1 本文的目的和结构
1.1 本文的目的 和背景
为了给用户提供操作GPIO的通用API，方便应用程序开发，RT-Thread中引入了通用GPIO设备驱动。并提供类似Arduino风格的API用于操作GPIO，如设置GPIO模式和输出电平、读取GPIO输入电平、配置GPIO外部中断。本文说明了如何使用RT-Thread的通用GPIO设备驱动。
1.2 本文的结构
本文首先描述了RT-Thread 通用GPIO设备驱动的基本情况，接下来给出了在正点原子STM32F4探索者开发板上验证的代码示例，最后详细描述了通用GPIO设备驱动API的参数取值和注意事项。
2 问题阐述
RT-Thread提供了一套简单的I/O设备管理框架，它把I/O设备分成了三层进行处理：应用层、I/O设备管理层、硬件驱动层。应用程序通过RT-Thread的设备操作接口获得正确的设备驱动，然后通过这个设备驱动与底层I/O硬件设备进行数据（或控制）交互。RT-Thread提供给上层应用的是一个抽象的设备操作接口，给下层设备提供的是底层驱动框架。对于通用GPIO设备，应用程序既可以通过设备操作接口访问，又可以直接通过通用GPIO设备驱动来访问。一般来说，我们都是使用第二种方式，那么如何在RT-Thread中使用通用GPIO设备驱动从而操作GPIO呢？
图A. 1 RT-Thread设备管理框架
3 问题的解决
本文基于正点原子STM32F4探索者开发板，给出了通用GPIO设备的具体应用示例代码，包含管脚输入、输出和外部中断的使用方法。由于RT-Thread上层应用API的通用性，因此这些代码不局限于具体的硬件平台，用户可以轻松将它移植到其它平台上。
正点原子 STM32F4 探索者开发板使用的MCU是 STM32F407ZET6，板载2颗LED和4个独立按键。LED分别连接到MCU的GPIOF9、GPIOF10，KEY0按键连接到GPIOE4，KEY1按键连接到GPIOE3，KEY2按键连接到GPIOE2，WK_UP按键连接到GPIOA0，2颗LED均为低电平点亮，独立按键KEY0、KEY1、KEY2按下为低电平；WK_UP按下为高电平。
图A. 2 实验用正点原子开发板
3.1 准备和配置工程
1. 下载 RT-Thread 源码 https://github.com/RT-Thread/rt-thread
2. 进入 rt-thread\bsp\stm32f4xx-HAL 目录，在 env 命令行中输入menuconfig，进入配置界面，使用 menuconfig 工具（学习如何使用）配置工程。
1） 在menuconfig配置界面依次选择RT-Thread Components ---》 Device Drivers ---》 Using generic GPIO device drivers，如图所示：
图A. 3 menuconfig中开启GPIO驱动
2） 输入scons --target=mdk5 -s
命令生成mdk5工程。将本应用笔记附带的main.c替换掉bsp中的main.c，如图所示：
图A. 4 加入测试代码
3） 编译，下载程序，在终端输入list_device命令可以看到pin device、类型是Miscellaneous Device就说明通用GPIO设备驱动添加成功了。
图A. 5 查看pin设备
下面是3个通用GPIO设备驱动API应用示例，分别是：GPIO输出、GPIO输入、GPIO外部中断，这些代码在正点原子STM32F4探索者开发板上验证通过。
3.2 GPIO输出配置
示例1：配置GPIO为输出，点亮LED。根据原理图，GPIOF9连接到了板载红色LED，丝印为DS0；GPIOF10连接到了板载绿色LED，丝印为DS1。GPIOF9输出低电平则点亮DS0，GPIOF9输出高电平则DS0不亮；GPIOF10输出低电平则点亮DS1，GPIOF10输出高电平则DS1不亮。
图A. 6 LED原理图
#define LED0 21 //PF9--21，在 drv_gpio.c 文件 pin_index pins［］中查到 PF9 编号为 21
#define LED1 22 //PF10--21，在 drv_gpio.c 文件 pin_index pins［］中查到 PF10 编号为 22
void led_thread_entry（void* parameter）
{
//设置管脚为输出模式
rt_pin_mode（LED0， PIN_MODE_OUTPUT）;
//设置管脚为输出模式
rt_pin_mode（LED1， PIN_MODE_OUTPUT）;
while （1）
{
//输出低电平，LED0 亮
rt_pin_write（LED0， PIN_LOW）;
//输出低电平，LED1 亮
rt_pin_write（LED1， PIN_LOW）;
//挂起 500ms
rt_thread_delay（rt_tick_from_millisecond（500））;
//输出高电平，LED0 灭
rt_pin_write（LED0， PIN_HIGH）;
//输出高电平，LED1 灭
rt_pin_write（LED1， PIN_HIGH）;
//挂起 500ms
rt_thread_delay（rt_TIck_from_millisecond（500））;
}
}
在线程入口函数led_thread_entry里首先调用rt_pin_mode设置管脚模式为输出模式，然后就进入while（1）循环，间隔500ms调用rt_pin_write来改变GPIO输出电平。
下面是创建线程的代码：
rt_thread_t TId;//线程句柄
/* 创建led线程 */
TId = rt_thread_create（“led”，
led_thread_entry，
RT_NULL，
1024，
3，
10）;
/* 创建成功则启动线程 */
if （TId ！= RT_NULL）
rt_thread_startup（tid）;
编译、下载程序，我们将看到LED间隔500ms闪烁的现象。
3.3 GPIO输入配置
示例2：配置GPIOE3、GPIOE2为上拉输入，GPIOA0为下拉输入，检测按键信号。根据原理图，GPIOE3连接到按键KEY1，按键被按下时GPIOE3应读取到低电平，按键没有被按下时GPIOE3应读取到高电平；GPIOE2连接到按键KEY2，按键被按下时GPIOE2应读取到低电平，按键没有被按下时GPIOE2应读取到高电平；GPIOA0连接到按键WK_UP，按键被按下时GPIOA0应读取到高电平，按键没有被按下时GPIOA0应读取到低电平。
图A. 7 按键原理图
#define KEY1 2 //PE3--2，在 drv_gpio.c 文件 pin_index pins［］中查到 PE3 编号为 2
#define KEY2 1 //PE2--1，在 drv_gpio.c 文件 pin_index pins［］中查到 PE2 编号为 1
#define WK_UP 34 //PA0--34，在 drv_gpio.c 文件 pin_index pins［］中查到 PA0 编号为 34
void key_thread_entry（void* parameter）
{
//PE2、PE3设置上拉输入
rt_pin_mode（KEY1， PIN_MODE_INPUT_PULLUP）;
rt_pin_mode（KEY2， PIN_MODE_INPUT_PULLUP）;
//PA0设置为下拉输入
rt_pin_mode（WK_UP， PIN_MODE_INPUT_PULLDOWN）;
while （1）
{
//检测到低电平，即按键1按下了
if （rt_pin_read（KEY1） == PIN_LOW）
{
rt_kprintf（“key1 pressed！\n”）;
}
//检测到低电平，即按键2按下了
if （rt_pin_read（KEY2） == PIN_LOW）
{
rt_kprintf（“key2 pressed！\n”）;
}
//检测到高电平，即按键wp按下了
if （rt_pin_read（WK_UP） == PIN_HIGH）
{
rt_kprintf（“WK_UP pressed！\n”）;
}
//挂起10ms
rt_thread_delay（rt_tick_from_millisecond（10））;
}
}
在线程入口函数key_thread_entry里首先调用rt_pin_mode设置管脚GPIOE3为上拉输入模式。这样当用户按下按键KEY1时，GPIOE3读取到的电平是低电平；按键未被按下时，GPIOE3读取到的电平是高电平。然后进入while（1）循环，调用rt_pin_read读取管脚GPIOE3电平，如果读取到低电平则表示按键KEY1被按下，就在终端打印字符串“key1 pressed！”。每隔10ms检测一次按键输入情况。
下面是创建线程的代码：
rt_thread_t tid;
/* 创建key线程 */
tid = rt_thread_create（“key”，
key_thread_entry，
RT_NULL，
1024，
2，
10）;
/* 创建成功则启动线程 */
if （tid ！= RT_NULL）
rt_thread_startup（tid）;
编译、下载程序，我们按下开发板上的用户按键，终端将打印提示字符。
3.4 GPIO中断配置
示例3：配置GPIO为外部中断模式、下降沿触发，检测按键信号。根据原理图，GPIOE4连接到按键KEY0，按键被按下时MCU应探测到电平下降沿。
#define KEY0 3 //PE4--3，在gpio.c文件pin_index pins［］中查到PE4编号为3
void hdr_callback（void *args）//回调函数
{
char *a = args;//获取参数
rt_kprintf（“key0 down！ %s\n”，a）;
}
void irq_thread_entry（void* parameter）
{
//上拉输入
rt_pin_mode（KEY0， PIN_MODE_INPUT_PULLUP）;
//绑定中断，下降沿模式，回调函数名为hdr_callback
rt_pin_attach_irq（KEY0， PIN_IRQ_MODE_FALLING， hdr_callback， （void*）“callback
args”）;
//使能中断
rt_pin_irq_enable（KEY0， PIN_IRQ_ENABLE）;
}
在线程入口函数irq_thread_entry里首先调用rt_pin_attach_irq设置管脚GPIOE4为下降沿中断模式，并绑定了中断回调函数，还传入了字符串“callback args”。然后调用rt_pin_irq_enable使能中断，这样按键KEY0被按下时MCU会检测到电平下降沿，触发外部中断，在中断服务程序中会调用回调函数hdr_callback，在回调函数中打印传入的参数和提示信息。
下面是创建线程的代码：
rt_thread_t tid;//线程句柄
/* 创建irq线程 */
tid = rt_thread_create（“exirq”，
irq_thread_entry，
RT_NULL，
1024，
4，
10）;
/* 创建成功则启动线程 */
if （tid ！= RT_NULL）
rt_thread_startup（tid）;
编译、下载程序，我们按下按键KEY0，终端将打印提示字符。
3.5 I/O设备管理框架和通用GPIO设备联系
RT-Thread自动初始化功能依次调用rt_hw_pin_init ===》 rt_device_pin_register ===》 rt_device_register完成了GPIO硬件初始化。rt_device_register注册设备类型为RT_Device_Class_Miscellaneous，即杂类设备，从而我们就可以使用统一的API操作GPIO。
图A. 8 通用GPIO驱动和设备管理框架联系
更多关于I/O设备管理框架的说明，请参考《RT-Thread编程手册》第 6 章 I/O设备管理，在线查看地址：https://www.rt-thread.org/document/site/zh/1chapters/06-chapter_device/
4 参考
4.1 本文所有相关的API
要使用这些API需引用头文件
#include
4.1.1 API 列表（Summary）
技术专区
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