STM32固件库编程：配置GPIO寄存器分布

前面提到STM32F407ZGT6有114个GPIO，分为8组，分别是PA，PB，…，PH口，那么它们映射的物理地址是多少呢？编程前必须弄清楚它们挂在哪个总线上，映射的地址是多少。图2-4是STM32F4xx的结构框图。从框图可以看出，GPIO都挂在了AHB1上，从表0-6可找到AHB1的地址范围是0x4002 0000～0x4007 FFFF，而8组GPIO对应的基地址与偏移量如表2-2所示。

表2-2　8组GPIO对应的地址分布

续表

图2-4　STM32F4xx总线框架图

有两个值得注意的地方：GPIOA（PA口）的基地址对应的正好是AHB1的基地址，也就是AHB1的第一个设备就是GPIOA，它们的边沿地址对齐了。GPIOB与GPIOA相隔了0x400，即和GPIOA有关的所有寄存器都在0x4002 0000～0x4002 03FFF。再观察几组GPIO的基地址，它们都相隔0x400，也就是说，所有的GPIOx基地址都可以从AHB1推导出来。

除了前面讲到的4个设置模式的寄存器外，还有其他需要设置的寄存器，如表2-3所示。表中以GPIOF（PF口）为例，GPIOF的基地址是0x4002 1400，对应的寄存器有GPIOF＿MODER、GPIOF＿OTYPER、GPIOF＿OSPEEDR、GPIOF＿PUPDR、GPIOF＿IDR、GPIOF＿ODR、GPIOF＿BSRR、GPIOF＿LCKR、GPIOF＿AFRL、GPIOF＿AFRH。这么多寄存器，它们之间的偏移量都是0x04，同样的道理，它们都可以通过固定的偏移量＋基地址进行推导。

表2-3　使用GPIOF需要设置的相关寄存器

这些寄存器都是32位。下面将这10个寄存器作简要的说明。

（1）GPIOx＿MODER（x＝A，B，…，H，下同）：端口模式寄存器，如图2-5所示。其作用是设置Px口工作在输入、输出、复用或模拟模式，具体设置代码如表2-1所示。它的复位值比较特殊：PA口是0xA800 0000，PB口是0x0000 0280，其他端口是0x0000 0000。

图2-5　GPIOx＿MODER寄存器

寄存器的32位分为16组，每组2位，分别对应Px口的16个引脚，比如bit1与bit0用于设置Px0的工作模式。00代表输入模式；01代表通用输出模式；10代表复用功能模式；11代表模拟模式。

（2）GPIOx＿OTYPER：端口输出类型寄存器。其作用是将GPIOx设置为推挽模式或开漏模式，复位值是0x0000 0000。其中32位只使用了低16位，高16位保留，但必须保持复位值0x0000，如图2-6所示。

图2-6　GPIOx＿OTYPER寄存器

bit0～bit15分别设置Px0～Px15这16个引脚的推挽、开漏模式。0代表输出推挽；1代表输出开漏。

（3）GPIOx＿OSPEEDR：端口输出速度寄存器，用于设置GPIOx的工作速度，复位值也比较特殊，PB口是0x0000 00C0，其他端口是0x0000 0000，如图2-7所示。

图2-7　GPIOx＿OSPEEDR寄存器

同理，32位分成16组，每组2位，对应16个引脚设置。00代表2MHz（低速）；01代表25MHz（中速）；10代表50MHz（快速）；11代表100MHz（高速，30pF时）／80MHz（高速，15pF时）。(www.xing528.com)

（4）GPIOx＿PUPDR：端口上拉／下拉寄存器，用于设置引脚端口的上拉／下拉，复位值也比较特殊，PA口是0x6400 0000，PB口是0x0000 0100，其他端口是0x0000 0000，如图2-8所示。

图2-8　GPIOx＿PUPDR寄存器

32位分为16组，每组2位，用于设置对应的16个引脚的上拉／下拉。00代表无上拉／下拉；01代表上拉；10代表下拉；11代表保留。

（5）GPIOx＿IDR：输入状态寄存器，其作用是将Px口的电平状态保存，供CPU访问读取。由于16个GPIO为一组，因此这个32位的寄存器只使用了低16位，高16位保留，复位值为0x0000 XXXX（其中X表示未定义），如图2-9所示。高16位虽然保留，但在应用时保持复位值，即bit16～bit31全为0，bit0～bit15则对应了Px0～Px15引脚的输入电平。IDR寄存器操作时是只读状态。

图2-9　GPIOx＿IDR寄存器

（6）GPIOx＿ODR：输出状态寄存器，作用是保存将要输出到Px口的数据。CPU只需将需要输出的数据保存到此寄存器，Px口即出现相应的电平输出，位数的使用情况和IDR一样，只使用了低16位，高16位保留。复位值为0x0000 0000。bit16～bit31应用时保持全0，bit0～bit15对应输出的Px口的输出电平，如图2-10所示。

图2-10　GPIOx＿ODR寄存器

（7）GPIOx＿BSRR：GPIO端口置位／复位寄存器，复位值为0x0000 0000，用于对Px口GPIO个别端口进行置0与置1操作，其中R（Reset）代表置0，S（Set）代表置1，如图2-11所示。使用时，“1”有效，只要在相应位写1，则寄存器响应。比如BS5（bit5）＝1，代表Px口的5脚置1；又比如BR7（bit23）＝1，代表Px口的7脚置0。若同一个位的BR与BS同时为1，则BS的优先级更高，即置1而不会置0。

图2-11　GPIOx＿BSRR寄存器

（8）GPIOx＿LCKR：GPIO端口配置锁定寄存器，用于锁定Px口GPIO状态，使之不能改变，复位值为0x0000 0000。这个锁定可以具体到位，如图2-12所示。bit16（LCKK）是GPIO锁定总开关，为1时，打开锁定功能；为0时，则关闭锁定功能。bit0～bit15则表示是具体锁定哪个引脚，1表示锁定，0表示不锁定。

图2-12　GPIOx＿LCKR寄存器

（9）GPIOx＿AFRL：复用功能低位寄存器，用于设定Px口GPIO的复用功能，复位值为0x0000 0000。GPIOx＿AFRL寄存器针对Px口16个GPIO里的Px0～Px7设置复用功能，共8个引脚，剩下的Px8～Px15的8个引脚由GPIOF＿AFRH控制。

GPIOx＿AFRL里的32位分为8组，每组4位，如图2-13所示。每4位二进制数可以有16个组合，从0000到1111，对应GPIO的16种复用功能的代号（16种复用功能不是指所有的引脚都有16种复用可用），如图2-14所示。0000代表AF0，0001代表AF1，0010代表AF2，…，1111代表AF15。比如设置bit11～bit8为0111，即AF7，则意味着Px2使用了USART功能。

图2-13　GPIOx＿AFRL寄存器

图2-14　GPIOx＿AFRL对应的AF代号与功能

（10）GPIOx＿AFRH：复用功能高位寄存器，其作用与GPIOx＿AFRL类似，负责Px口的Px8～Px15这8个引脚的复用设置。