ESP-IDF学习笔记-GPIO的简单使用

ESP32中的GPIO可以分为简单的GPIO和专用GPIO，这里记录普通GPIO的使用。每个管脚都可用作一个通用 IO，或连接一个内部外设信号。通过 GPIO 交换矩阵、IO MUX 和 RTC IO MUX，可配置外设模块的输入信号来源于任何的 GPIO 管脚，并且外设模块的输出信号也可连接到任意 GPIO 管脚。这些模块共同组成了芯片的输入输出控制。

官方文档

参考文章

一，GPIO配置

头文件:driver/gpio.h

GPIO配置分为结构体配置和函数配置。

结构体配置

函数原型:

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esp_err_t gpio_config(const gpio_config_t *pGPIOConfig);

可配置GPIO‘的输入输出模式、上下拉、中断类型、引脚。

使用的gpio_config_t结构体：

成员 类型 作用 典型值
pin_bit_mask uint64_t 选择引脚，以位为单位选择 如(1 << 18)|(1 << 19)
mode gpio_mode_t 选择输入输出模式 GPIO_MODE_DISABLE
pull_up_en gpio_pullup_t 选择是否上拉 GPIO_PULLUP_DISABLE/GPIO_PULLUP_ENABLE
pull_down_en gpio_pulldown_t 选择是否下拉 GPIO_PULLDOWN_DISABLE/GPIO_PULLDOWN_ENABLE
intr_type gpio_int_type_t 中断触发模式 GPIO_INTR_DISABLE

详细参数解析：

gpio_mode_t：

  • GPIO_MODE_DISABLE:失能输入输出
  • GPIO_MODE_INPUT:输入模式
  • GPIO_MODE_OUTPUT:输出模式
  • GPIO_MODE_OUTPUT_OD:开漏输出模式
  • GPIO_MODE_INPUT_OUTPUT_OD:开漏输入输出模式
  • GPIO_MODE_INPUT_OUTPUT:输入输出模式

gpio_int_type_t:

  • GPIO_INTR_DISABLE:禁止中断
  • GPIO_INTR_POSEDGE:上升沿中断
  • GPIO_INTR_NEGEDGE:下降沿中断
  • GPIO_INTR_ANYEDGE:边缘中断
  • GGPIO_INTR_LOW_LEVEL:低电平中断
  • GPIO_INTR_HIGH_LEVEL:高电平中断

pin_bit_mask:

该参数使用每个bit表示要操作的GPIO口，典型使用值如下:

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// 表示此配置对 GPIO2生效，因为这个64位数的第2位（从零开始）为1
pin_bit_mask = 0b0100

// 表示此配置对 GPIO0 和 GPIO5 生效，因为第0位和第5位为1
pin_bit_mask = 0b100001

// 表示此配置对 GPIO16 和 GPIO 18 生效，采用位运算
pin_bit_mask = (1ull << 16) | (1ull << 18)


使用例:

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gpio_config_t gpio={
        .pin_bit_mask=1<<GPIO_NUM_3,
        .mode=GPIO_MODE_OUTPUT,
        .pull_down_en=0,
        .pull_up_en=1,
        .intr_type=GPIO_INTR_DISABLE,
    };
    gpio_config(&gpio);

使用gpio_reset_pin()重置IO口。

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函数配置

就是将上面的结构体分成了多个函数进行配置，这里不多讲，请自行参考官方文档。

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esp_err_t gpio_set_intr_type(gpio_num_t gpio_num, gpio_int_type_t intr_type);
esp_err_t gpio_intr_enable(gpio_num_t gpio_num);
esp_err_t gpio_intr_disable(gpio_num_t gpio_num);
esp_err_t gpio_set_direction(gpio_num_t gpio_num, gpio_mode_t mode);
esp_err_t gpio_set_pull_mode(gpio_num_t gpio_num, gpio_pull_mode_t pull);
esp_err_t gpio_pullup_en(gpio_num_t gpio_num);
esp_err_t gpio_pullup_dis(gpio_num_t gpio_num);
esp_err_t gpio_set_drive_capability(gpio_num_t gpio_num, gpio_drive_cap_t strength);//设置IO口驱动能力
esp_err_t gpio_get_drive_capability(gpio_num_t gpio_num, gpio_drive_cap_t *strength);
esp_err_t gpio_hold_en(gpio_num_t gpio_num);//保持IO口状态
esp_err_t gpio_hold_dis(gpio_num_t gpio_num);

二，IO口的使用

设置IO口输出：

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esp_err_t gpio_set_level(gpio_num_t gpio_num, uint32_t level);

读取IO口状态：

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int gpio_get_level(gpio_num_t gpio_num);

当IO口没有设置为输入，则读取的值恒为0。

三，中断的使用

1，设置中断类型

通过结构体配置，或者使用gpio_set_intr_type()函数设置触发中断的条件。

2，创建中断服务函数

创建形如以下的中断服务函数

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static QueueHandle_t gpio_evt_queue = NULL;
...
static void IRAM_ATTR gpio_isr_handler(void* arg)
{
    uint32_t gpio_num = (uint32_t) arg;
    xQueueSendFromISR(gpio_evt_queue, &gpio_num, NULL);
}

这里使用的FreeRTOS的消息队列传递中断信息。因为GPIO中断在IRAM中工作，好处是在flash禁用的情况下也可以响应中断。且速度更快，对于这种频繁触发的中断是有利的。但是这个中断也因此无法使用printf等串口打印工作，需要转入其他Task中执行。详见官网API参考—— 中断分配Interrupt Allocation

3，创建中断处理任务函数

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static void gpio_task_example(void* arg)
{
    uint32_t io_num;
    for(;;) {
        if(xQueueReceive(gpio_evt_queue, &io_num, portMAX_DELAY)) {
            printf("GPIO[%"PRIu32"] intr, val: %d\n", io_num, gpio_get_level(io_num));
        }
    }
}

4,安装中断服务

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esp_err_t gpio_install_isr_service(int intr_alloc_flags);

参数：

intr_alloc_flags – Flags used to allocate the interrupt. One or multiple (ORred) ESP_INTR_FLAG_* values. See esp_intr_alloc.h for more info.

该函数与gpio_isr_register() 不兼容。gpio_isr_register() 会创建一个中断服务函数处理全部的中断，用户需要在这个处理函数中分辨IO口分别处理。而使用这个函数，会用gpio_isr_register() 创建一个设置好的中断服务函数，分辨IO口的任务已经写好，使用gpio_isr_handler_add()添加每个中断的服务函数。

相应的有移除函数。

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void gpio_uninstall_isr_service(void);

5，为每个IO口添加handle

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esp_err_t gpio_isr_handler_add(gpio_num_t gpio_num, gpio_isr_t isr_handler, void *args);

其中**args是上面创建的中断服务函数传入**的参数。

该函数需要在gpio_install_isr_service()后调用。使用该函数添加的服务函数不在需要使用IRAM_ATTR,除非在使用gpio_install_isr_service()时设置了ESP_INTR_FLAG_IRAM 。

删除函数:

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esp_err_t gpio_isr_handler_remove(gpio_num_t gpio_num);

6,开启任务

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xTaskCreate(gpio_task_example, "gpio_task_example", 2048, NULL, 10, NULL);

注意，上面用到的FreeRTOS的API需要引入相应头文件。

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#include "freertos/FreeRTOS.h"
#include "freertos/task.h"
#include "freertos/queue.h"

一个例子：

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#include "freertos/FreeRTOS.h"
#include "freertos/task.h"
#include "freertos/queue.h"
#include "driver/gpio.h"

static QueueHandle_t gpioevent=NULL;
static void IRAM_ATTR gpio_intr(void *arg)
{
    uint32_t gpio_num=(uint32_t )arg;
    xQueueSendFromISR(gpioevent,&gpio_num,NULL);
}

static void gpio_task(void *arg)
{
    uint32_t io_num;
    for(;;){
        if(xQueueReceive(gpioevent,&io_num,portMAX_DELAY))
        {
            printf("GPIO[%"PRIu32"] intr, val: %d\n", io_num, gpio_get_level(io_num));
        }
    }
}

void app_main(void)
{
    gpio_config_t gpio;

	gpio.pull_down_en=0;
    gpio.mode=GPIO_MODE_INPUT;
    gpio.pin_bit_mask=1<<GPIO_NUM_8;
    gpio.intr_type=GPIO_INTR_POSEDGE;
    gpio.pull_up_en=1;
    gpio_config(&gpio);

    gpioevent=xQueueCreate(10, sizeof(uint32_t));
    xTaskCreate(gpio_task, "gpio_task", 2048, NULL, 10, NULL);

    gpio_install_isr_service(0);
    gpio_isr_handler_add(GPIO_NUM_8, gpio_intr, (void*) GPIO_NUM_8);

    while(1)
    {
		...
    }
}