就可以检测KEY1
keyState = HAL_GPIO_ReadPin(KEY1_GPIO_Port, KEY1_Pin); //低输入有效
if (keyState == GPIO_PIN_RESET)
{
HAL_Delay(btnDelay); //前抖动期
keyState = HAL_GPIO_ReadPin(KEY1_GPIO_Port, KEY1_Pin); //再采样
if (keyState == GPIO_PIN_RESET)
return KEY1;
}
#endif
#ifdef KEY2_Pin //如果定义了KEY2，就可以检测KEY2
keyState = HAL_GPIO_ReadPin(KEY2_GPIO_Port, KEY2_Pin); //低输入有效
if (keyState == GPIO_PIN_RESET)
{
HAL_Delay(btnDelay); //前抖动期
keyState = HAL_GPIO_ReadPin(KEY2_GPIO_Port, KEY2_Pin); //再采样
if (keyState == GPIO_PIN_RESET)
return KEY2;
}
#endif
#ifdef WK_UP_Pin //如果定义了WK_UP，就可以检测WK_UP
keyState = HAL_GPIO_ReadPin(WK_UP_GPIO_Port, WK_UP_Pin); //PE4=KeyLeft,低输入有效
if (keyState == GPIO_PIN_SET)//注意这里默认是下拉
{
HAL_Delay(btnDelay); //前抖动期
keyState = HAL_GPIO_ReadPin(WK_UP_GPIO_Port, WK_UP_Pin); //再采样
if (keyState == GPIO_PIN_SET)
return WK_UP;
}
#endif
if (timeout != KEY_WAIT_ALWAYS) //没有按键按下时，会计算超时，timeout时退出
{
if ((HAL_GetTick() - tickstart) > timeout)
break;
}
}
return key;
}
主函数：
int main(void)
{
HAL_Init();
SystemClock_Config();
MX_GPIO_Init();
while (1)
{
KEYS curkey = ScanPressedKey(KEY_WAIT_ALWAYS); //一直等待按键输入
switch (curkey) {
case KEY0:
LED0_TOGGLE();
break;
case KEY1:
LED1_TOGGLE();
break;
case KEY2:
LED0_TOGGLE();
LED1_TOGGLE();
break;
case WK_UP:
BEEP_TOGGLE();
break;
}
HAL_Delay(200); //跳过后抖动
}
}
以上，实现了轮询检测按键，从而控制LED及Beep。
工程链接：https://pan.baidu.com/s/11xCxqty3KRJD6cx0S65jWQ
提取码：0xFF
（四）外部中断（EXTI）
但是，总所周知，轮询查询GPIO口是非常非常浪费cpu资源的，所以可以利用外部中断（EXTI，External Interrupt）来检测按键输入；设计一个demo如下：
1、按下KEY0，触发EXTI4，LED0输出翻转；
2、按下KEY1，触发EXTI3，LED1输出翻转；
3、按下WK_UP，触发EXTI0，LED0和LED1输出翻转；
4、按下KEY2，产生EXTI0软中断（SWIT），模拟按下WK_UP；
配置如下（因为KEY0~2为0有效，所以设置为falling edge触发且上拉；而WK_UP为1有效，所以设置为raising edge触发且下拉）：
接下来配置NVIC。设置为2bit抢占优先级 & 2bit次优先级；抢占优先级：谁大可以立即抢占小的中断；次优先级：当抢占优先级一样时，优先执行次优先级大的，但是不能抢占同抢占级的，只能排队；当抢占优先级和次优先级都一样时，则FCFS(First Come First Serve)；设置EXTI0，EXTI2，EXTI3，EXTI4的抢占优先级为1，2，1，1，次优先级为0，0，2，1（注意0为最高优先级，3为最低优先级），主要是为了观察同时发生中断时，高抢占优先级的中断能否如理论般正常抢占低抢占优先级的中断，还有就是抢占优先级相同时，次优先级高的是否先执行；如下图所示：
还有一点，设置外部中断的抢占优先级时不能设置为0，因为外部中断的回调函数中会用到HAL_Delay()函数来延时消抖，该函数实际上用的是SysTick嘀嗒计时器的中断，其抢占优先级为0，如果外部中断的抢占优先级也设置为0，那么SysTick嘀嗒计时器的中断就无法抢占外部中断（相同抢占优先级），这将会导致HAL_Delay()函数死循环，系统卡死。
接下来生成代码，可以观察到在stm32f4xx_it.c中，cubemx已经生成了外部中断的函数，切记函数名不能改，因为在启动的汇编文件.s中已经将它们定义好了，要保持二者一致（除非去改汇编，但是没必要）：
观察每个EXTI_IRQHandler()函数，发现它们都调用了HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler()函数，跳到定义会发现，该函数首先判断是否为中断触发，然后传入中断触发源，再调用HAL_GPIO_EXTI_Callback()外部中断回调函数（callback means 回调）：
继续跟进代码可以看到，回调函数是一个__weak修饰的函数，而__weak是一个宏定义，表示为属性：__attribute__((weak))，也就是弱函数；弱函数需要用户自己重新实现，编译时编译器就会自动编译重新实现的函数而忽略弱函数，如果没有重新实现，则自动编译原来的弱函数；其中的UNUSER()是为了避免gcc编译警告：
重新实现的回调函数如下（随便写在哪个文件都行，反正编译器会找得到，不过最好写在相关文件中）：
编译下载到板子中会发现结果有一点点不如预期，比如说按下WK_UP时，两个LED会翻转两次，这很明显就是触发了两次中断，但是代码里不是用了1s这么长的延时来消抖么？为什么还会有问题？问题就出在cubemx生成的代码中；观察下图可以发现，HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler()函数先判断是否为中断，然后清除标志位，再调用中断回调函数，一般的中断流程这样处理没有问题，主要是为了硬件能及时响应下一次中断；但是对于检测按键输入EXTI就有问题了，因为按键的抖动会导致产生不止一次的外部中断，而先清除了第一次的中断标志位，再执行回调时，后面还有几个抖动的相同外部中断又来了，同样会产生中断标志位，而此时系统正在中断的回调中延时消抖，执行完第一次回调函数之后，cpu出来又发现还有一个中断标志位，将会再进行一次同样的外部中断。
当然理解了原理修改起来就不难，只需要将两行函数互换，当检测到外部中断时，立马执行中断回调，不在管外界还有多少个相同的外部中断均不理会，只有当回调函数执行完毕后，再清除中断标志，这样就避免了多次中断。如下图：
值得注意的是，当重新用cubemx生成代码后，这两行又默认变回原来的位置了，还要手动修改，，，这也是不算bug的bug吧。。。
完~
工程链接：https://pan.baidu.com/s/1Svj7bh_sRzLUYvGjNr4Q3A
提取码：0xFF
以上均为个人学习心得，如有错误，请不吝赐教~
THE END