CH32V003的输入/输出端口

GPIO端口是处理器与外部设备打交道的基础，为了更好地应用它，下面就对CH32V003的通用输入输出端口（GPIO）的寄存器结构及用法做详细深入地讨论。
CH32V003是一个32位的处理器，但它的GPIO端口并不是把32个引脚都引出来，而是根据芯片型号及其封装的不同，分别引出来了18个（CH32V003F4P6、CH32V003F4U6）、14个（CH32V003A4M6）和6个（CH32V003J4M6）I/O引脚。所有GPIO端口引脚都可以配置成多种输入或输出模式，内置有可关闭的上拉或下拉电阻，可配置成推挽或开漏功能。此外，GPIO端口的引脚还具有其他复用功能。

CH32V003GPIO端口的每个引脚都可以配置成浮空输入、上拉输入、下拉输入、模拟输入、开漏输出、推挽输出以及复用功能的输入和输出等模式。以下是一个I/O引脚的基本结构框图。

从上图中可以看出，每个引脚在芯片内部都有两只保护二极管，I/O口内部可分为输入和输出驱动模块。其中输入驱动有弱上下拉电阻可选，可连接到A/D等模拟输入的外设；如果输入到数字外设，就需要经过一个TTL施密特触发器，再连接到GPIO输入寄存器或其他复用外设。输出驱动有一对MOS管，可通过配置上下的MOS管是否使能来将I/O引脚配置成开漏或推挽输出；输出驱动内部也可以配置成由GPIO控制输出还是由复用的其他外设控制输出。

芯片在复位后，GPIO端口处于初始状态，这时大多数I/O引脚都运行在浮空输入状态。

下表给出了与GPIO端口配置相关的寄存器信息，一共有18个。这些寄存器必须以字（32位）的方式来操作。

先来看端口配置寄存器低位R32_GPIOx_CFGLR，该类寄存器一共有3个，即x的值分别为A、C、D的3个。它们分别针对3组不同的I/O端口，其结构完全相同。此外，由于CH32V003芯片的引脚较少，所以在该芯片中并没有定义端口配置寄存器的高位（即R32_GPIOx_CFGHR）。下面是R32_GPIOx_CFGLR寄存器的全部位结构。

（1）第31~30、27~26、23~22、19~18、15~14、11~10、7~6及3~2等每两位分别为CNF7、CNF6、CNF5、CNF4、CNF3、CNF2、CNF1、CNF0等8个引脚的配置位（分别对应7~0号引脚）。当端口处于输入模式时，CNF值为00时表示对应的引脚为模拟输入模式，为01时表示浮空输入模式，为10时表示带有上下拉电阻模式。当端口处于输出模式时，CNF的值为00时表示对应的引脚为通用推挽输出模式，为01时表示通用开漏输出模式，为10时表示复用功能推挽输出模式，值为11时表示复用功能开漏输出模式。默认值为01，即在输入时是浮空输入，在输出时是开漏输出。
（2）第29~28、25~24、21~20、17~16、13~12、9~8、5~4及1~0等每两位分别是MODE7、MODE6、MODE5、MODE4、MODE3、MODE2、MODE1、MODE0等8个引脚模式的选择位（分别对应7~0号引脚）。MODE的值为00时表示对应的引脚为输入模式，为01时表示引脚为最大速度10MHz的输出模式，为10时表示引脚为最大速度2MHz的输出模式，值为11时表示引脚为最大速度50MHz的输出模式。默认为输入模式。

从上面可以看出，在端口配置寄存器低位R32_GPIOx_CFGLR中，通过每相邻的4个位来确定一个引脚的状态，8个引脚刚好用了32位，配置起来也很方便。在芯片复位后，每个引脚都处于浮空输入状态，这样做的好处也是显而易见的，即不会对与引脚相连的外部设备产生任何影响。

接下来看端口输入寄存器GPIOx_INDR，该类寄存器也有3个，即x的值分别为A、C、D的3个。它们分别针对3组不同的I/O端口，其结构完全相同。下面是GPIOx_INDR寄存器的全部位结构。

（1）第31~8位均为保留位。
（2）第7~0位分别对应IDR7~IDR0等8个引脚输入位，这些位为只读属性，用于获取端口数据，但只能以16位形式读出，读出的值就是对应引脚上的高低电平状态。

接下来是端口输出寄存器GPIOx_OUTDR，该类寄存器一共有3个，即x的值分别为A、C、D的3个。它们分别针对3组不同的I/O端口，其结构完全相同。下面是GPIOx_OUTDR寄存器的全部位结构。

（1）第31~8为保留位。
（2）第7~0位分别对应ODR7~ODR0等8个引脚输出位。当端口处于输出状态时，用于输出该寄存器的值（即对应引脚上产生高低电平），但只能以16位形式操作。当端口处于输入状态时，用于设定上下拉电阻，置0时设置成下拉输入方式，置1时设置成上拉输入方式。 

接着看端口复位/置位寄存器GPIOx_BSHR， 该类寄存器也是一共3个，即x的值分别为A、C、D的3个。它们分别针对3组不同的I/O端口，其结构完全相同。下面是GPIOx_BSHR寄存器的全部位结构。

（1）第31~24及其后面的15~8位均为保留位。
（2）第23~16位分别对应BR7~BR0这8个清除位，这些位为只写属性。对这些位置1会清除对应的ODR位（引脚变低电平），写0无影响。这些位只能以16 位（高16位）的形式操作。
（3）第7~0位分别对应BS7~BS0这8个置位位，这些位为只写属性。对这些位置1会使对应的ODR位置1（引脚变高电平），写0无影响。这些位只能以16 位（低16位）的形式操作。如果同时设置了BR和BS位，则BS位起作用。 

接下来看端口复位寄存器GPIOx_BCR，该类寄存器一共有3个，即x的值分别为A、C、D的3个。它们分别针对3组不同的I/O端口，其结构完全相同。下面是GPIOx_BCR寄存器的全部位结构。

（1）第31~8位均为保留位。
（2）第7~0位分别对应BR7~BR0这8个清除位，这些位为只写属性。对这些位置1会清除对应的ODR位（引脚变低电平），写0无影响。这些位只能以16 位形式操作。

最后来看配置锁定寄存器GPIOx_LCKR，该类寄存器也有3个，即x的值分别为A、C、D的3个。它们分别针对3组不同的I/O端口，其结构完全相同。下面是GPIOx_LCKR寄存器的全部位结构。

（1）第31~9位均为保留位。
（2）第8位（LCKK）为锁定键，它通过特定的序列写入来实现锁定。它的值可以随时读出，值为0时表示未锁定，值为1时表示已锁定。锁定键的写入序列为：写1-写0-写1-读0-读1，最后的读1非必要，但可以用来确认锁定键已经激活。锁定生效后，只有在下次复位后才能更改端口的配置。
（3）第7~0位分别对应LCK7~LCK0这8个锁定位。这些位为1时表示锁定对应端口引脚的配置，锁定的是配置寄存器低位GPIOx_CFGLR的配置。注意，只能在LCKK（第8位）未激活前改变这些位的值。

从上述讨论中可以看到，端口操作可以通过INDR、OUTDR、BSHR和BCR等寄存器来实现。那应该如何选择呢？一般地，如果直接读端口引脚上的电平，使用INDR寄存器；如果读取的是端口数据寄存器，使用OUTDR寄存器；如果要写引脚电平，首先推荐使用BSHR寄存器，如果要实现端口的读—改—写操作（比如取反），可使用OUTDR寄存器，BCR寄存器一般就不用了。当然，具体如何使用还是要具体分析，不能一概而论。但有一点要注意，尽量避免使用OUTDR，因为在操作它的过程中，有被中断打断的风险，如果要用最好在操作之前关闭所有中断，用完后再打开。 

小结一下使用GPIO端口的常规步骤，如下：
1、配置APB2PCENR寄存器，使能相应端口的时钟；
2、配置相应端口的CFGLR寄存器，设置引脚的模式和速度等；
3、输出时操作相应端口的BSHR寄存器，输入时操作INDR寄存器；
4、端口取反时，可操作OUTDR寄存器。