ESP32外设入门GPIO

前言

最近开发用到了ESP32，乐鑫已经对接口进行比较深度的封装，但是还是看了下外设的参考手册，摘取了一部分结合自己的理解给记录下来。
如有异议，欢迎指正

概述

ESP32芯片具有34个物理GPIO。每个pad都可用作一个通用IO,或连接内部的外设信号。IO_MUX、RTC_IO_MUX和GPIO交换矩阵用于将信号从外设传输至GPIO pad，这些模块共同组成了芯片的IO控制。
备注：这34个物理GPIO pad的序列号为：0-19, 21-23, 25-27, 32-39。其中GPIO34-39仅作为输入管脚，其他的可作为输入输出管脚

GPIO交换矩阵结构图

• 数字IO口通过IO_MUX复用器来选择通用IO口还是复用外设功能，然后进过GPIO matrix交换矩阵来关联到具体的外设中
  图中也可以配置不进过交换矩阵，这样可以提高引脚的高频特性【如高速率 UART SPI SDIO】

GPIO配置的流程

• 配置外设信号寄存器GPIO_FUNC_IN_SEL_CFG，选择需要配置的PIN脚
• 设置GPIO_ENABLE_DATA使能寄存器
• 配置IO_MUX寄存器，配置IO功能（上下拉、输入输出）

备注：

• 同一个引脚可以同时绑定多个内部信号
• 可以通过寄存器GPIO_FUNC_IN_INV_SEL对信号进行取反，在一些应用中很实用
• 当某个外设不绑定GPIO时，例如SPI中的MOSI不使用，可以配置GPIO_FUNC_IN_SEL为0x38或0x30，保证外设的正常运行

RTC IO_MUX低功耗IO功能

当管脚被配置成RTC GPIO时，能在系统处于Deep-Sleep睡眠模式下保持电平值，也可以实现在低功耗模式下的唤醒
PS：测试发现，ESP32在低功耗上面表现并不是很优异

Light-Sleep模式管脚功能

当 ESP32 处于 Light-sleep 模式时管脚可以有不同的功能。如果某一 GPIO pad 的 IO_MUX 寄存器中 SLP_SEL位置为 1，芯片处于 Light-sleep 模式下将由另一组不同的寄存器控制 pad。

• 如果 SLP_SEL 置为 0，则芯片在正常工作和 Light-sleep 模式下，管脚的功能一样。
  

Pad Hold特性

每个 IO pad（包括 RTC pad）都有单独的 hold 功能，由 RTC 寄存器控制。pad 的 hold 功能被置上后，pad 在
置上 hold 那一刻的状态被强制保持，无论内部信号如何变化，修改 IO_MUX 配置或者 GPIO 配置，都不会改变
pad 的状态。应用如果希望在看门狗超时触发内核复位和系统复位时或者 Deep-sleep 时 pad 的状态不被改变，
就需要提前把 hold 置上。

IO_MUX Pad列表

• 设计硬件前，可以查看IO的复用功能来进行合理的配置
  

RTC_MUX管脚清单

代码例程

打开idf目录下的gpio_example_main，路径esp-idf\examples\peripherals\gpio\main

代码讲解

开发可移植例程代码，具体可看注释

• GPIO18 GPIO19配置为输出，通过接口gpio_set_level配置输出电平
• GPIO4 GPIO5配置成输入中断使能，外部中断入口gpio_isr_handler

#define GPIO_OUTPUT_IO_0    18
#define GPIO_OUTPUT_IO_1    19
#define GPIO_OUTPUT_PIN_SEL  ((1ULL<<GPIO_OUTPUT_IO_0) | (1ULL<<GPIO_OUTPUT_IO_1))
#define GPIO_INPUT_IO_0     4
#define GPIO_INPUT_IO_1     5
#define GPIO_INPUT_PIN_SEL  ((1ULL<<GPIO_INPUT_IO_0) | (1ULL<<GPIO_INPUT_IO_1))
#define ESP_INTR_FLAG_DEFAULT 0

static xQueueHandle gpio_evt_queue = NULL;

static void IRAM_ATTR gpio_isr_handler(void* arg)
{
    uint32_t gpio_num = (uint32_t) arg;
    xQueueSendFromISR(gpio_evt_queue, &gpio_num, NULL);//中断后发送io消息
}

static void gpio_task_example(void* arg)
{
    uint32_t io_num;
    for(;;) 
    {
        if(xQueueReceive(gpio_evt_queue, &io_num, portMAX_DELAY)) //收到消息打印对应引脚的电平
        {
            printf("GPIO[%d] intr, val: %d\n", io_num, gpio_get_level(io_num));
        }
    }
}

void app_main(void)
{
    gpio_config_t io_conf;
    //disable interrupt
    io_conf.intr_type = GPIO_PIN_INTR_DISABLE;
    //set as output mode
    io_conf.mode = GPIO_MODE_OUTPUT;//输出模式
    //bit mask of the pins that you want to set,e.g.GPIO18/19
    io_conf.pin_bit_mask = GPIO_OUTPUT_PIN_SEL;//配置输出
    //disable pull-down mode
    io_conf.pull_down_en = 0;//禁用下拉
    //disable pull-up mode
    io_conf.pull_up_en = 0;//禁用上拉
    //configure GPIO with the given settings
    gpio_config(&io_conf);//进行配置

    //interrupt of rising edge
    io_conf.intr_type = GPIO_PIN_INTR_POSEDGE;//上升沿中断
    //bit mask of the pins, use GPIO4/5 here
    io_conf.pin_bit_mask = GPIO_INPUT_PIN_SEL;//配置输入
    //set as input mode    
    io_conf.mode = GPIO_MODE_INPUT;//输入模式
    //enable pull-up mode
    io_conf.pull_up_en = 1;//使能上拉
    gpio_config(&io_conf);

    //change gpio intrrupt type for one pin
    gpio_set_intr_type(GPIO_INPUT_IO_0, GPIO_INTR_ANYEDGE);

    //create a queue to handle gpio event from isr
    gpio_evt_queue = xQueueCreate(10, sizeof(uint32_t));//创建队列
    //start gpio task
    xTaskCreate(gpio_task_example, "gpio_task_example", 2048, NULL, 10, NULL);//创建任务

    //install gpio isr service
    gpio_install_isr_service(ESP_INTR_FLAG_DEFAULT);//安装中断服务
    //hook isr handler for specific gpio pin
    gpio_isr_handler_add(GPIO_INPUT_IO_0, gpio_isr_handler, (void*) GPIO_INPUT_IO_0);//GPIO4中断回调注册
    //hook isr handler for specific gpio pin
    gpio_isr_handler_add(GPIO_INPUT_IO_1, gpio_isr_handler, (void*) GPIO_INPUT_IO_1);//GPIO5中断回调注册

    //remove isr handler for gpio number.
    gpio_isr_handler_remove(GPIO_INPUT_IO_0);//移除测试
    //hook isr handler for specific gpio pin again
    gpio_isr_handler_add(GPIO_INPUT_IO_0, gpio_isr_handler, (void*) GPIO_INPUT_IO_0);//重新添加测试

    int cnt = 0;
    //1秒闪烁
    while(1) 
    {
        printf("cnt: %d\n", cnt++);
        vTaskDelay(1000 / portTICK_RATE_MS);
        gpio_set_level(GPIO_OUTPUT_IO_0, cnt % 2);
        gpio_set_level(GPIO_OUTPUT_IO_1, cnt % 2);
    }
}

API文档