GPIO¶

功能概述¶

在使用GPIO之前，理解GPIO相关的基础知识将更有利于使用它。

GPIO的物理结构¶

GPIO（通用输入输出）是一种通用的数字输入/输出接口，广泛应用于微处理器、微控制器及其他嵌入式系统中，用于与外部电子元件或设备进行通信。

物理电路结构如下图所示：

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I/O引脚：作为微控制器或微处理器中的实际硬件接口，用于连接外部设备。每个GPIO引脚均可通过编程配置为输入或输出模式。

保护二极管(protection diode)：特殊类型的二极管，用于保护微控制器或微处理器的输入/输出引脚免受电压反冲或静电放电的影响。

上拉/下拉电阻：用于设定GPIO引脚在空闲或无输入信号时的状态。上拉电阻将GPIO引脚连接至正电源，使其处于默认高电平状态；下拉电阻将GPIO引脚连接至地线，使其处于默认低电平状态。相关配置由软件通过寄存器控制。

P-MOS管和N-MOS管：由P-MOS管和N-MOS管组成的单元电路使GPIO具备“推挽输出”和“开漏输出”两种工作模式。

TTL施密特触发器：用于处理噪声或不稳定的输入信号。通过设定两个不同的阈值（上阈值和下阈值）来消除数字信号的噪声，从而提供更准确的数字信号。

输出驱动器：控制GPIO引脚在输出模式下的电压和电流。

输入接收器：处理来自GPIO引脚的输入信号。在许多情况下，它可能包括一个施密特触发器，用于消除数字信号的噪声。

工作模式¶

输入模式¶

浮空输入¶

浮空输入模式也称为Hi-Z或高阻抗状态。在此状态下，GPIO引脚不会被拉至任何逻辑电平，而是悬空。由于浮空输入状态下GPIO引脚容易拾取电噪声并可能读取随机值，因此通常不建议使用，除非有特定技术需求。

红色高亮部分显示了数据传输通道：外部电平信号通过编号①I/O端口进入芯片内部，经过编号②施密特触发器整形后，送入③“输入数据寄存器”，在“输入数据寄存器”的另一端(编号④) ，CPU可通过内部数据总线随时读取I/O 端口的电平变化状态。

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上拉输入¶

GPIO引脚和电源电压(VDD)之间连接有上拉电阻。因此，当GPIO引脚未被设备主动驱动时，它会被“上拉”至逻辑高电平。当需要GPIO引脚的默认状态为高电平时，需配置为上拉模式。与浮空输入模式相比，上拉输入模式在数据通道上接入了一个上拉电阻，其阻值一般介于30K~50KΩ。在I/O口无信号输入的情况下，输入端的电平可保持在高电平（VDD 经过上拉电阻）；当I/O端口输入为低电平时，输入端的电平即为低电平。

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下拉输入¶

GPIO引脚与地（VSS）之间连接有下拉电阻。当GPIO引脚未被设备主动驱动时，将被拉至逻辑低电平。当需要 GPIO引脚的默认状态为低电平时，应配置为下拉模式。

对于输入下拉模式的输入，是在数据通道的下部，接入了一个下拉电阻。这个下拉电阻阻值一般介于30K~50KΩ。

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模拟输入¶

无上下拉电阻，电信号不经过施密特触发器，直接进入模拟输入通道，一般用于ADC数据采集。

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输出模式¶

开漏输出¶

在开漏（Open-Drain）输出模式下，GPIO引脚只能主动将电压拉低（通过连接到地线），不能主动将电压拉高。要实现电压的拉高，需要配合一个外部的上拉电阻连接到电源。开漏输出的一个常见应用是I2C通信，其中多个设备可以共享同一条数据线。

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当CPU在编号①端通过“位设置/ 清除寄存器”或“输出数据寄存器”写入数据后，该数据位将通过编号②的输出控制电路传送到编号④的I/O端口。如果CPU写入的是逻辑“1”，则编号③的N-MOS管将处于关闭状态，此时I/O端口的电平将由外部的上拉电阻决定。如果CPU写入的是逻辑“0”，则编号③的N-MOS管将处于开启状态，此时I/O端口的电平被编号③的N-MOS管拉到了“地”的零电位。

在图中的上半部，施密特触发器处于开启状态，这意味着CPU可以在“输入数据寄存器”的另一端，随时可以监控I/O端口的状态，通过这个特性，还可以实现虚拟的I/O端口双向通信：假如CPU输出逻辑“1”，由于编号③的N-MOS管处于关闭状态，I/O端口的电平将完全由外部电路决定。因此，CPU可以在“输入数据寄存器”读到外部电路的信号，而不是它自己输出的逻辑“1” 。

推挽输出¶

在推挽（Push-Pull）输出模式下，GPIO引脚可以主动驱动高电平或低电平。这意味着GPIO可以"推"电压到高电平，也可以"拉"电压到低电平。推挽输出可以提供较强的驱动能力，适合驱动LED、电机等负载。

备注

注意： 推挽输出的最大特点是能够真正输出高电平和低电平，在两种电平下都具有驱动能力。

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中断框图¶

../../_images/image_QgONbwADPoWLwSxIvQncR5YGnge.webp

中断屏蔽寄存器（Interrupt Mask Register）：此寄存器用于屏蔽或禁用特定的中断，使其不会触发中断服务例程。当某个位设置为1时，对应的中断将被屏蔽。
请求挂起寄存器（Interrupt Pending Register）：此寄存器用于存储当前挂起的中断请求。如果对应位为1，则表明相应的中断是挂起状态。
软件中断事件寄存器（Software Interrupt Event Register）：此寄存器允许软件生成中断。通过写入此寄存器，可以触发与特定中断源相关联的中断服务例程。
上升沿触发选择寄存器（Rising Edge Trigger Selection Register）：此寄存器选择在信号的上升沿时触发中断。
下降沿触发选择寄存器（Falling Edge Trigger Selection Register）：此寄存器选择在信号的下降沿时触发中断。
边沿检测电路（Edge Detection Circuit）：这是硬件电路，用于检测信号边沿的变化（上升沿或下降沿），从而触发中断。
时间屏蔽寄存器（Timing Mask Register）：此寄存器用于屏蔽在特定时间内发生的中断，通常用于消除误触发的中断。
脉冲发生器（Pulse Generator）：在硬件中，脉冲发生器可以生成一系列的脉冲，用于触发定时或同步的事件，包括中断。
NVIC（Nested Vectored Interrupt Controller）：是ARM Cortex-M核心的一部分，用于管理中断。它支持优先级嵌套的中断，以及中断向量，即指向中断服务例程的指针。

功能复用¶

在许多微控制器和处理器中，一些特定的物理引脚可以配置成不同的功能，这就是所谓的引脚复用（Pin Multiplexing）。理解引脚复用的关键是理解一些引脚可以在不同的硬件模块间切换，这样可以在硬件设计时提供更大的灵活性。引脚复用的目的主要是节省空间和成本，因为这样可以减少物理引脚的数量。

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一个嵌入式芯片的物理引脚可能被设计为在以下几种功能之间切换：

作为GPIO，进行通用的数字输入/输出；
作为SPI接口的一部分，用于与其他SPI设备通信；
作为UART接口的一部分，用于串行通信；
或者，它可能有一些其他特定的功能，如ADC输入，PWM输出等。

在设计嵌入式系统时，你可以根据你的硬件和软件需求配置这些引脚。一些嵌入式平台还允许你在运行时动态切换这些引脚的功能，这为嵌入式系统设计提供了极大的灵活性。

当然，引脚复用也有其局限性。例如，一个引脚不能同时执行两种或更多的功能，因此在设计系统时需要考虑到这一点。引脚复用的管理也可能增加系统的复杂性，并可能需要更多的软件支持来正确配置和使用这些引脚。

按键消抖¶

按键消抖是在电子系统中处理机械按键输入时的常见问题。由于机械按键的接触特性，当按键被按下或释放时，接触点可能会快速打开和关闭多次，导致短时间内的多次电平变化。这被称为“抖动”。如果不处理抖动，系统可能会误认为按键被多次按下或释放。因此，需要采取措施消除或至少减少这种抖动的影响。

消抖的方法主要分为两类：硬件消抖和软件消抖。

硬件消抖¶

硬件消抖的主要目标是处理机械按键产生的抖动，从而使电路得到一个稳定、无干扰的电平信号。以下是几种常用的硬件消抖方法：

RC滤波器¶

构成:

电阻(R): 连接于按键的一端。
电容(C): 从按键的另一端连接到地线。

特性:

低通滤波器: 由于其构造，RC滤波器允许低频信号通过而过滤高频信号。

工作原理:

当按键被按下或释放，电容会开始充电或放电。因此，对于快速的电压变化（如由于接触抖动导致的），RC滤波器会平滑这些变化，从而防止误判。
这种平滑效果的强度由RC时间常数（τ = R×C）决定。此时间常数表示电容充电到其初始电压的63.2%所需的时间。

常用参数:

电阻(R): 通常在1kΩ到10kΩ范围内。
电容(C): 通常在0.1µF到10µF范围内。

优点:

简单性: 仅需要两个基本组件。
经济性: 电阻和电容都是低成本元件。
有效性: 对于大多数常规应用，其消抖能力足够。

缺点:

延迟: 过大的RC时间常数可能导致按键响应的不必要延迟。
环境敏感性: 温度和湿度的变化可能影响电容的值，进而影响消抖效果。
不适用于所有应用: 对于需要快速响应的应用，RC滤波器可能不是最佳选择。

在使用RC滤波器作为按键硬件消抖策略时，关键在于选择合适的R和C值，使得滤波器能够有效地过滤掉抖动，同时不会引入过多的响应延迟。在设计阶段，可能需要进行实验，测试不同的R和C组合，以找到最佳的消抖效果。

Schmitt触发器:¶

Schmitt触发器 本质上是一个带有双阈值的电压比较器。它可以是独立的组件，也可以是微控制器内部的一部分。

特性:

双阈值: Schmitt触发器的主要特性是其具有两个阈值 — 上阈值(Vt+)和下阈值(Vt-)。

工作原理:

当输入电压上升并超过上阈值(Vt+)时，输出切换到高状态。
当输入电压下降并低于下阈值(Vt-)时，输出切换到低状态。
这种特性可以确保在输入电压发生微小变化（如因抖动）时，输出状态不会改变，从而有效地过滤抖动。

常用参数:

上阈值(Vt+) 和 下阈值(Vt-): 这两个阈值之间的差距称为滞后或死区。

优点:

消抖效果好: 由于双阈值特性，Schmitt触发器对输入噪声和抖动具有很强的容忍性。
明确的输出: 输出始终是一个明确的高或低电平，不会在两者之间浮动。
广泛可用: 很多微控制器的GPIO输入都内置了可选的Schmitt触发器。

缺点:

可能的延迟: 在某些情况下，如果输入信号的变化速度较慢，触发器可能导致轻微的延迟。
不适合快速信号: 对于频率较高的信号，Schmitt触发器可能不是最佳选择，因为它可能会导致信号失真。
成本: 虽然许多微控制器都内置了Schmitt触发器，但如果需要外部触发器，则可能会增加成本。

电容并联¶

构成:

电容 (C): 直接与按键并联，通常与按键的一个端连接并与地线相连接。

特性:

延迟充电/放电: 由于电容的特性，它需要一定的时间来充电和放电。

工作原理:

当按键未被按下时，电容处于放电状态。
当按键被按下时，电容开始充电，但需要一定的时间才能完全充满。这种充电行为有助于滤除按键按下时可能出现的短时间抖动。
类似地，当按键被释放时，电容也会在一定的时间内放电，从而也可以消除可能的释放抖动。

常用参数:

电容值: 常用的值为1nF到10µF。具体值取决于系统的特定需求和按键抖动的频率。

优点:

简单: 只需一个电容，且连线也相对简单。
成本低: 电容是普遍且廉价的元件。
效果明显: 对于大多数常规的按键抖动，它提供了相当有效的消抖。

缺点:

可能的延迟: 过大的电容可能导致按钮响应的明显延迟。
环境敏感: 电容的值可能受到温度和湿度的影响，从而可能影响消抖效果。
电源噪声: 如果系统中的其他部分产生电源噪声，大的并联电容可能会增大这些噪声。
不适合所有应用: 在某些需要非常快速响应的应用中，电容并联方法可能不适用。

RS触发器¶

构成:

RS触发器 通常是由两个NAND门或NOR门构成的基础双稳态电路。
有两个输入: R (Reset) 和 S (Set)。
有两个输出: Q 和 ~Q (Q的反相)。

特性:

双稳态: RS触发器在任何时候都有两个稳定的输出状态。

工作原理:

当 S 输入为1且 R 输入为0时，Q 输出为1，而 ~Q 输出为0。
当 R 输入为1且 S 输入为0时，Q 输出为0，而 ~Q 输出为1。
当两个输入都为0时，RS触发器保持在当前状态。
当两个输入都为1时，是不被允许的状态，并可能导致不确定的输出。

为了消除按键抖动，RS触发器可以配置为只有在按键真正按下或释放时才改变其状态。与按键相关的任何短暂抖动都不会导致RS触发器的输出发生更改，从而有效地消除了抖动。

常用参数:

输入逻辑级别: 对于NAND版本的RS触发器，正常逻辑级别为1，对于NOR版本的RS触发器，正常逻辑级别为0。

优点:

高效消抖: RS触发器为按键提供了稳定的输出，无论输入多么嘈杂。
明确的输出状态: 在任何给定时间，都有一个明确的高或低输出。
低成本: RS触发器可以使用基础的逻辑门构建。

缺点:

复杂性: 相对于简单的电容并联或Schmitt触发器方法，这需要更多的组件和更复杂的布线。
不允许的状态: RS触发器有一个不允许的输入状态，需要小心设计以避免。
电源需求: 需要为触发器提供适当的电源。

专用消抖电路¶

市场上也有一些专用的消抖IC，例如MAX6816、MAX6817和MAX6818。这些IC内部包含了滤波和Schmitt触发器，可以直接连接到按键并提供稳定的数字输出。

备注

注意：

选择的消抖方法和组件值应考虑按键的抖动频率和持续时间。
如果使用RC滤波器，需要确保RC时间常数既可以消除抖动，又不会过度延迟按键响应。
当在噪音环境中工作时，可能需要考虑其他因素，如外部电磁干扰。
测试是关键：在设计完成后，应该对系统进行足够的测试，以确保消抖电路在所有预期条件下都能正常工作。

软件消抖¶

软件消抖是通过在软件层面使用算法和逻辑来消除按键抖动。与硬件消抖方法相比，软件消抖方法对于不同的应用和条件提供了更多的灵活性，但它也增加了一些处理负担。

以下是一些常见的嵌入式软件消抖技术：

软件延时¶

工作原理:

当检测到按键的状态改变（例如从未按下变为按下状态），而不是立即响应这一改变，程序会等待一个预定的延迟时间。在这段延迟时间结束后，程序再次检测按键的状态。如果按键状态保持不变，那么这个按键动作被认为是有效的，程序则会响应这一按键动作；否则，它会认为是误报或抖动，所以不会产生响应。

优点:

简单实现：延时消抖是最简单和直接的软件消抖技术。只需在按键状态改变后添加一个延迟函数，然后再次检测状态。
不需要额外资源：与其他方法相比，如使用计数器或有限状态机，延时消抖不需要额外的存储或计数资源。

缺点:

响应延迟：由于需要等待预定的延迟时间来确认按键动作，这会导致用户感知的响应延迟。
CPU时间浪费：如果使用的是忙等待（busy-waiting）来实现延迟，那么CPU将在这段时间里无法进行其他任务，这在资源受限的嵌入式系统中是不可接受的。
不够可靠：如果抖动的时间超过了预定的延迟时间，这种方法可能仍然会误报。另外，如果设置的延迟时间太长，可能会错过快速的连续按键动作。

计数器¶

工作原理:

当检测到按键状态改变时，系统并不立刻确认这一改变。相反，它启动一个计数器。在连续的几次检测中，如果按键状态持续保持改变状态，计数器就增加；如果按键返回到原始状态，计数器则重置。只有当计数器值达到一个预设的阈值时，按键状态的改变才被认为是真正的按键动作，并由系统响应。这样，短暂的抖动不会让计数器达到阈值，因此不会被误判为有效的按键动作。

优点:

可靠性高：与简单的延时消抖相比，计数器消抖能够更可靠地滤除短时间的抖动。
响应性好：如果按键确实被持续按下，系统可以在较短的时间内确认按键动作，从而提供较好的响应性。
灵活性：可以根据需要调整计数器的阈值，以适应不同的按键和抖动特性。

缺点:

资源消耗：需要为每个按键使用一个计数器或为系统使用一个全局计数器。这可能会消耗额外的存储资源和计时资源。
复杂性增加：相较于简单的延时消抖，计数器消抖在实现上稍微复杂一些，特别是在有多个按键需要处理的场合。
可能的延迟：如果设定的计数器阈值过高，可能导致系统响应的延迟，降低用户体验。

有限状态机(FSM)¶

工作原理:

使用有限状态机（FSM）来消抖涉及到为按键定义多个状态，并且基于当前状态和输入来决定下一个状态。

典型的按键FSM可能有以下几种状态：未按下、可能按下、已按下、可能释放。初始状态为 未按下。

当按键被按下，FSM转移到 可能按下 状态，并启动计时器。
如果计时器达到指定时间并且按键仍然被按下，FSM转移到 已按下 状态。
当按键释放，FSM转移到 可能释放 状态，再次启动计时器。
如果计时器达到指定时间并且按键仍然是释放状态，FSM返回到 未按下 状态。

这样，只有当按键稳定地保持在一个状态超过指定的时间，它的状态才会被系统确认。短时间的抖动不会导致状态转移，从而达到消抖的效果。

优点:

高度可靠：FSM能够准确地识别和忽略短暂的抖动。
灵活性：FSM结构允许开发者添加更多的状态和逻辑，例如双击、长按等特殊情况。
清晰的逻辑结构：FSM为按键处理提供了清晰、结构化的框架，便于理解和维护。

缺点:

实现复杂性：相较于其他软件消抖技术，FSM消抖需要更复杂的代码和逻辑。
资源使用：FSM可能需要使用到计时器或中断，以及额外的存储来保存状态。
可能的延迟：基于FSM结构和使用的计时器，可能导致按键响应的延迟。

注意事项¶

电源和地:¶

确保GPIO所连接的设备和主控制器共享同一个地（GND）。
避免将GPIO引脚连接到超出其指定电压范围的电压，这可能会导致损坏。

电流限制:¶

每个GPIO引脚都有一个最大源电流和沉电流限制。超出这些限制可能会损坏引脚或整个芯片。
使用适当的电阻来限制连接到GPIO引脚的电流。

输入模式:¶

当GPIO设置为输入模式时，确保不要向其输出电压。
未连接的（悬空的）输入引脚可能会读取随机值，因此通常建议使用上拉或下拉电阻。

输出模式:¶

不要将两个GPIO输出引脚直接相连，否则当它们输出不同的电平时，可能会导致短路。
当引脚设置为输出模式时，避免对其施加外部电压。

防抖动:¶

当使用GPIO读取机械开关或按钮时，可能会出现抖动。使用硬件或软件的防抖动技术来处理。

具体实现参考消抖章节。

中断:¶

对于需要快速响应的应用，使用GPIO中断而不是轮询GPIO状态。
确保中断处理程序（ISR）尽可能短，并避免在其中进行长时间的处理。

保护电路:¶

使用适当的保护，如瞬态电压抑制器（TVS）二极管，以保护GPIO引脚免受电压尖峰的影响。
对于需要处理模拟信号的应用，考虑使用RC滤波器。

外设冲突:¶

在某些微控制器上，一些GPIO引脚可能与其他功能（如PWM、ADC、通信接口）共用。确保在设计时考虑这些潜在的冲突。

热设计:¶

当大电流通过GPIO引脚时，需要考虑其对温度的影响，因为这可能导致过热。

固件/软件考虑因素:¶

在修改GPIO的配置或状态前，清楚地了解当前的设置。
在启动期间，初始化所有GPIO到一个已知状态，以避免不确定行为。

EMI/RFI:¶

GPIO线可能成为电磁干扰（EMI）或射频干扰（RFI）的源或受害者。考虑使用适当的布局、接地和屏蔽技术来减少干扰。

API说明¶

头文件¶

头文件	描述
qosa_pinctrl.h	包含引脚功能配置相关接口，用于设置引脚复用模式、上拉/下拉等物理特性
qosa_gpio.h	包含GPIO功能操作接口，电平读写、中断触发及回调注册等GPIO功能。
qosa_dev_eigen.h	包含EIGEN平台特有接口、设置GPIO电压域 qosa_gpio_set_voltage()

GPIO函数表¶

函数名	描述
qosa_gpio_init()	GPIO初始化函数
qosa_gpio_deinit()	GPIO反初始化函数
qosa_get_pin_default_cfg()	获取Pin脚的默认配置
qosa_pin_set_func()	用于配置对应模组引脚的功能
qosa_pin_get_func()	用于获取对应模组引脚的功能
qosa_gpio_set_direction()	设置GPIO的输入/输出模式
qosa_gpio_get_direction()	获取GPIO的配置模式
qosa_gpio_set_pull()	设置GPIO的上拉/下拉模式
qosa_gpio_get_pull()	获取GPIO的上下拉模式
qosa_gpio_set_level()	设置GPIO的输出电平
qosa_gpio_get_level()	读取引脚当前电平
qosa_interrupt_register()	注册GPIO中断回调函数
qosa_interrupt_unregister()	用于取消注册中断回调函数，仅对输入引脚有效
qosa_interrupt_enable()	用于使能中断回调函数
qosa_interrupt_disable()	用于禁用中断回调函数
qosa_gpio_set_voltage()	用于设置GPIO电压域，仅EIGEN平台可用

函数定义¶

qosa_pinctrl_set_option¶

函数原型：

qosa_pinctrl_error_e qosa_pinctrl_set_option(qosa_pin_num_e pin_num, pinctrl_option_t option)

功能描述： 此功能用于配置指定引脚的功能选择、上拉/下拉以及驱动强度等属性。

参数描述：

pin_num： 需要配置功能的pin脚号，qosa_pin_num_e 类型。
option：pinctrl_option_t 类型，包含以下内容的引脚配置选项结构：

名称	取值范围	描述
func(bit0~bit3)	0~15	引脚功能选择
pull(bit4~bit5)	0~2	配置上下拉模式，0=关闭，1=下拉，2=上拉
driver(bit5~bit7)	0~7	引脚的驱动强度
smit(bit8)	0~1	Smit触发器配置，0=关闭，1=开启
reserved(bit9~bit31)	0	保留位，必须设置为0

返回值：

qosa_pinctrl_error_e 类型，成功返回 QOSA_PINCTRL_SUCCESS，失败返回具体错误码。

示例

qosa_pin_num_e pin_num;
pinctrl_option_t pin_opt;

qosa_get_pin_default_cfg(pin_num, &pin_cfg);
qosa_pin_set_func(pin_num, pin_cfg.gpio_func);

qosa_pin_set_func¶

函数原型：

qosa_pinctrl_error_e qosa_pin_set_func(qosa_pin_num_e pin_num, qosa_uint8_t func_sel)

功能描述： 用于配置对应模组引脚的功能。

参数描述：

pin_num： 需要配置功能的pin脚号，qosa_pin_num_e 类型。
func_sel： 需要配置的功能，qosa_uint8_t 类型，可从引脚默认配置获取。

返回值：

qosa_pinctrl_error_e 类型，成功返回 QOSA_PINCTRL_SUCCESS。

示例

qosa_pin_num_e pin_num;
qosa_pin_cfg_t pin_cfg;

qosa_get_pin_default_cfg(pin_num, &pin_cfg);
qosa_pin_set_func(pin_num, pin_cfg.gpio_func);

qosa_pin_get_func¶

函数原型

qosa_pinctrl_error_e qosa_pin_get_func(qosa_pin_num_e pin_num, qosa_uint8_t *func_sel)

功能描述： 用于获取对应模组引脚的功能。

参数描述：

pin_num ：需要获取配置功能的pin脚号，qosa_pin_num_e 类型。
func_sel：用于接收获取到的配置功能，qosa_uint8_t* 类型。

返回值：

qosa_pinctrl_error_e 类型，成功返回 QOSA_PINCTRL_SUCCESS。

示例

qosa_pin_num_e pin_num;
qosa_uint8_t   func_sel;

qosa_pin_get_func(pin_num, &func_sel)

qosa_gpio_init¶

函数原型

qosa_gpio_error_e qosa_gpio_init(qosa_gpio_num_e gpio_num, qosa_gpio_direction_e gpio_direction, qosa_gpio_pull_e gpio_pull, qosa_gpio_level_e gpio_level)

功能描述： 配置GPIO初始化配置，包括方向、上拉/下拉和输出电平。

参数描述：

gpio_num： 需要初始化的GPIO引脚号，qosa_gpio_num_e 类型。
gpio_direction： 输入输出模式，qosa_gpio_direction_e 类型。
gpio_pull： 上拉下拉模式，qosa_gpio_pull_e 类型。
gpio_level： 引脚电平，qosa_gpio_level_e 类型。

返回值：

qosa_gpio_error_e 类型，成功返回 QOSA_GPIO_SUCCESS。

示例

qosa_gpio_init(QOSA_GPIO_0, QOSA_GPIO_DIRECTION_INPUT, QOSA_GPIO_PULL_DOWN, QOSA_GPIO_LEVEL_LOW);  // Configure as input with pull-down
qosa_gpio_init(QOSA_GPIO_1, QOSA_GPIO_DIRECTION_OUTPUT, QOSA_GPIO_PULL_UP, QOSA_GPIO_LEVEL_HIGH);   // Configure as output with high level

qosa_gpio_deinit¶

函数原型

qosa_gpio_error_e qosa_gpio_deinit(qosa_gpio_num_e gpio_num)

功能描述： 去初始化GPIO配置。

参数描述：

gpio_num： 需要取消初始化的GPIO引脚号，qosa_gpio_num_e 类型。

返回值：

qosa_gpio_error_e 类型，成功返回 QOSA_GPIO_SUCCESS。

示例

qosa_gpio_deinit(QOSA_GPIO_0);
qosa_gpio_deinit(QOSA_GPIO_1);

qosa_get_pin_default_cfg¶

函数原型

qosa_gpio_error_e qosa_get_pin_default_cfg(qosa_uint8_t pin_num, qosa_pin_cfg_t *pin_cfg)

功能描述： 用于获取对应pin脚的默认配置。

参数描述：

pin_num： 需要获取默认配置的pin脚号，qosa_uint8_t 类型。
pin_cfg： 用于接收获取的默认配置，qosa_pin_cfg_t * 类型。

返回值：

qosa_gpio_error_e 类型，成功返回 QOSA_GPIO_SUCCESS。

示例

qosa_uint8_t   pin_num;
qosa_pin_cfg_t pin_cfg;

qosa_get_pin_default_cfg(pin_num, &pin_cfg);

qosa_gpio_set_level¶

函数原型

qosa_gpio_error_e qosa_gpio_set_level(qosa_gpio_num_e gpio_num, qosa_gpio_level_e gpio_level)

功能描述： 用于设置指定GPIO的引脚电平。

参数描述：

gpio_num： 需要设置引脚电平的GPIO引脚号，仅对输出引脚有效，qosa_gpio_num_e 类型。
gpio_level： 需要设置的输出电平，qosa_gpio_level_e 类型。

返回值：

qosa_gpio_error_e 类型，成功返回 QOSA_GPIO_SUCCESS。

备注

注意： 设置高低电平前需要保证引脚为输出模式。

示例

qosa_gpio_set_level(QOSA_GPIO_0, QOSA_GPIO_LEVEL_LOW);
qosa_gpio_set_level(QOSA_GPIO_1, QOSA_GPIO_LEVEL_HIGH);

qosa_gpio_get_level¶

函数原型

qosa_gpio_error_e qosa_gpio_get_level(qosa_gpio_num_e gpio_num, qosa_gpio_level_e *gpio_level)

功能描述： 用于获取指定GPIO的引脚电平。

参数描述：

gpio_num： 需要获取引脚电平的GPIO引脚号，qosa_gpio_num_e 类型。
gpio_level： 用于接收当前引脚电平，qosa_gpio_level_e* 类型。

返回值：

qosa_gpio_error_e 类型，成功返回 QOSA_GPIO_SUCCESS。

示例

qosa_gpio_level_e  gpio_level;
qosa_gpio_get_level(QOSA_GPIO_0, &gpio_level);

qosa_gpio_set_direction¶

函数原型

qosa_gpio_error_e qosa_gpio_set_direction(qosa_gpio_num_e gpio_num, qosa_gpio_direction_e gpio_direction)

功能描述： 用于设置GPIO引脚输入/输出方向。

参数描述：

gpio_num： 需要设置输入输出模式的GPIO引脚号，qosa_gpio_num_e 类型。
gpio_direction： 需要设置的配置模式值，qosa_gpio_direction_e 类型。

返回值：

qosa_gpio_error_e 类型，成功返回 QOSA_GPIO_SUCCESS。

示例

qosa_gpio_set_direction(QOSA_GPIO_0, QOSA_GPIO_DIRECTION_INPUT);
qosa_gpio_set_direction(QOSA_GPIO_1, QOSA_GPIO_DIRECTION_OUTPUT);

qosa_gpio_get_direction¶

函数原型

qosa_gpio_error_e qosa_gpio_get_direction(qosa_gpio_num_e gpio_num, qosa_gpio_direction_e *gpio_direction)

功能描述： 用于获取指定GPIO的引脚输入/输出方向。

参数描述：

gpio_num： 需要获取模式的GPIO引脚号，qosa_gpio_num_e 类型。
gpio_direction： 用于接收获取的配置模式值，qosa_gpio_direction_e* 类型。

返回值：

qosa_gpio_error_e 类型，成功返回 QOSA_GPIO_SUCCESS。

示例

qosa_gpio_direction_e gpio_direction;
qosa_gpio_get_direction(QOSA_GPIO_0, &gpio_direction);

qosa_gpio_set_pull¶

函数原型

qosa_gpio_error_e qosa_gpio_set_pull(qosa_gpio_num_e gpio_num, qosa_gpio_pull_e gpio_pull)

功能描述： 用于配置指定GPIO的上下拉设置，仅对输入引脚有效。

参数描述：

gpio_num： 需要设置输入输出模式的GPIO引脚号，qosa_gpio_num_e 类型。
gpio_pull： 需要设置的上下拉模式，qosa_gpio_pull_e 类型。

返回值：

qosa_gpio_error_e 类型，成功返回 QOSA_GPIO_SUCCESS。

示例

qosa_gpio_set_pull(QOSA_GPIO_0, QOSA_GPIO_PULL_DOWN);
qosa_gpio_set_pull(QOSA_GPIO_1, QOSA_GPIO_PULL_UP);

qosa_gpio_get_pull¶

函数原型

qosa_gpio_error_e qosa_gpio_get_pull(qosa_gpio_num_e gpio_num, qosa_gpio_pull_e *gpio_pull)

功能描述： 用于获取指定GPIO的上下拉属性。

参数描述：

gpio_num： 需要获取模式的GPIO引脚号，qosa_gpio_num_e 类型。
gpio_pull： 用于接收获取的上下拉模式值，qosa_gpio_pull_e* 类型。

返回值：

qosa_gpio_error_e 类型，成功返回 QOSA_GPIO_SUCCESS。

示例

qosa_gpio_pull_e  gpio_pull
qosa_gpio_get_pull(QOSA_GPIO_0, &gpio_pull);

qosa_interrupt_register¶

函数原型

qosa_gpio_error_e qosa_interrupt_register(qosa_int_cfg_t *int_cfg)

功能描述： 该函数用于为指定的GPIO引脚注册中断配置，包括中断触发模式和中断回调函数。注册后，当GPIO引脚产生中断时，系统将调用相应的回调函数进行处理。

参数描述：

int_cfg：指向中断配置结构体的指针，qosa_int_cfg_t * 类型。

返回值：

qosa_gpio_error_e 类型，成功返回 QOSA_GPIO_SUCCESS。

备注

注意：

该函数会初始化GPIO为输入模式，并根据配置设置上拉/下拉电阻。
注册中断后需要调用相应的中断使能函数才能真正触发中断。
该函数应在 qosa_interrupt_enable() 之前调用以完成中断配置。

qosa_interrupt_unregister¶

函数原型

qosa_gpio_error_e qosa_interrupt_unregister(qosa_gpio_num_e gpio_num)

功能描述： 用于取消注册中断回调函数，仅对输入引脚有效。

参数描述：

gpio_num： 配置要操作的GPIO引脚，qosa_gpio_num_e 类型。

返回值：

qosa_gpio_error_e 类型，成功返回 QOSA_GPIO_SUCCESS。

qosa_interrupt_enable¶

函数原型

qosa_gpio_error_e qosa_interrupt_enable(qosa_gpio_num_e gpio_num, qosa_gpio_trigger_e pin_edge)

功能描述： 用于使能中断回调函数。

参数描述：

gpio_num： 配置要操作的GPIO引脚，qosa_gpio_num_e 类型。
pin_edge： 更新配置中断触发边缘，qosa_gpio_trigger_e 类型。

返回值：

qosa_gpio_error_e 类型，成功返回 QOSA_GPIO_SUCCESS。

qosa_interrupt_disable¶

函数原型：

qosa_gpio_error_e qosa_interrupt_disable(qosa_gpio_num_e gpio_num)

功能描述： 用于禁用中断回调函数。

参数描述：

gpio_num： 配置要操作的GPIO引脚，qosa_gpio_num_e 类型。

返回值：

qosa_gpio_error_e 类型，成功返回 QOSA_GPIO_SUCCESS。

qosa_gpio_set_voltage¶

函数原型：

qosa_gpio_error_e qosa_gpio_set_voltage(qosa_gpio_vol_e gpio_vol);

功能描述： 用于EIGEN平台设置GPIO电压域。

参数描述：

gpio_vol： 需要配置的电压域，qosa_gpio_vol_e 类型。

返回值：

qosa_gpio_error_e 类型，成功返回 QOSA_GPIO_SUCCESS。

数据结构定义¶

qosa_pin_cfg_t¶

定义了pin脚对应的默认配置，原型如下：

typedef struct
{
    qosa_uint8_t          pin_num;      /*!<PIN NUM number to operate*/
    qosa_uint8_t          default_func; /*!<Default fun of PIN NUM to operate*/
    qosa_uint8_t          gpio_func;    /*!<GPIO fun corresponding to PIN NUM to operate */
    qosa_gpio_num_e       gpio_num;     /*!<GPIO NUM corresponding to PIN NUM to operate */
    qosa_gpio_direction_e gpio_dir;     /*!<Direction of PIN NUM to operate, input or output */
    qosa_gpio_pull_e      gpio_pull;    /*!<Default pull-up/pull-down of PIN NUM to operate */
    qosa_gpio_level_e     gpio_lvl;     /*!<Default output level of PIN NUM to operate */
} qosa_pin_cfg_t;

`qosa_int_cfg_t`¶

typedef struct
{
    qosa_gpio_num_e      gpio_num;      /*!<GPIO NUM number to operate*/
    qosa_gpio_debounce_e gpio_debounce; /*!<Hardware debounce switch*/
    qosa_gpio_pull_e     gpio_pull;     /*!<Configure GPIO pull-up or pull-down mode*/
    gpio_interrupt_cb    interrupt_cb;  /*!<GPIO interrupt callback function pointer*/
    qosa_uint32_t        options;       /*!<Whether to enable single or multiple interrupt mode--bit0*/
    void                *user_ctx;      /*!<User-defined context data, used to pass parameters in interrupt callback function*/
} qosa_int_cfg_t;

qosa_gpio_basic_isr_info_t¶

GPIO中断回调函数信息结构，原型如下：

typedef struct
{
    qosa_gpio_num_e   gpio_num;      /*!<GPIO NUM that generated interrupt callback*/
    qosa_gpio_level_e trigger_level; /*!<Level of corresponding GPIO*/
} qosa_gpio_basic_isr_info_t;

枚举定义¶

qosa_gpio_num_e¶

qosa_gpio_num_e 定义了GPIO引脚号，原型如下（仅展示部分）：

typedef enum
{
    QOSA_GPIO_0 = 0,
    QOSA_GPIO_1,
    QOSA_GPIO_2,
    QOSA_GPIO_3,
    QOSA_GPIO_4,
    QOSA_GPIO_5,
    QOSA_GPIO_6,
    ......
    QOSA_GPIO_MAX
}qosa_gpio_num_e;

qosa_gpio_direction_e¶

qosa_gpio_direction_e 定义了GPIO引脚的输入输出模式，原型如下：

typedef enum
{
    QOSA_GPIO_DIRECTION_INPUT, /*!< GPIO PIN input */
    QOSA_GPIO_DIRECTION_OUTPUT /*!< GPIO PIN output */
} qosa_gpio_direction_e;

qosa_gpio_pull_e¶

qosa_gpio_pull_e 定义了GPIO引脚的上拉下拉模式，原型如下：

typedef enum
{
    QOSA_GPIO_PULL_NONE, /*!< GPIO PIN input pull none */
    QOSA_GPIO_PULL_DOWN, /*!< GPIO PIN input pull down */
    QOSA_GPIO_PULL_UP    /*!< GPIO PIN input pull up */
} qosa_gpio_pull_e;

qosa_gpio_level_e¶

qosa_gpio_level_e 定义了GPIO引脚的高低电平，原型如下：

typedef enum
{
    QOSA_GPIO_LEVEL_LOW, /*!<GPIO PIN output low level*/
    QOSA_GPIO_LEVEL_HIGH /*!<GPIO PIN output high level*/
} qosa_gpio_level_e;

qosa_gpio_error_e¶

qosa_gpio_error_e 定义了GPIO操作的错误代码，原型如下：

typedef enum
{
    QOSA_GPIO_SUCCESS = 0,                                       /*!<Indicates GPIO operation successful*/
    QOSA_GPIO_EXECUTE_ERR = 1 | (QOSA_COMPONENT_BSP_GPIO << 16), /*!<Indicates GPIO operation execution failed*/
    QOSA_GPIO_CFG_NOT_SUPPORT_ERR,                               /*!<Indicates GPIO operation not supported*/
    QOSA_GPIO_INVALID_PARAM_ERR,                                 /*!<Indicates GPIO operation parameter invalid*/
    QOSA_GPIO_OPEN_ERR,                                          /*!<Indicates GPIO operation open failed*/
    QOSA_GPIO_CONFIG_ERR,                                        /*!<Indicates GPIO operation configuration failed*/
    QOSA_GPIO_CALLBACK_ERR,                                      /*!<Indicates GPIO operation callback failed*/
    QOSA_GPIO_LEVEL_TRIGGER_ERR,                                 /*!<Indicates GPIO operation trigger mode setting failed*/
    QOSA_GPIO_MEM_NULL_ERR,                                      /*!<Indicates GPIO operation memory is null*/
    QOSA_GPIO_SET_DRVING_ERR,                                    /*!<Indicates GPIO operation driving capability setting failed*/
} qosa_gpio_error_e;

qosa_gpio_trigger_e¶

定义了GPIO中断的触发模式，原型如下：

typedef enum
{
    QOSA_GPIO_TRIGGER_DISABLED,     /*!<Disable interrupt*/
    QOSA_GPIO_TRIGGER_LOW_LEVEL,    /*!<Low-level interrupt*/
    QOSA_GPIO_TRIGGER_HIGH_LEVEL,   /*!<High-level interrupt*/
    QOSA_GPIO_TRIGGER_FALLING_EDGE, /*!<Falling edge interrupt*/
    QOSA_GPIO_TRIGGER_RISING_EDGE,  /*!<Rising edge interrupt*/
    QOSA_GPIO_TRIGGER_BOTH_EDGE     /*!<Falling and rising edge interrupt*/
} qosa_gpio_trigger_e;

qosa_gpio_debounce_e¶

GPIO中断去抖处理，原型如下：

typedef enum
{
    QOSA_GPIO_DEBOUNCE_DIS, /*!<GPIO PIN debounce disable*/
    QOSA_GPIO_DEBOUNCE_EN   /*!<GPIO PIN debounce enable*/
} qosa_gpio_debounce_e;

qosa_gpio_vol_e¶

可选电压域，原型如下：

typedef enum
{
    VOL_1_80V, /* 1.8V */
    VOL_3_30V /* 3.3V */
}qosa_gpio_vol_e;

应用示例¶

请查看 https://github.com/UniRTOS/UniRTOS-Doc-Examples/blob/main/peripheral/gpio/gpio_demo.c 。

GPIO¶

功能概述¶

GPIO的物理结构¶

工作模式¶

输入模式¶

浮空输入¶

上拉输入¶

下拉输入¶

模拟输入¶

输出模式¶

开漏输出¶

推挽输出¶

中断框图¶

功能复用¶

按键消抖¶

硬件消抖¶

RC滤波器¶

Schmitt触发器:¶

电容并联¶

RS触发器¶

专用消抖电路¶

软件消抖¶

软件延时¶

计数器¶

有限状态机(FSM)¶

注意事项¶

电源和地:¶

电流限制:¶

输入模式:¶

输出模式:¶

防抖动:¶

中断:¶

保护电路:¶

外设冲突:¶

热设计:¶

固件/软件考虑因素:¶

EMI/RFI:¶

API说明¶

头文件¶

GPIO函数表¶

函数定义¶

qosa_pinctrl_set_option¶

qosa_pin_set_func¶

qosa_pin_get_func¶

qosa_gpio_init¶

qosa_gpio_deinit¶

qosa_get_pin_default_cfg¶

qosa_gpio_set_level¶

qosa_gpio_get_level¶

qosa_gpio_set_direction¶

qosa_gpio_get_direction¶

qosa_gpio_set_pull¶

qosa_gpio_get_pull¶

qosa_interrupt_register¶

qosa_interrupt_unregister¶

qosa_interrupt_enable¶

qosa_interrupt_disable¶

qosa_gpio_set_voltage¶

数据结构定义¶

qosa_pin_cfg_t¶

qosa_int_cfg_t¶

qosa_gpio_basic_isr_info_t¶

枚举定义¶

qosa_gpio_num_e¶

qosa_gpio_direction_e¶

qosa_gpio_pull_e¶

qosa_gpio_level_e¶

qosa_gpio_error_e¶

qosa_gpio_trigger_e¶

qosa_gpio_debounce_e¶

qosa_gpio_vol_e¶

应用示例¶

`qosa_int_cfg_t`¶