1、GPIO與第一個例程1主要內容：4.1 通用I/O接口基本概念及連接方法4.2 端口控制模塊與GPIO模塊的編程結構4.3 GPIO驅動構件封裝方法與驅動構件封裝規范4.4 第一個C語言工程：控制小燈閃爍4.5 工程文件組織框架與第一個C語言工程分析4.1 通用I/O接口基本概念及連接方法 1. I/O接口的概念 I/O接口，即輸入輸出接口，是微控制器同外界進行交互的重要通道，實現MCU與外部設備的數據交換。 在嵌入式系統中，接口種類繁多，有顯而易見的人機交互接口，如操縱桿、鍵盤、顯示器；也有無人介入的接口，如網絡接口、機器設備接口 2.通用I/O（GPIO） 所謂通用I/O，也記為GPIO（

2、General Purpose I/O），即基本的輸入/輸出，有時也稱并行I/O，或普通I/O，它是I/O的最基本形式。MCU內部程序可以對通用I/O的端口寄存器進行讀寫來實現開關量的輸入輸出操作，且大多數通用I/O引腳可以通過編程來設定其工作方式為輸入或輸出，稱之為雙向通用I/O。2 3.上拉下拉電阻與輸入引腳的基本接法 輸入引腳有三種不同的連接方式：帶上拉電阻的連接、帶下拉電阻的連接和“懸空”連接。 若MCU的某個引腳通過一個電阻接到電源（Vcc）上，這個電阻被稱為“上拉電阻”。與之相對應，若MCU的某個引腳通過一個電阻接到地（GND）上，則相應的電阻被稱為“下拉電阻”。懸空的芯片引腳被上

3、拉電阻或下拉電阻初始化為高電平或低電平。3 4.輸出引腳的基本接法 作為通用輸出引腳，MCU內部程序向該引腳輸出高電平或低電平來驅動器件工作，即開關量輸出。如圖所示。其中O1引腳是發光二極管LED的驅動引腳，當O1引腳輸出高電平時，LED不亮；當O1引腳輸出低電平時，LED點亮。O2引腳接蜂鳴器驅動電路，當O2腳輸出高電平時，蜂鳴器響；O2腳輸出低電平時，蜂鳴器不響。45相關名詞解釋（1）模擬引腳是指不能夠配置成GPIO的引腳叫做模擬引腳（Analog pin），如RESET、EXTAL及XTAL等引腳。（2）數字引腳是指能夠被配置成GPIO的引腳叫做數字引腳（Digital pin）。（3）

4、無源濾波器（Passive filter）是由電容器、電抗器和電阻器適當組合而成，并兼有無功補償和調壓功能的濾波器。（4）引腳驅動能力（Drive Strength）是指引腳放出或吸入電流的承受能力，一般用mA單位度量。（5）轉換速率（Slew rate）是指電壓在高低電平間轉換的時間間隔，一般用ns單位度量。（6）數字輸入/輸出（Digital input/output）是指芯片引腳只能輸入/輸出高電平（邏輯1）和低電平（邏輯0）兩個電壓值。（7）引腳復用槽（Pin muxing slot）是指信號復用裝置與引腳之間的接口，引腳通過連接不同的信號復用槽可以配置成不同的功能。5 3引腳控制寄存

5、器（PORTx_PCRn） 每個端口的每個引腳均有一個對應的引腳控制寄存器，可以配置引腳中斷或DMA傳輸請求，可以配置引腳為GPIO功能或其他功能，可以配置是否啟用上拉或下拉，可以配置選擇輸出引腳的驅動強度，可以配置選擇輸入引腳是否使用內部濾波等。6 其中“X”表示復位后狀態不確定。 4全局引腳控制寄存器 每個端口的全局引腳控制寄存器有兩個，分別為PORTx_GPCLR、PORTx_GPCHR，為只寫寄存器，讀出總為0。每個寄存器的高16位被稱為全局引腳寫使能字段（Global Pin Write Enable，GPWE），低16位被稱為全局引腳寫數據字段（Global Pin Write D

6、ata，GPWD）。 KL25芯片每個端口有32個引腳控制寄存器，分為兩組：低引腳控制寄存器組（150）和高引腳控制寄存器組（3116），全局引腳控制寄存器PORTx_GPCLR批配置低引腳控制寄存器組（150），而全局引腳控制寄存器PORTx_GPCHR配置高引腳控制寄存器組（3116）。這樣可以實現一次配置16個功能相同的引腳，提高了編程效率。 全局引腳控制寄存器不能配置引腳控制寄存器的高16位，因此，不能使用該功能配置引腳中斷。7 5中斷狀態標志寄存器(PORTx_ISFR) 數字引腳模式下，每個引腳的中斷模式可以獨立配置，在引腳控制寄存器IRQC字段可配置選擇：中斷禁止（復位后默認）；

7、高電平、低電平、上升沿、下降沿、沿跳變觸發中斷；上升沿、下降沿、沿跳變觸發DMA請求。支持低功耗模式下喚醒。 每個端口的中斷狀態標志寄存器（PORTx_ISFR），對應32個引腳，相應位為1，表明配置的中斷已經被檢測到，反之沒有。各位具有寫1清0特性。84.2.2 GPIO模塊 1KL25的GPIO引腳 80引腳封裝的KL25芯片的GPIO引腳分別記為PORTA、PORTB、PORTC、PORTD、PORTE共5個端口，共含61個引腳。端口作為GPIO引腳時，邏輯1對應高電平，邏輯0對應著低電平。 （1）PORTA口有10個引腳，分別為PTA12、PTA45、PTA1217； （2）PORTB

8、口有12個引腳，分別為PTB03、PTB811、PTB1619； （3）PORTC口有16個引腳，分別為PTC013、PTC1617； （4）PORTD口有8個引腳，分別為PTD07； （5）PORTE口有15個引腳，分別為PTE05、PTE2025、PTE2931。9 2.GPIO寄存器 每個GPIO口均有6個寄存器，5個GPIO口共有30個寄存器。PORTA、PORTB、PORTC、PORTD、PORTE各口寄存器的基地址分別為400F_F000h、400F_F040h、400F_F0080h、400F_F0C0h、400F_F100h，所以各口基地址相差40h。 各GPIO口的6個寄存器

9、分別是數據輸出寄存器、輸出置1寄存器、輸出清0寄存器、輸出反轉寄存器、數據輸入寄存器、數據方向寄存器。其中輸出寄存器的地址就是口的基地址，其他寄存器的地址依次加4。所有寄存器均為32位寬度，復位時均為0000_0000h。10 其他各口功能與編程方式完全一致，只是相應寄存器名與寄存器地址不同，其中寄存器名只要把其中的PORTA口“A”子字母分別改為B、C、D、E即可獲得，地址按上述給出的規律計算。11內存映射與寄存器定義：KL25參考手冊中文版P559124.2.3 GPIO基本編程步驟與舉例 1.GPIO基本編程步驟要使芯片某一引腳為GPIO功能，并定義為輸入/輸出，隨后進行應用，基本編程步

10、驟如下：（1）通過端口控制模塊（PORT）的引腳控制寄存器PORTx_PCRn的引腳復用控制字段（MUX）設定其為GPIO功能（即令MUX=0b001）；（2）通過GPIO模塊相應口的“數據方向寄存器”來指定相應引腳為輸入或輸出功能。若指定位為0，則為對應引腳輸入；若指定位為1，則為對應引腳輸出。（3）若是輸出引腳，則通過設置“數據輸出寄存器”來指定相應引腳輸出低電平或高電平，對應值為0或1。亦可通過“輸出置位寄存器”、“輸出清位寄存器”、“輸出取反寄存器”改變引腳狀態，參見表4-1中關于寄存器的說明。（4）若是輸入引腳，則通過“數據輸入寄存器”獲得引腳的狀態。若指定位為0，表示當前該引腳上為

11、低電平；若為1，則為高電平。134.4 第一個C語言工程：控制小燈閃爍 本書用KL25控制發光二極管指示燈的例子開始程序之旅，程序中使用了GPIO驅動構件來編寫指示燈程序。當指示燈兩端引腳上有足夠高的正向壓降時，它就會發光。在本書的工程實例中，燈的正端引腳接KL25的GPIO口，負端引腳通過電阻接地。當在I/O引腳上輸出高或低電平時，指示燈就會亮或暗。FRDM-KL25Z硬件板上有個三色燈，PORTB18=紅燈、PORTB19= 綠燈。1415官方例程文件結構，其中config files文件夾里包含RAM 和ROM的配置文件，platinum為飛思卡爾官方演示例程。16雙擊打開make_ne

12、w_project.exe文件，出現如下界面，該界面調用腳本語言創建一個新的IAR工程17輸入新建的工程名：test18點擊回車后，出現如下界面。提示“project test successfully created. Press Enter to exit.”說明新工程創建成功。19按“回車”退出創建環境后，我們發現新工程已經創建完成，如圖中藍色選中文件夾20雙擊打開“test”文件夾，其中“test.eww”是IAR的工程文件，如果已經成功安裝IAR，就顯示為IAR的小圖標，雙擊打開21打開后，系統提示該工程包含未知工具，點擊“確定”，不用理會該提示22我們看IAR左側，workspac

13、e欄，其中有兩個工程，一個是“xx_freedom”另一個是“xx_tower”，這里我們用的FRDM開發環境，因此刪除“xx_tower”工程23在“xx_tower”上右擊，選擇remove，彈出如下對話框，點擊確定，刪除成功24在workspace中，找到project，點擊“+”展開目錄，雙擊打開test.c，即可看見主函數main()25OPEN SDA查看版本1.開發板的SDA Connector連接電腦USB接口，在“我的電腦”將會出現一個“FRDM-KL25Z”盤26OPEN SDA查看版本2.打開“FRDM-KL25Z”盤，即可看到下圖所示的文件，打開SDA_INFO.HTM

14、文件，即可查看到Bootloader信息27OPEN SDA升級1.下載相關APP和驅動通過上一步的查看OpenSDA信息，注意在下方有“OpenSDA Firmware (MSD & Debug)”和“Windows USB Drivers”，下載“Firmware Apps ”和“ PEDrivers_install.exe ”，注意這個需要在pemicro網站注冊才能下載哦，不想注冊下載的可以查看下面附件下載，如圖紅圈所示28OPEN SDA升級2.下載好驅動，為了更新Bootloader請先閱讀BOOTUPDATEAPP_release_notes并按如下步驟操作：進入Bootload

15、er模式（按住復位鍵，用USB線將開發板的OpenSDA接口與電腦連接，釋放復位鍵）將BOOTUPDATEAPP.SDA放進Bootloader盤（該文件在OpenSDA_Bootloader_Update_App_v111_2013_12_11壓縮包內）29OPEN SDA升級拔掉再插上OpenSDA以啟動Bootloader升級。該升級過程最長15秒，一般3秒內搞定一旦升級結束，OpenSDA將自動進入Bootloader模式、綠色小燈將秒頻率閃爍運行Bootloader 盤中SDA_INFO.HTM文件即可從網頁上看到自己開發板OpenSDA的Bootloader 已經升級到了版本1.1

16、1303.將1.14版OpenSDA固件程序MSD-DEBUG-FRDM-KL25Z_Pemicro_v114.SDA放入Bootloader314.拔掉再插上OpenSDA就能看到127MB大小、名為FRDM-KL25Z的盤（該狀態就是可以Deubg，也可以往里丟.srec文件的OpenSDA最新狀態）32在設備管理器中可以看見OPENSDA33回到test.c主函數main()，里面已經有官方寫好的小程序用于實現串口收到什么就發送什么。不需使用刪除即可34觀察芯片手冊中，引腳復用說明表，下表列出每個引腳可以復用的功能從alt0-alt735找到和LED相連的PTB18和PTB19引腳，觀察

17、他們的復用功能，可以看出，它們能用來作為通用IO、觸摸通道、TPM通道36打開B端口模塊的時鐘37查看GPIOx_PDDR寄存器，0為輸入，1為輸出，配置PTB18、PTB19為輸出38在GPIOx_PDOR寄存器中，相應為寫入1，對應引腳輸出高電平;寫入0，對應引腳輸出低電平39GPIOx_PSOR相應為寫0不改變輸出引腳狀態，寫1將輸出高電平40GPIOx_PCOR相應為寫0不改變輸出引腳狀態，寫1將輸出低電平41三色LED電路連接圖Red-PTB18Green-PTB19Blue-PTD142該函數實現三色LED三種顏色的交替閃爍步驟：打開引腳時鐘選擇引腳復用配置輸入輸出方向控制高低電平

18、變化43改變三色LED三種顏色的交替閃爍頻率For循環控制了，每種LED亮滅的時間，改變For循環的循環次數即可改變閃爍頻率4.5.3 機器碼文件.hex（Intel HEX）文件是由一行行符合Intel HEX文件格式的文本所構成的ASCII文本文件，在Intel HEX文件中，每一行包含一個HEX記錄，這些記錄由對應機器語言碼（含常量數據）的十六進制編碼數字組成。44 1記錄格式 .hex文件中的語句有六種不同類型的語句，但總體格式是一樣的，如下表45 2實例分析 以KL25-Light工程中的KL25prg.hex為例，進行簡明分析。截取第一個實例工程的“.hex”文件的部分行進行分解，

19、 （1）分析第1行，以“：”開始，長度為“0 x10”（16個字節），“0000”表示相對地址，緊接著的“00”代表記錄類型為數據類型，接下來的就是數據段“0030002005060000550A00005D0A0000”，該數據段存放在偏移地址為“0000”的存儲區的機器操作碼，也就是說，只有這些數據被寫入到Flash存儲區。46 這里的hex文件中，數據部分是以“小端”的方式存儲的，在這種格式中，字的低字節存儲在低地址中，而字數據的高字節存放在高地址中，第1個4字節“00 30 00 20”，實際表示的數據內容為“20 00 30 00”，就是堆棧棧頂（=RAM最高地址+1），這4個字節也

20、就是中斷向量表中開始內容（占用了0號中斷位置），其內容在MCU啟動時被放入堆棧寄存器SP中。 接下來的4個字節 “05 06 00 00” “00 00 06 05”（參見第45行），占用中斷向量表1號中斷位置，其內容其內容在MCU啟動時被放入程序堆棧計數器PC中，也就是開始執行代碼的存放處，即為啟動函數Startup在Flash中存放的開始地址（可以從“.map”文件、“.lst”文件找到相應信息進行理解）。 （2）從第1行后半部開始至12行，是中斷向量表，從第13行開始是程序記錄。 （3）第220行（最后一行）為文檔的結束記錄，記錄類型為“0 x01”；“0 xFF”為本記錄的校驗和字段內

21、容。474.5.4 其他相關文件功能簡介 1中斷向量及服務例程文件（vector.h、vector.c、isr.h、isr.c） 位于“.CPU”文件夾下的vector.h、vector.c文件及“.Sources”文件夾下的isr.h、isr.c文件是中斷處理相關文件. 2啟動文件（startup.c） 啟動文件一般不需修改。該文件位于 “.Project_SettingsStartup_Code”文件夾下，是CW10.3環境下KL25工程啟動文件。在startup.c文件中給出了startup函數源代碼。48 3總頭文件與主程序文件（includes.h、main.c） 總頭文件includes.h是main.c使用的頭文件，內含外部函數引用、常量、全局變量聲明以及外部變量引用。main.c文件是工程任務的核心文件，main函數即在該文件中實現。在main函數中包含了一個永久循環，對具體事務過程的操作幾乎都是添加在該主循環中，含有操作系統下編程的調度作用。 4內核及芯片頭文件