织女星开发板使用RISC-V RI5CY核驱动GPIO

前言

织女星开发板是 OPEN-ISA社区 为中国大陆地区定制的一款体积小、功耗超低和功能丰富的 RISC-V评估开发板,基于NXP半导体四核异构RV32M1主控芯片。

  • 两个RISC-V核:RI5CY + ZERO_RISCY。
  • 两个ARM核: Cortex-M4F + Cortex-M0+ 。

4个核被分为两个子系统,大核CM4F/RI5CY和小核CM0+/ZERO-RISCY,片上集成1.25 MB Flash 、384 KB SRAM,其中1 MB的Flash被大核所使用,起始地址0x0000_0000,另外的256 KB Flash被小核所使用,起始地址0x0100_0000。利用该开发板,用户可以快速建立一个使用 RV32M1 的 RISC-V应用和演示系统。详细的介绍可以参考: 真正的RISC-V开发板——VEGA织女星开发板开箱评测 ,本篇文章介绍如何基于RISC-V RI5CY内核点亮板载的RGB LED和读取按键状态,演示GPIO外设的使用。

准备工作

  • 织女星开发板RISC-V开发环境:Eclipse + riscv32 工具链 + OpenOCD调试工具
  • 织女星开发板SDK包:rv32m1_sdk_riscv
  • 织女星开发板的原理图
  • RV32M1参考手册

以上资料的获取、开发环境搭建和启动模式修改等教程,可以到官方中文论坛查找: www.open-isa.cn

或者是参考我分享的以下文章:

寄存器简介

根据参考手册GPIO章节的介绍,我们可以获得关于GPIO相关寄存器信息:

各GPIO组的基地址:

GPIOA——4802_0000h
GPIOB——4802_0040h
GPIOC——4802_0080h
GPIOD——4802_00C0h
GPIOE——4100_F000h

GPIO配置PCR寄存器

这是一个32位的寄存器,每一个引脚都有对应的一个PORTx_PCRn,用来配置GPIO的以下功能:

  • 上下拉配置
  • 翻转速率控制
  • 开漏使能
  • 无源输入滤波器
  • 寄存器锁定
  • 复用功能设置

以PA0控制寄存器,PORTA_PCR0为例:

通过查看参考手册,可以了解到各Bit的功能:

  • ISF:1位,中断状态标志
  • IRQC:4位,配置中断方式和DMA功能
  • LK:1位,是否锁定PCR寄存
  • MUX:3位,复用功能配置
  • ODE:1位,推挽开漏配置
  • PFE:1位,滤波器配置
  • SRE:1位,翻转速率配置
  • PE:1位,上下拉使能
  • PS:1位,上下拉配置

详细的配置介绍可以查看参考手册。官方库fsl_port中的

PORT_SetPinConfig(PORT_Type *base, uint32_t pin, const port_pin_config_t *config)
PORT_SetPinMux(PORT_Type *base, uint32_t pin, port_mux_t mux)
PORT_SetPinInterruptConfig(PORT_Type *base, uint32_t pin, port_interrupt_t config)
PORT_SetPinDriveStrength(PORT_Type* base, uint32_t pin, uint8_t strength)

这些函数就是控制的这个PCR寄存器。

GPIO控制寄存器

主要包括控制GPIO输入输出控制,读取输入,控制输出,方向控制等。

寄存器描述和地址偏移量:

RV32M1的GPIO共有6个32位的控制寄存器,从字面意思可以直接知道每个寄存器的功能:

  • PDOR:数据输出寄存器,指定位写入0/1,输出0/1
  • PSOR:端口置位输出寄存器,指定位写1,置位输出1,写0状态不变
  • PCOR:端口复位输出寄存器,指定位写1,复位输出0,写0状态不变
  • PTOR:端口反转输出寄存器,指定位写1,反转输出,写0状态不变
  • PDIR:端口输入寄存器,读取指定位输入状态
  • PDDR:端口方向配置寄存器,指定位写0作为输入,写1作为输出

官方库中的fsl_gpio文件中实现的函数就是控制的这几个寄存器。

void GPIO_PinInit(GPIO_Type *base, uint32_t pin, const gpio_pin_config_t *config)
void GPIO_WritePinOutput(GPIO_Type *base, uint32_t pin, uint8_t output)
void GPIO_SetPinsOutput(GPIO_Type *base, uint32_t mask)
void GPIO_ClearPinsOutput(GPIO_Type *base, uint32_t mask)
void GPIO_TogglePinsOutput(GPIO_Type *base, uint32_t mask)

库函数简介

和其他的MCU一样,由于RV32M1的寄存器众多,为了方便使用,增强程序的可读性,官方开发了库函数,来实现对寄存器的控制,本质上还是操作的寄存器。GPIO控制的库主要由fsl_gpio和fsl_port两个文件组成,其中fsl_gpio主要是对GPIO的控制,如读取输入,控制输出,清除中断标志等,而fsl_port主要实现对GPIO工作的模式进行配置,如复用功能,上拉下拉,开漏推挽,中断触发方式,DMA功能等进行设置。

下面简单介绍几个常用的函数:

PORT_SetPinConfig

配置GPIO的复用功能,驱动能力,推挽开漏,上下拉,滤波器,翻转速率等功能,基于PCR寄存器实现。

port_pin_config_t config;

config.driveStrength = kPORT_HighDriveStrength;		//驱动能力配置
config.mux = kPORT_MuxAsGpio;						//通用GPIO
config.openDrainEnable = kPORT_OpenDrainDisable;	//推挽
config.passiveFilterEnable = kPORT_PassiveFilterDisable;//滤波器
config.pullSelect = kPORT_PullUp;					//上拉
config.slewRate = kPORT_FastSlewRate;				//翻转速率

PORT_SetPinConfig(PORTA, 22, &config);				//配置GPIOA22

PORT_SetPinMux

配置GPIO的复用功能,基于PCR寄存器实现。

//PA22作为普通GPIO使用
PORT_SetPinMux(PORTA, 22, kPORT_MuxAsGpio);

//PA25作为UART1_RX功能
PORT_SetPinMux(PORTA, 25, kPORT_MuxAlt2);

具体复用为哪种功能,不同的引脚有不同的复用功能,对应的ALTn,可以查看参考手册RV32M1 Pinout介绍。

PORT_SetPinConfig已经包含了PORT_SetPinMux的功能,可以只使用PORT_SetPinConfig来GPIO功能的配置。PORT_SetPinMux函数不推荐和PORT_SetPinsConfig函数一起使用:

This function is NOT recommended to use together with the PORT_SetPinsConfig, because the PORT_SetPinsConfig need to configure the pin mux anyway (Otherwise the pin mux is reset to zero : kPORT_PinDisabledOrAnalog). This function is recommended to use to reset the pin mux

GPIO_PinInit

控制GPIO的输入输出方式,及默认输出电平,基于PDDR、PCOR、PSOR寄存器实现。

gpio_pin_config_t io_init;

//配置输出/输出模式
io_init.outputLogic = 0;	//默认输出0
io_init.pinDirection = kGPIO_DigitalOutput;	//数字输出

GPIO_PinInit(LED_RGB_GPIO, LED_RED_Pin, &io_init);	//LED引脚配置

GPIO_WritePinOutput

指定引脚输出高低电平,基于PCOR和PSOR寄存器实现。

GPIO_WritePinOutput(GPIOA, 22, 1);	//PA22输出1

GPIO_TogglePinsOutput

指定引脚输出翻转,基于PTOR寄存器实现

GPIO_TogglePinsOutput(GPIOA, 1 << 22);	//PA22输出翻转

GPIO_ReadPinInput

读取GPIO输入状态,基于PDIR寄存器实现

in = GPIO_ReadPinInput(GPIOA, 22);	//读取PA22输入状态

GPIO操作的函数还有很多,详细的介绍和实现可以直接查看库函数源码。

RGB LED的初始化

从原理图中我们可以得知,织女星开发板上共有4个用户可控制的LED,包括3个RGB LED和1个红色LED,均采用MOS来驱动,引脚输出高电平LED点亮,和GPIO的对应关系如下:

LED_RED——PTA24 LED_GREEN——PTA23 LED_BLUE——PTA22 LED_STS——PTE0

所以我们需要配置PTA22/PTA23/PTA24为普通推挽输出方式,然后输出高低电平就可以控制LED闪烁了。

led_driver.c文件内容

#include "led_driver.h"

void LED_RGB_Init(void)
{
	gpio_pin_config_t io_init;
	port_pin_config_t config;

	//配置输出/输出模式
	io_init.outputLogic  = 0;
	io_init.pinDirection = kGPIO_DigitalOutput;

	config.driveStrength 		= kPORT_HighDriveStrength;	 //驱动能力
	config.lockRegister 		= kPORT_LockRegister;		 //PCR寄存器被锁定,不能再次改变
	config.mux 					= kPORT_MuxAsGpio;			 //通用GPIO
	config.openDrainEnable 		= kPORT_OpenDrainDisable;	 //推挽输出
	config.passiveFilterEnable 	= kPORT_PassiveFilterDisable;//滤波器
	config.pullSelect 			= kPORT_PullUp;				 //上拉
	config.slewRate 			= kPORT_FastSlewRate;		 //翻转速率

	CLOCK_EnableClock(LED_RGB_Clk_Name);

	/*以下两个函数都可以配置端口功能*/
	PORT_SetPinConfig(LED_RGB_Port, LED_RED_Pin, &config);		//配置功能更详细
	PORT_SetPinConfig(LED_RGB_Port, LED_GREEN_Pin, &config);
	PORT_SetPinConfig(LED_RGB_Port, LED_BLUE_Pin, &config);

//	PORT_SetPinMux(LED_RGB_Port, LED_RED_Pin, kPORT_MuxAsGpio);	//只能配置是否复用
//	PORT_SetPinMux(LED_RGB_Port, LED_GREEN_Pin, kPORT_MuxAsGpio);
//	PORT_SetPinMux(LED_RGB_Port, LED_BLUE_Pin, kPORT_MuxAsGpio);

//	CLOCK_DisableClock(LED_RGB_Clk_Name);		//可以在配置完成之后关闭时钟,不影响使用

	GPIO_PinInit(LED_RGB_GPIO, LED_RED_Pin, &io_init);
	GPIO_PinInit(LED_RGB_GPIO, LED_GREEN_Pin, &io_init);
	GPIO_PinInit(LED_RGB_GPIO, LED_BLUE_Pin, &io_init);
}

要注意的是,时钟使能要放在GPIO配置之前,否则不能访问GPIO配置寄存器,在配置完成之后可以关闭时钟,也可以一直开启。

led_driver.h文件内容

#ifndef __LED_DRIVER_H__
#define __LED_DRIVER_H__

#include "fsl_gpio.h"
#include "fsl_port.h"
#include "fsl_clock.h"


/*
LED_RGB_BLUE  	- A22
LED_RGB_GREEN 	- A23
LED_RGB_RED 	- A24
LED_STS 		- E0
*/

#define LED_RED_Pin		24
#define LED_GREEN_Pin	23
#define LED_BLUE_Pin	22

#define LED_RGB_Port		PORTA
#define LED_RGB_GPIO		GPIOA
#define LED_RGB_Clk_Name	kCLOCK_PortA

#define LED_RED_ON			GPIO_WritePinOutput(LED_RGB_GPIO, LED_RED_Pin, 1)
#define LED_RED_OFF			GPIO_WritePinOutput(LED_RGB_GPIO, LED_RED_Pin, 0)
#define LED_RED_TOGGLE		GPIO_TogglePinsOutput(LED_RGB_GPIO, 1 << LED_RED_Pin)

#define LED_GREEN_ON		GPIO_WritePinOutput(LED_RGB_GPIO, LED_GREEN_Pin, 1)
#define LED_GREEN_OFF		GPIO_WritePinOutput(LED_RGB_GPIO, LED_GREEN_Pin, 0)
#define LED_GREEN_TOGGLE 	GPIO_TogglePinsOutput(LED_RGB_GPIO, 1 << LED_GREEN_Pin)

#define LED_BLUE_ON			GPIO_WritePinOutput(LED_RGB_GPIO, LED_BLUE_Pin, 1)
#define LED_BLUE_OFF		GPIO_WritePinOutput(LED_RGB_GPIO, LED_BLUE_Pin, 0)
#define LED_BLUE_TOGGLE		GPIO_TogglePinsOutput(LED_RGB_GPIO, 1 << LED_BLUE_Pin)

void LED_RGB_Init(void);

#endif

头文件中通过宏定义的方式实现了LED的亮灭和翻转控制。

板载按键初始化

按键部分硬件原理图,默认SW2上拉,按下为低电平。

button_driver.c文件内容

#include "button_driver.h"

void Button_Init(void)
{
	gpio_pin_config_t io_init;
	port_pin_config_t config;

	io_init.outputLogic  = 0;
	io_init.pinDirection = kGPIO_DigitalInput;

	config.mux 					= kPORT_MuxAsGpio;				//通用GPIO
	config.lockRegister 		= kPORT_LockRegister;			//PCR寄存器被锁定,不能再次改变
	config.pullSelect 			= kPORT_PullUp;					//上拉
	config.slewRate 			= kPORT_FastSlewRate;			//翻转速率
	config.lockRegister 		= kPORT_LockRegister;			//PCR寄存器被锁定,不能再次改变
	config.passiveFilterEnable 	= kPORT_PassiveFilterEnable;	//滤波器

	CLOCK_EnableClock(BTN_SW2_Clk_Name);

	//以下两个函数功能一样
	PORT_SetPinConfig(BTN_SW2_Port, BTN_SW2_Pin, &config);
//	PORT_SetPinMux(BTN_SW2_Port, BTN_SW2_Pin, kPORT_MuxAsGpio);	//设置IO模式为通用GPIO

	GPIO_PinInit(BTN_SW2_GPIO, BTN_SW2_Pin, &io_init);
}

SW2按键配置为上拉输入模式。

button_driver.h文件内容

ifndef __BUTTON_DRIVER_H__
#define __BUTTON_DRIVER_H__

#include "fsl_gpio.h"
#include "fsl_port.h"

/*
 * SW2 - PA0
 *
 * */

//按下为低电平

#define BTN_SW2_GPIO 	GPIOA
#define BTN_SW2_Pin		0
#define BTN_SW2_Port	PORTA
#define BTN_SW2_Clk_Name	kCLOCK_PortA

#define BTN_SW2_IN	GPIO_ReadPinInput(BTN_SW2_GPIO, BTN_SW2_Pin)

/*
#define BTN_SW2_IN	ReadGPIO(BTN_SW2_GPIO, BTN_SW2_Pin)
*/

void Button_Init(void);

#endif

通过GPIO读取函数来获取SW2输入状态。

主函数应用

主函数实现sw2按键按下时,蓝色LED状态翻转:

int main(void)
{
	BOARD_BootClockRUN();	//系统时钟配置

	UART0_Init();
	Delay_Init();
	LOG("Hello RV32M1 \r\n");

	LED_RGB_Init();
	Button_Init();

	while (1)
	{
//		LED_RED_TOGGLE;
//		Delay_ms(100);
		if(BTN_SW2_IN == 0)
		{
			while(!BTN_SW2_IN);
			LOG("sw2 press \r\n");
			LED_BLUE_TOGGLE;
		}
	}
}

代码下载

织女星开发板VEGA_Lite支持从4个核启动,所以在进行程序下载之前,要确认当前的启动模式是从RISC-V RI5CY核启动的,否则程序烧写进去不会运行。

关于启动模式的修改可以参考: 织女星开发板启动模式修改

Eclipse工程源码下载: RI5CY_GPIO_Demo.rar

总结

GPIOE组的使用,和其他组的GPIO使用不太一样,需要特别设置一下,目前还没有找到相关资料,所以板子上的LED_STS,和SW3/4/5还没成功的驱动起来,等找到相关资料再来补充。

参考资料

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