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因為項目所需，所以不得不開始研究M3，我用的是NXP公司的LPC1768這個芯片，它是具有三級流水線的哈佛結構，帶獨立的本地指令和數據總線以及用于外設的稍微低性能的第三條總線，還包含一個支持隨機跳轉的內部預取指單元。好了，今天只是初步測試一下它的GPIO功能，所謂的GPIO也就是通用輸入/輸出口(General Purpose Input Output)，萬丈高樓平地起，慢慢來吧。實驗的原理圖很簡單，就是幾個LED燈，關于燈的電流及電壓參數，這里不作詳細介紹，有興趣的可以到網上或供應商那里要一份數據手冊看一下，做技術的不能懶，有些東西該看的還是要看的。
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圖1 硬件原理圖
硬件原理圖很簡單了，74LVC244是用來驅動LED的，74LVC244內部就是8個三態門，關于它的詳細電氣參數，請參閱它的數據手冊。關于程序也不是太難，有幾個地方要說一下。即然是GPIO實驗，當然要關注GPIO的配置了，由于大部分引腳都具有一個以上功能，所以首先要配置引腳功能寄存器PINSEL，只有當引腳配置為GPIO功能時，GPIO的方向位才有效，對于其它功能來說，方向是自動的。關于引腳功能寄存器PINSEL功能如下表所示：
PINSEL0~PINSEL9的值功能復位后的值
00默認功能，通常為GPIO口00
01第一個可選功能
10第二個可選功能
11第三個可選功能
PINSEL寄存器每兩位控制一個引腳，由于各個引腳的功能不一樣，所以PINSEL0~PINSEL9的配置也相應的有所不同，想詳細了解這10個寄存器的功能可以參看《user.manual.lpc17xx》，這個手冊可以到NXP的網站上去下載。由于這次實驗只是用到GPIO功能，所以暫時不用管這個寄存器，用它的默認值就可以了。
另一個寄存器是引腳模式選擇寄存器PINMODE，它控制所有端口的工作模式，包括是否配置上拉/下拉電阻和特定的開漏操作模式等。引腳模式選擇寄存器PINMODE的功能如下表所示：
PINMODE0~PINMODE9的值功能復位后的值
00引腳使能片內上拉電阻00
01中斷模式
10引腳沒有使能片內上拉/下拉電阻
11引腳使能下拉電阻
當引腳處于邏輯高電平時，中繼模式使能上拉電阻，當引腳處于邏輯低電平時，使能下拉電阻，當引腳配置為輸入且不是通過外部驅動時，引腳將保持上一個已知狀態。PINMODE_0D寄存器控制寄存器的開漏模式，引腳配置為輸出且值為0時，開漏模式會正常地將引腳電平拉低。但是如果輸出引腳為1，則引腳輸出驅動關閉，等同于改變了引腳的方向，實際上是模擬了一個開漏輸出。
PINMODE_0D0~PINMODE_0D4的值功能復位后的值
00引腳處于正常模式(非開漏模式)00
01引腳處于開漏模式
除了以上兩個寄存器要配置，與GPIO端口相關的寄存器還有快速端口值寄存器FIOPIN可以用來讀/寫端口的值，端口輸出置位寄存器FIOSET，當這個寄存器的相應位置1時，相應端口引腳輸出1，當然也可以從這個寄存器讀取當前引腳輸出的值，與它對應的寄存器是FIOCLR，當寄存器FIOCLR相應位置1時，相應引腳輸出0，但這個寄存器是只寫寄存器，不能讀取數據。好了，關于這些寄存器先總結到這，詳細的配置還要看LPC1768的用戶手冊《user.manual.lpc17xx》，當然也可以經常去NXP網站逛逛看看其它的handbook或whitepaper 好了，下面給出實驗程序，由于程序太多，只給出部分，剩下的源文件可以到工程文件夾中去找：
/*********************************************************************************
文件名稱：mian.c
功 能： 主要調度函數及應用函數
編譯環境： MDKV4.12
時 鐘： 外部12Mhz
日 期： 11/08/16
作 者： 懶貓愛飛
備 注：NULL
---------------------------------------------------------------------------------
修改內容：NULL
修改日期：XXXX年xx月xx日 xx時xx分
修改人員：xxx xxx xxx
**********************************************************************************/
#include"main.h"
volatile unsigned lONg SysTickCnt; /* 用于系統時鐘計數*/
/********************************************************************************
* 函數名稱：void SysTick_Handler (void)
* 函數功能： 系統節拍定時器中斷函數，每1ms計數一次
* 入口參數： 無
* 出口參數： 無
* 備 注：無
*******************************************************************************/
void SysTick_Handler (void)
{
SysTickCnt++;
}
/********************************************************************************
* 函數名稱：void Delay (unsigned long tick)
* 函數功能： 毫秒級延時函數
* 入口參數： unsigned long tick -- 延時時長
* 出口參數： 無
* 備 注：無
*******************************************************************************/
void DelayMs (unsigned long tick)
{
unsigned long systickcnt;
systickcnt = SysTickCnt;
while ((SysTickCnt - systickcnt) < tick);
}
/********************************************************************************
* 函數名稱：void PortInit(void)
* 函數功能： 端口初始化
* 入口參數： 無
* 出口參數： 無
* 備 注：無
*******************************************************************************/
void PortInit(void)
{
GPIO1->FIODIR = 0xB0000000; /* LEDs on PORT1 defined as Output */
GPIO2->FIODIR = 0x0000007C; /* LEDs on PORT2 defined as Output */
Led1Off(); /* 初始化時熄滅所有的燈*/
Led2Off();
Led3Off();
Led4Off();
Led5Off();
Led6Off();
Led7Off();
Led8Off();
}
/********************************************************************************
* 函數名稱：int main(void)
* 函數功能： 主函數
* 入口參數： 無
* 出口參數： 無
* 備 注：無
*******************************************************************************/
int main(void)
{
SystemInit(); /* 系統初始化，函數在system_LPC17xx.c文件夾中定義*/
SysTick_Config(SystemFrequency/1000 - 1); /* 配置時鐘中斷，每1ms中斷一次*/
/* 在core_cm3.h中定義*/
PortInit(); /* 端口初始化*/
while(1)
{
Led1On(); //LED1開
Led4On(); //LED4 開
DelayMs(200);
Led1Off(); //LED1關
Led4Off(); //LED4關
DelayMs(200);
}
}
因為程序是最基礎的實驗，所以不是太難，程序中延時函數用的是系統節拍定時器，每1m中斷一次，系統節拍定時器的中斷配置函數是SysTick_Config(uint32_t ticks)它在core_cm3.h中有定義，有興趣的話可以看看。GPIO是一個結構體指針，原型在LPC17XX.H這個頭文件中，其定義的原型如下所示：
typedef struct
{
__IO uint32_t FIODIR;
uint32_t RESERVED0[3];
__IO uint32_t FIOMASK;
__IO uint32_t FIOPIN;
__IO uint32_t FIOSET;
__O uint32_t FIOCLR;
} GPIO_TypeDef;
還有幾個宏定義，如下所示：
1)、#define GPIO1 (( GPIO_TypeDef *) GPIO1_BASE)
上面這個宏是把GPIO1指向芯片GPIO1的基址上，
2)、#define GPIO1_BASE (GPIO_BASE + 0x00020)
3)、#define GPIO_BASE (0x2009C000UL)
這三個宏就把GPIO的基址定義了出來，關于LPV1768內部地址的分配情況，可以參看它的數據手冊，也可參考一下《ARM Cortex-M3 權威指南》。
??????? 有輸出總會有輸入，今天測試一下按鍵的功能，第一節已經說過了與GPIO端口相關的寄存器，這里不在重復，想要從端口讀取數據，首先把FIODIR這個寄存器設置為輸入，再從FIOPIN寄存器讀取數據就可以了，這個寄存器具有讀寫功能。下面說一下這個實驗的電路圖，如下所示：
?
圖1 JoySTick按鍵連線圖
關于按鍵電路還有一個，不過是接在外部中斷0 上的，其電路圖如下圖所示：
?
這次實驗沒有涉及到外部中斷，都是做普通的IO輸入使用的，所以在這里外部中斷就做學習總結了。下面給出這次實驗的主程序：
/*********************************************************************************
文件名稱：mian.c
功 能： 主要調度函數及應用函數
編譯環境： MDKV4.12
時 鐘： 外部12Mhz
日 期： 11/08/16
作 者： 懶貓愛飛
備 注：NULL
---------------------------------------------------------------------------------
修改內容：NULL
修改日期：XXXX年xx月xx日 xx時xx分
修改人員：xxx xxx xxx
**********************************************************************************/
#include"main.h"
volatile unsigned lONg SysTickCnt; /* 用于系統時鐘計數*/
/********************************************************************************
* 函數名稱：void SysTick_Handler (void)
* 函數功能： 系統節拍定時器中斷函數，每1ms計數一次
* 入口參數： 無
* 出口參數： 無
* 備 注：無
*******************************************************************************/
void SysTick_Handler (void)
{
SysTickCnt++;
}
/********************************************************************************
* 函數名稱：void Delay (unsigned long tick)
* 函數功能： 毫秒級延時函數
* 入口參數： unsigned long tick -- 延時時長
* 出口參數： 無
* 備 注：無
*******************************************************************************/
void DelayMs (unsigned long tick)
{
unsigned long systickcnt;
systickcnt = SysTickCnt;
while ((SysTickCnt - systickcnt) < tick);
}
/********************************************************************************
* 函數名稱：void PortInit(void)
* 函數功能： 端口初始化
* 入口參數： 無
* 出口參數： 無
* 備 注：無
*******************************************************************************/
void PortInit(void)
{
GPIO1->FIODIR = 0xB0000000; /* LEDs on PORT1 defined as Output */
GPIO2->FIODIR = 0x0000007C; /* LEDs on PORT2 defined as Output */
LedAllOff(); /* 初始化時熄滅所有的燈*/
}
/********************************************************************************
* 函數名稱：int main(void)
* 函數功能： 主函數
* 入口參數： 無
* 出口參數： 無
* 備 注：無
*******************************************************************************/
int main(void)
{
unsigned char LedFlag = 1; // 記錄LED狀態
SystemInit(); /* 系統初始化，函數在system_LPC17xx.c文件夾中定義*/
SysTick_Config(SystemFrequency/1000 - 1); /* 配置時鐘中斷，每1ms中斷一次*/
/* 在core_cm3.h中定義*/
PortInit(); /* 端口初始化*/
while(1)
{
if(!LedFlag)
{
Led1On(); // 點亮LED
}
else
{
Led1Off(); // 熄滅LED
}
if(!KEY_VAL)
{
DelayMs(10);
while(!KEY_VAL);
LedFlag ^=1; // Led狀態改變一次
}
if(!KEY_EN) // 此處是為了測試搖桿按鍵的功能是否正常
{
DelayMs(10);
while(!KEY_EN);
Led8Neg(); // 點亮LED // Led狀態改變一次
}
}
}
上一節對程序沒有做過多的解釋，這里詳細分析一下，工程中包含的源文件如下圖所示：
?
工程中startup_LPC17XX.s是M3的啟動文件，啟動文件由匯編語言寫的，它的作用一般是下面這幾個：
1)堆和棧的初始化
2)向量表定義
3)地址重映射及中斷向量表的轉移
4)設置系統時鐘頻率
5)中斷寄存器的初始化
6)進入C應用程序
工程中main.c是我寫的應用程序，也就是這次實驗的程序，core_cm3.c與core_cm3.h主要是M3外圍驅動源代碼與頭文件，使用時一般不需要修改，直接調用就可以。system_LPC17xx.c與system_LPC17xx.h是關于系統的文件，里面主要提供了系統初始化函數SystemInit()，文件中默認情況下定義的晶振的大小為12M，使用的是外部晶振，還使用了PLL0倍頻，關于倍頻的問題，以后慢慢再總結。芯片LPC1768的初始化主要包括時鐘配置，電源管理，功耗管理等。相比較而言，時鐘配置相對復雜，因為它包括兩個PLL倍頻電路，一個是主PLL0主要是為系統和USB提供時鐘，另一個是PLL1專門為USB提供48M時鐘，但也可以不使用它們。由于時鐘配置比較靈活，所以相以設置這些參數也比較復雜，但是這些在系統文件中已有明確的定義，所以想要變動時只需修改系統文件中相應的宏或函數即可。
下面簡要總結一下main()函數，首先是系統初始化函數SystemInit()，上面說過它在system_LPC17xx.c這個源文件中，這個函數主要完成了對時鐘的配置，系統功耗PCONP，時鐘輸出，flash加速等系統資源配置。如果要進行修改可以參考源文件的修改方法，雖然是英文注釋，但都非常簡單，有興趣的可以打開看看，不過一般情況下我們拿來直接用就好了不用修改的。
函數SysTick_Config(SystemFrequency/1000 - 1) 是用來配置系統時鐘節拍的，它的原型在core_m3.c這個源文件中。實驗程序中用的延時函數都是硬件延時，其實就是系統節拍定時器所產生的。使用硬件延時的原因是1、不占用軟件系統資源，2、比較精確。系統定時器配置很簡單，使用也很方便，專為系統軟件或系統管理軟件提供間隔中斷。系統節拍定時器的時鐘源可以是內核時鐘也，可以是外部時鐘，外部時鐘P3.26腳引入，當然想從這個引腳輸入時鐘，需要將這個引腳先配置成STCLK功能。系統節拍定時器是一個24位定時器，當計數值達到0時產生中斷。系統節拍定時器的功能就是為下一次中斷提供前提供一個固定時間間隔。由于節拍定時器是24位的，所以使用時不能與其它定時器混為一談，一定要注意定時時長的限制，不能超過界限。
最后再說一下數據類型的問題，在8位機中數據位找一般就是8位的所以，定義變量時一般選用單字節處理速度會快些，但到了32位機中，數據位寬一般是32位的，所以定義變量時一般用4字節會好些。在core_cm3.c中有關于數據類型的定義，有興趣的可以打開看看。
?????? 無論是哪款單片機應該都有對應的中斷的功能，中斷在嵌入式系統的地位毋庸置疑。LPC1768微處理器包括4個外部中斷，分別是EINT0、EINT1、EINT2、EINT3對應的引腳分別是P2.10~P2.13，這幾個引腳也可以作為通用IO口使用。名個外部中斷可以設置成低電平/高電平或上升沿/下降沿有效，它們還有一個功能就是可用于將處理器從睡眠、深度睡眠或掉電模式中喚醒。涉及到外部中斷的寄存器主要有以下幾個：
寄存器名稱描述功能默認值
EXTINT外部中斷標志寄存器設置或查看中斷標志0x00
EXTMODE外部中斷模式寄存器設置電平觸發或邊沿觸發0x00
EXTPOLAR外部中斷極性寄存器設置為高/低電平或上升/下降沿觸發0x00
PINSEL4引腳功能選擇寄存器選擇P2引腳的功能0x00
因為實驗選用中斷方式而非查詢方式來測試中斷，因中P2.10口接有一個按鍵，所以就用這個按鍵來作個簡單的中斷實驗，由于是選用的是下降沿觸發，所以還涉及一個寄存器：IO2IntenF這個寄存器的功能是使能P2口的下降沿中斷功能。因為只是實驗，所以電路很簡單，還是使用的前兩次用的電路圖，如下所示：
?
圖1 LED指示電路
還有一個電路，其實就是在P2.10口上接了一個輕工觸按鍵，以觸發外部中斷，這里就不上圖了。好了，由于實驗內容簡單，下面給出中斷程序，關于主程序有興趣的話可以參看附件中的，里面有完整的Real MDK4.10建立的工程工件：
/*********************************************************************************
文件名稱：extint.c
功 能： LPC1768的外部中斷函數
編譯環境： MDKV4.12
時 鐘： 外部12Mhz
日 期： 11/08/18
作 者： 懶貓愛飛
備 注：NULL
---------------------------------------------------------------------------------
修改內容：NULL
修改日期：XXXX年xx月xx日 xx時xx分
修改人員：xxx xxx xxx
**********************************************************************************/
#include "includes.h"
volatile uint32_t eint0_counter = 8; // 初始化時第一個燈亮
/********************************************************************************
* 函數名稱：void EINT0_IRQHandler (void)
* 函數功能： 外部中斷0函數入口
* 入口參數： 無
* 出口參數： 無
* 備 注：無
*******************************************************************************/
void EINT0_IRQHandler (void)
{
SC -> EXTINT = EINT0; /* 清中斷*/
switch(eint0_counter%8)
{
case 0: Led1Neg(); /* LED1狀態取反*/
break;
case 1: Led2Neg(); /* LED2狀態取反*/
break;
case 2: Led3Neg(); /* LED3狀態取反*/
break;
case 3: Led4Neg(); /* LED4狀態取反*/
break;
case 4: Led5Neg(); /* LED5狀態取反*/
break;
case 5: Led6Neg(); /* LED6狀態取反*/
break;
case 6: Led7Neg(); /* LED7狀態取反*/
break;
case 7: Led8Neg(); /* LED8狀態取反*/
break;
default:break;
}
eint0_counter++; /* 計數值加1 */
}
/********************************************************************************
* 函數名稱：uint32_t EINTInit( void )
* 函數功能： 外部中斷0初始化函數
* 入口參數： 無
* 出口參數： 返回TURE或FALSE
* 備 注：如果是返回false則說明中斷入口函數沒有在中斷向量表中建立
*******************************************************************************/
uint32_t EINTInit( void )
{
PINCON -> PINSEL4 = 0x00100000; /* 將P2.10腳設置為EINT0即第二功能*/
GPIOINT -> IO2IntEnF = 0x200; /* 設置為下降沿觸發*/
SC -> EXTMODE = EINT0_EDGE; /* 外部中斷模式選擇為邊沿觸發*/
SC -> EXTPOLAR = 0; /* 外部中斷1極性設置，此處選默認的低電平或下降沿*/
NVIC_EnableIRQ(EINT0_IRQn); /* 使能外部中斷0 */
return( TRUE );
}
這個程序只有兩個函數，一個是中斷處理函數，沒有什么不好理解，在這里不總結，關于中斷初始化函數，前面都是設置相關的中斷寄存器的，關于寄存器是怎么設置的可以看一下LPC1768的手冊，上面都有詳細的說明，在這里不再碼字總結。關于void NVIC_EnableIRQ(IRQn_Type IRQn)這個函數，它在core_cm3.h中有定義，其實就是設置中斷使能寄存器ISER，從名字就可以看出來了，它的功能就是使能中斷。這次外部中斷沒有用查詢的方式，查詢方式的原理就是設置好中斷，使能中斷，然后主程序一直查詢中斷位是否有中斷，然后再執行相應的措施。
工商網監
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