观前提醒：本文详尽分析了HAL库中GPIO配置的相关函数，包括MX_GPIO_Init()、HAL_GPIO_WritePin()、HAL_GPIO_Init()。文末附f1系列GPIO口相关寄存器说明
MX_GPIO_Init()
先看源码：
void MX_GPIO_Init(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
/* GPIO Ports Clock Enable */
__HAL_RCC_GPIOD_CLK_ENABLE();
__HAL_RCC_GPIOC_CLK_ENABLE();
__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
/*Configure GPIO pin Output Level */
HAL_GPIO_WritePin(LED4_GPIO_Port, LED4_Pin, GPIO_PIN_SET);
/*Configure GPIO pin : PtPin */
GPIO_InitStruct.Pin = LED4_Pin;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
HAL_GPIO_Init(LED4_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);
}
下面我们来逐行分析代码
void MX_GPIO_Init(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
这里定义了一个名为 MX_GPIO_Init 的函数，没有输入参数，也没有返回值。同时创建了一个 GPIO_InitTypeDef 类型的结构体变量 GPIO_InitStruct 并初始化为零。
__HAL_RCC_GPIOD_CLK_ENABLE();
__HAL_RCC_GPIOC_CLK_ENABLE();
__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
通过调用 __HAL_RCC_GPIOD_CLK_ENABLE()、__HAL_RCC_GPIOC_CLK_ENABLE() 和 __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE() 函数，使 GPIOD、GPIOC 和 GPIOA 端口的时钟被启用。
HAL_GPIO_WritePin(LED4_GPIO_Port, LED4_Pin, GPIO_PIN_SET);
这行代码将 LED4_Pin 引脚的输出电平设置为高电平（GPIO_PIN_SET）。它使用了 HAL 库提供的 HAL_GPIO_WritePin 函数。
GPIO_InitStruct.Pin = LED4_Pin;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
HAL_GPIO_Init(LED4_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);
这几行代码配置了引脚 LED4_Pin 的模式、上下拉和速度。首先，将 LED4_Pin 赋值给 GPIO_InitStruct.Pin，然后将模式设置为输出模式（GPIO_MODE_OUTPUT_PP），无上下拉（GPIO_NOPULL），低速（GPIO_SPEED_FREQ_LOW）。最后，通过调用 HAL_GPIO_Init 函数，将配置应用到 LED4_GPIO_Port 上。
总结一下，以上代码的主要功能是初始化指定的 GPIO 引脚。它启用了相应端口的时钟，设置了一个引脚的输出电平，然后配置了该引脚的模式、上下拉和速度。这样，在调用该函数后，相关的 GPIO 引脚就被正确地初始化，可以进行后续的输入输出操作。
有聪明的小伙伴又要问了：为啥上述代码先配置IO口的电平后设置IO口的模式？
答：在初始化 IO 口之前，我们需要确保 IO 口的电平是正确的，以避免在切换为输出模式后产生意外的电平变化。如果我们先设置模式再设置电平，会导致在切换为输出模式之前，IO 口的电平发生瞬时变化，从而引起不必要的干扰或错误。
HAL_GPIO_WritePin()
Talk is cheap. Show me the code
void HAL_GPIO_WritePin(GPIO_TypeDef *GPIOx, uint16_t GPIO_Pin, GPIO_PinState PinState)
{
/* Check the parameters */
assert_param(IS_GPIO_PIN(GPIO_Pin));
assert_param(IS_GPIO_PIN_ACTION(PinState));
if (PinState != GPIO_PIN_RESET)
{
GPIOx->BSRR = GPIO_Pin;
}
else
{
GPIOx->BSRR = (uint32_t)GPIO_Pin << 16u;
}
}
这段代码是 HAL 库中的 HAL_GPIO_WritePin 函数的实现。该函数用于设置指定 GPIO 引脚的输出电平。
让我们逐行分析代码的功能和操作：
void HAL_GPIO_WritePin(GPIO_TypeDef *GPIOx, uint16_t GPIO_Pin, GPIO_PinState PinState)
这是函数的定义，接受三个参数：GPIOx 是指向 GPIO 端口的指针，GPIO_Pin 是要设置的 GPIO 引脚，PinState 是要设置的输出电平。
/* Check the parameters */
assert_param(IS_GPIO_PIN(GPIO_Pin));
assert_param(IS_GPIO_PIN_ACTION(PinState));
这些代码行用于参数检查，确保传入的引脚和电平参数是有效的。assert_param() 是一个断言宏，用于在调试时检查参数的合法性。
if (PinState != GPIO_PIN_RESET)
{
GPIOx->BSRR = GPIO_Pin;
}
else
{
GPIOx->BSRR = (uint32_t)GPIO_Pin << 16u;
}
这是函数的主要逻辑。如果 PinState 不等于 GPIO_PIN_RESET，即要设置的输出电平为高电平，
那么将 GPIOx->BSRR 寄存器的对应引脚位置为 1，从而将引脚的输出电平设置为高电平。
如果 PinState 等于 GPIO_PIN_RESET，即要设置的输出电平为低电平，那么将 GPIOx->BSRR 寄存器的对应引脚位置为 1（设置引脚为低电平），同时将 GPIOx->BSRR 寄存器的高 16 位位置为 1（清除引脚为高电平），从而将引脚的输出电平设置为低电平。
通过这样的逻辑，根据 PinState 的值，可实现对 GPIO 引脚的输出电平设置。
总结：以上代码实现了 HAL_GPIO_WritePin 函数，用于设置指定 GPIO 引脚的输出电平。通过判断 PinState 的值，将对应的 GPIO 寄存器的位设置为高或低电平，实现了输出电平的设置。
HAL_GPIO_Init()
鉴于本函数过长，源码将放置在分析之后，省略了无关紧要的部分
uint32_t position = 0x00u;
uint32_t ioposition;
uint32_t iocurrent;
uint32_t temp;
uint32_t config = 0x00u;
__IO uint32_t *configregister;
uint32_t registeroffset;
position：用于追踪当前处理的引脚位置。在循环中递增，以处理下一个引脚。ioposition：用于获取当前引脚的位位置。通过对position进行移位操作得到。iocurrent：通过将GPIO_Init->Pin与ioposition进行位与操作，用于检查当前引脚是否需要初始化。如果iocurrent等于ioposition，则说明当前引脚需要初始化。temp：一个临时变量config：用于存储引脚的配置值。根据不同的模式和参数，将相应的配置值写入该变量。configregister：用于存储指向CRL或CRH寄存器的指针，具体取决于引脚号的范围。在后续的代码中，将使用该指针来修改寄存器的值。registeroffset：在计算CNF和MODE位在CRL或CRH寄存器中的位置时使用的偏移量。
while (((GPIO_Init->Pin) >> position) != 0x00u)
{
/* Get the IO position */
ioposition = (0x01uL << position);
/* Get the current IO position */
iocurrent = (uint32_t)(GPIO_Init->Pin) & ioposition;
if (iocurrent == ioposition)
{
/* Check the Alternate function parameters */
assert_param(IS_GPIO_AF_INSTANCE(GPIOx));
/* Based on the required mode, filling config variable with MODEy[1:0] and CNFy[3:2] corresponding bits */
switch (GPIO_Init->Mode)
{
/* If we are configuring the pin in OUTPUT push-pull mode */
case GPIO_MODE_OUTPUT_PP:
assert_param(IS_GPIO_SPEED(GPIO_Init->Speed));
config = GPIO_Init->Speed + GPIO_CR_CNF_GP_OUTPUT_PP;
break;
....
让我们逐行分析以上代码段：
while (((GPIO_Init->Pin) >> position) != 0x00u)
这是一个循环的起始。它通过判断 (GPIO_Init->Pin) 右移 position 位后的值是否不等于 0，来确定是否继续执行循环。GPIO_Init->Pin 是一个表示引脚状态的位掩码，通过右移 position 位来检查每个引脚的状态。
ioposition = (0x01uL << position);
这行代码计算了当前引脚的位置。它使用了位运算，将 1 左移 position 位，并将结果存储在 ioposition 变量中。这样可以得到一个只有第 position 位为 1，其余位为 0 的值。
iocurrent = (uint32_t)(GPIO_Init->Pin) & ioposition;
这行代码获取当前引脚的状态。它将 GPIO_Init->Pin 强制转换为 uint32_t 类型，然后与 ioposition 进行按位与运算，并将结果存储在 iocurrent 变量中。这样可以判断当前引脚的状态是否为 1。
if (iocurrent == ioposition)
这是一个条件语句，用于检查当前引脚是否需要进行初始化配置。如果当前引脚的状态等于 ioposition 的值，即当前引脚的状态为 1，则进入条件判断。
assert_param(IS_GPIO_AF_INSTANCE(GPIOx));
这是一个断言宏，用于检查 GPIOx 是否是有效的 GPIO 外设实例。如果 GPIOx 不满足条件，即不是有效的 GPIO 外设实例，则会触发断言错误。
switch (GPIO_Init->Mode)
这是一个 switch 语句，根据 GPIO_Init->Mode 的值进行多重分支判断。GPIO_Init->Mode 表示当前引脚的模式。
case GPIO_MODE_OUTPUT_PP:
assert_param(IS_GPIO_SPEED(GPIO_Init->Speed));
config = GPIO_Init->Speed + GPIO_CR_CNF_GP_OUTPUT_PP;
break;
这是一个分支语句，用于处理引脚配置为输出推挽模式（GPIO_MODE_OUTPUT_PP）的情况。在这个分支中，会检查GPIO的速度参数，然后根据速度参数和相应的控制寄存器配置值计算出 config 的值。
总结一下：它们共同组成了一段循环结构，用于遍历一组引脚的状态，并根据需要进行初始化配置。在每个循环迭代中，会获取当前引脚的位置和状态，并根据状态进行条件判断和配置操作。
/* Check if the current bit belongs to first half or last half of the pin count number
in order to address CRH or CRL register*/
configregister = (iocurrent < GPIO_PIN_8) ? &GPIOx->CRL : &GPIOx->CRH;
registeroffset = (iocurrent < GPIO_PIN_8) ? (position << 2u) : ((position - 8u) << 2u);
/* Apply the new configuration of the pin to the register */
MODIFY_REG((*configregister), ((GPIO_CRL_MODE0 | GPIO_CRL_CNF0) << registeroffset), (config << registeroffset));
这段代码主要用于将引脚的配置应用到相应的寄存器中。下面是对代码的详细分析：
首先，代码根据引脚编号 iocurrent 判断当前位是否属于引脚编号的前半部分（小于8）还是后半部分（大于等于8）。这是因为在寄存器中，引脚0到7的配置位于 Control Register Low (CRL)，而引脚8到15的配置位于 Control Register High (CRH)。
代码使用三元条件运算符，将 configregister 设置为指向 CRL 或 CRH 寄存器的指针，具体取决于引脚编号 iocurrent 的范围。同样，使用三元条件运算符，将 registeroffset 设置为相应的寄存器偏移量。如果 iocurrent 小于8，说明引脚属于前半部分，寄存器偏移量为 position 左移2位；否则，引脚属于后半部分，寄存器偏移量为 (position - 8u) 左移2位。
接下来，代码使用 MODIFY_REG 宏将引脚的新配置应用到寄存器中。MODIFY_REG 宏用于修改寄存器的特定位域，其参数包括要修改的寄存器、要修改的位域以及要写入位域的新值。
在这里，(*configregister) 表达式解引用 configregister 指针，获取到要修改的寄存器。((GPIO_CRL_MODE0 | GPIO_CRL_CNF0) << registeroffset) 表达式计算出要修改的位域的掩码，它将位域的配置值左移 registeroffset 位，并与 GPIO_CRL_MODE0 和 GPIO_CRL_CNF0 的按位或结果相乘。config << registeroffset 是要写入位域的新配置值。
通过使用 MODIFY_REG 宏，代码将新的引脚配置写入到适当的寄存器位域中，以实现引脚的配置更新。
if ((GPIO_Init->Mode & EXTI_MODE) == EXTI_MODE)
{
/* Enable AFIO Clock */
__HAL_RCC_AFIO_CLK_ENABLE();
temp = AFIO->EXTICR[position >> 2u];
CLEAR_BIT(temp, (0x0Fu) << (4u * (position & 0x03u)));
SET_BIT(temp, (GPIO_GET_INDEX(GPIOx)) << (4u * (position & 0x03u)));
AFIO->EXTICR[position >> 2u] = temp;
/* Enable or disable the rising trigger */
if ((GPIO_Init->Mode & RISING_EDGE) == RISING_EDGE)
{
SET_BIT(EXTI->RTSR, iocurrent);
}
else
{
CLEAR_BIT(EXTI->RTSR, iocurrent);
}
/* Enable or disable the falling trigger */
if ((GPIO_Init->Mode & FALLING_EDGE) == FALLING_EDGE)
{
SET_BIT(EXTI->FTSR, iocurrent);
}
else
{
CLEAR_BIT(EXTI->FTSR, iocurrent);
}
/* Configure the event mask */
if ((GPIO_Init->Mode & GPIO_MODE_EVT) == GPIO_MODE_EVT)
{
SET_BIT(EXTI->EMR, iocurrent);
}
else
{
CLEAR_BIT(EXTI->EMR, iocurrent);
}
/* Configure the interrupt mask */
if ((GPIO_Init->Mode & GPIO_MODE_IT) == GPIO_MODE_IT)
{
SET_BIT(EXTI->IMR, iocurrent);
}
else
{
CLEAR_BIT(EXTI->IMR, iocurrent);
}
}
}
这段代码是用于配置GPIO外部中断的相关设置。让我们逐行分析这段代码的功能：
-
首先，通过判断GPIO_Init->Mode与EXTI_MODE的按位与运算结果是否等于EXTI_MODE，来确定是否需要配置外部中断。EXTI_MODE是一个宏定义，表示外部中断模式。
-
如果需要配置外部中断，首先使能AFIO（Alternate Function I/O）时钟。AFIO是一个外设，用于管理GPIO的复用功能。
-
接下来，从AFIO的EXTICR寄存器中读取当前位置对应的值。
-
根据GPIOx（GPIO端口号）和position（GPIO引脚号）的值，计算出需要设置的值，并将其设置到temp中。
-
将temp的值写入到AFIO的EXTICR寄存器中，完成对外部中断的配置。
-
根据GPIO_Init->Mode与RISING_EDGE的按位与运算结果，判断是否需要使能上升沿触发中断。如果需要，设置EXTI的RTSR寄存器中对应的位。
-
根据GPIO_Init->Mode与FALLING_EDGE的按位与运算结果，判断是否需要使能下降沿触发中断。如果需要，设置EXTI的FTSR寄存器中对应的位。
-
根据GPIO_Init->Mode与GPIO_MODE_EVT的按位与运算结果，判断是否需要配置事件屏蔽寄存器。如果需要，设置EXTI的EMR寄存器中对应的位。
-
根据GPIO_Init->Mode与GPIO_MODE_IT的按位与运算结果，判断是否需要配置中断屏蔽寄存器。如果需要，设置EXTI的IMR寄存器中对应的位。
void HAL_GPIO_Init(GPIO_TypeDef *GPIOx, GPIO_InitTypeDef *GPIO_Init)
{
uint32_t position = 0x00u;
uint32_t ioposition;
uint32_t iocurrent;
uint32_t temp;
uint32_t config = 0x00u;
__IO uint32_t *configregister; /* Store the address of CRL or CRH register based on pin number */
uint32_t registeroffset; /* offset used during computation of CNF and MODE bits placement inside CRL or CRH register */
/* Check the parameters */
assert_param(IS_GPIO_ALL_INSTANCE(GPIOx));
assert_param(IS_GPIO_PIN(GPIO_Init->Pin));
assert_param(IS_GPIO_MODE(GPIO_Init->Mode));
/* Configure the port pins */
while (((GPIO_Init->Pin) >> position) != 0x00u)
{
/* Get the IO position */
ioposition = (0x01uL << position);
/* Get the current IO position */
iocurrent = (uint32_t)(GPIO_Init->Pin) & ioposition;
if (iocurrent == ioposition)
{
/* Check the Alternate function parameters */
assert_param(IS_GPIO_AF_INSTANCE(GPIOx));
/* Based on the required mode, filling config variable with MODEy[1:0] and CNFy[3:2] corresponding bits */
switch (GPIO_Init->Mode)
{
/* If we are configuring the pin in OUTPUT push-pull mode */
case GPIO_MODE_OUTPUT_PP:
/* Check the GPIO speed parameter */
assert_param(IS_GPIO_SPEED(GPIO_Init->Speed));
config = GPIO_Init->Speed + GPIO_CR_CNF_GP_OUTPUT_PP;
break;
/* If we are configuring the pin in OUTPUT open-drain mode */
case GPIO_MODE_OUTPUT_OD:
/* Check the GPIO speed parameter */
assert_param(IS_GPIO_SPEED(GPIO_Init->Speed));
config = GPIO_Init->Speed + GPIO_CR_CNF_GP_OUTPUT_OD;
break;
/* If we are configuring the pin in ALTERNATE FUNCTION push-pull mode */
case GPIO_MODE_AF_PP:
/* Check the GPIO speed parameter */
assert_param(IS_GPIO_SPEED(GPIO_Init->Speed));
config = GPIO_Init->Speed + GPIO_CR_CNF_AF_OUTPUT_PP;
break;
/* If we are configuring the pin in ALTERNATE FUNCTION open-drain mode */
case GPIO_MODE_AF_OD:
/* Check the GPIO speed parameter */
assert_param(IS_GPIO_SPEED(GPIO_Init->Speed));
config = GPIO_Init->Speed + GPIO_CR_CNF_AF_OUTPUT_OD;
break;
/* If we are configuring the pin in INPUT (also applicable to EVENT and IT mode) */
case GPIO_MODE_INPUT:
case GPIO_MODE_IT_RISING:
case GPIO_MODE_IT_FALLING:
case GPIO_MODE_IT_RISING_FALLING:
case GPIO_MODE_EVT_RISING:
case GPIO_MODE_EVT_FALLING:
case GPIO_MODE_EVT_RISING_FALLING:
/* Check the GPIO pull parameter */
assert_param(IS_GPIO_PULL(GPIO_Init->Pull));
if (GPIO_Init->Pull == GPIO_NOPULL)
{
config = GPIO_CR_MODE_INPUT + GPIO_CR_CNF_INPUT_FLOATING;
}
else if (GPIO_Init->Pull == GPIO_PULLUP)
{
config = GPIO_CR_MODE_INPUT + GPIO_CR_CNF_INPUT_PU_PD;
/* Set the corresponding ODR bit */
GPIOx->BSRR = ioposition;
}
else /* GPIO_PULLDOWN */
{
config = GPIO_CR_MODE_INPUT + GPIO_CR_CNF_INPUT_PU_PD;
/* Reset the corresponding ODR bit */
GPIOx->BRR = ioposition;
}
break;
/* If we are configuring the pin in INPUT analog mode */
case GPIO_MODE_ANALOG:
config = GPIO_CR_MODE_INPUT + GPIO_CR_CNF_ANALOG;
break;
/* Parameters are checked with assert_param */
default:
break;
}
/* Check if the current bit belongs to first half or last half of the pin count number
in order to address CRH or CRL register*/
configregister = (iocurrent < GPIO_PIN_8) ? &GPIOx->CRL : &GPIOx->CRH;
registeroffset = (iocurrent < GPIO_PIN_8) ? (position << 2u) : ((position - 8u) << 2u);
/* Apply the new configuration of the pin to the register */
MODIFY_REG((*configregister), ((GPIO_CRL_MODE0 | GPIO_CRL_CNF0) << registeroffset), (config << registeroffset));
/*--------------------- EXTI Mode Configuration ------------------------*/
/* Configure the External Interrupt or event for the current IO */
if ((GPIO_Init->Mode & EXTI_MODE) == EXTI_MODE)
{
/* Enable AFIO Clock */
__HAL_RCC_AFIO_CLK_ENABLE();
temp = AFIO->EXTICR[position >> 2u];
CLEAR_BIT(temp, (0x0Fu) << (4u * (position & 0x03u)));
SET_BIT(temp, (GPIO_GET_INDEX(GPIOx)) << (4u * (position & 0x03u)));
AFIO->EXTICR[position >> 2u] = temp;
/* Enable or disable the rising trigger */
if ((GPIO_Init->Mode & RISING_EDGE) == RISING_EDGE)
{
SET_BIT(EXTI->RTSR, iocurrent);
}
else
{
CLEAR_BIT(EXTI->RTSR, iocurrent);
}
/* Enable or disable the falling trigger */
if ((GPIO_Init->Mode & FALLING_EDGE) == FALLING_EDGE)
{
SET_BIT(EXTI->FTSR, iocurrent);
}
else
{
CLEAR_BIT(EXTI->FTSR, iocurrent);
}
/* Configure the event mask */
if ((GPIO_Init->Mode & GPIO_MODE_EVT) == GPIO_MODE_EVT)
{
SET_BIT(EXTI->EMR, iocurrent);
}
else
{
CLEAR_BIT(EXTI->EMR, iocurrent);
}
/* Configure the interrupt mask */
if ((GPIO_Init->Mode & GPIO_MODE_IT) == GPIO_MODE_IT)
{
SET_BIT(EXTI->IMR, iocurrent);
}
else
{
CLEAR_BIT(EXTI->IMR, iocurrent);
}
}
}
position++;
}
}
GPIO相关寄存器
端口配置寄存器
端口输入数据寄存器
端口输出数据寄存器
端口位设置/清除寄存器
端口位清除寄存器
端口配置锁定寄存器
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