织女星开发板使用RISC-V RI5CY核驱动GPIO

前言

织女星开发板是OPEN-ISA社区为中国大陆地区定制的一款体积小、功耗超低和功能丰富的 RISC-V评估开发板，基于NXP半导体四核异构RV32M1主控芯片。

两个RISC-V核：RI5CY + ZERO_RISCY。
两个ARM核： Cortex-M4F + Cortex-M0+ 。

4个核被分为两个子系统，大核CM4F/RI5CY和小核CM0+/ZERO-RISCY，片上集成1.25 MB Flash 、384 KB SRAM，其中1 MB的Flash被大核所使用，起始地址0x0000_0000，另外的256 KB Flash被小核所使用，起始地址0x0100_0000。利用该开发板，用户可以快速建立一个使用 RV32M1 的 RISC-V应用和演示系统。详细的介绍可以参考：真正的RISC-V开发板——VEGA织女星开发板开箱评测，本篇文章介绍如何基于RISC-V RI5CY内核点亮板载的RGB LED和读取按键状态，演示GPIO外设的使用。

准备工作

织女星开发板RISC-V开发环境：Eclipse + riscv32 工具链 + OpenOCD调试工具
织女星开发板SDK包：rv32m1_sdk_riscv
织女星开发板的原理图
RV32M1参考手册

以上资料的获取、开发环境搭建和启动模式修改等教程，可以到官方中文论坛查找： www.open-isa.cn

或者是参考我分享的以下文章：

寄存器简介

根据参考手册GPIO章节的介绍，我们可以获得关于GPIO相关寄存器信息：

各GPIO组的基地址：

GPIOA——4802_0000h
GPIOB——4802_0040h
GPIOC——4802_0080h
GPIOD——4802_00C0h
GPIOE——4100_F000h

GPIO配置PCR寄存器

这是一个32位的寄存器，每一个引脚都有对应的一个PORTx_PCRn，用来配置GPIO的以下功能：

上下拉配置
翻转速率控制
开漏使能
无源输入滤波器
寄存器锁定
复用功能设置

以PA0控制寄存器，PORTA_PCR0为例：

通过查看参考手册，可以了解到各Bit的功能：

ISF：1位，中断状态标志
IRQC：4位，配置中断方式和DMA功能
LK：1位，是否锁定PCR寄存
MUX：3位，复用功能配置
ODE：1位，推挽开漏配置
PFE：1位，滤波器配置
SRE：1位，翻转速率配置
PE：1位，上下拉使能
PS：1位，上下拉配置

详细的配置介绍可以查看参考手册。官方库fsl_port中的


PORT_SetPinConfig(PORT_Type *base, uint32_t pin, const port_pin_config_t *config)
PORT_SetPinMux(PORT_Type *base, uint32_t pin, port_mux_t mux)
PORT_SetPinInterruptConfig(PORT_Type *base, uint32_t pin, port_interrupt_t config)
PORT_SetPinDriveStrength(PORT_Type* base, uint32_t pin, uint8_t strength)

这些函数就是控制的这个PCR寄存器。

GPIO控制寄存器

主要包括控制GPIO输入输出控制，读取输入，控制输出，方向控制等。

寄存器描述和地址偏移量：

RV32M1的GPIO共有6个32位的控制寄存器，从字面意思可以直接知道每个寄存器的功能：

PDOR：数据输出寄存器，指定位写入0/1，输出0/1
PSOR：端口置位输出寄存器，指定位写1，置位输出1，写0状态不变
PCOR：端口复位输出寄存器，指定位写1，复位输出0，写0状态不变
PTOR：端口反转输出寄存器，指定位写1，反转输出，写0状态不变
PDIR：端口输入寄存器，读取指定位输入状态
PDDR：端口方向配置寄存器，指定位写0作为输入，写1作为输出

官方库中的fsl_gpio文件中实现的函数就是控制的这几个寄存器。


void GPIO_PinInit(GPIO_Type *base, uint32_t pin, const gpio_pin_config_t *config)
void GPIO_WritePinOutput(GPIO_Type *base, uint32_t pin, uint8_t output)
void GPIO_SetPinsOutput(GPIO_Type *base, uint32_t mask)
void GPIO_ClearPinsOutput(GPIO_Type *base, uint32_t mask)
void GPIO_TogglePinsOutput(GPIO_Type *base, uint32_t mask)

库函数简介

和其他的MCU一样，由于RV32M1的寄存器众多，为了方便使用，增强程序的可读性，官方开发了库函数，来实现对寄存器的控制，本质上还是操作的寄存器。GPIO控制的库主要由fsl_gpio和fsl_port两个文件组成，其中fsl_gpio主要是对GPIO的控制，如读取输入，控制输出，清除中断标志等，而fsl_port主要实现对GPIO工作的模式进行配置，如复用功能，上拉下拉，开漏推挽，中断触发方式，DMA功能等进行设置。

下面简单介绍几个常用的函数：

PORT_SetPinConfig

配置GPIO的复用功能，驱动能力，推挽开漏，上下拉，滤波器，翻转速率等功能，基于PCR寄存器实现。


port_pin_config_t config;

config.driveStrength = kPORT_HighDriveStrength;     //驱动能力配置
config.mux = kPORT_MuxAsGpio;                       //通用GPIO
config.openDrainEnable = kPORT_OpenDrainDisable;    //推挽
config.passiveFilterEnable = kPORT_PassiveFilterDisable;//滤波器
config.pullSelect = kPORT_PullUp;                   //上拉
config.slewRate = kPORT_FastSlewRate;               //翻转速率

PORT_SetPinConfig(PORTA, 22, &config);              //配置GPIOA22

PORT_SetPinMux

配置GPIO的复用功能，基于PCR寄存器实现。

//PA22作为普通GPIO使用
PORT_SetPinMux(PORTA, 22, kPORT_MuxAsGpio);

//PA25作为UART1_RX功能
PORT_SetPinMux(PORTA, 25, kPORT_MuxAlt2);

具体复用为哪种功能，不同的引脚有不同的复用功能，对应的ALTn，可以查看参考手册RV32M1 Pinout介绍。

PORT_SetPinConfig已经包含了PORT_SetPinMux的功能，可以只使用PORT_SetPinConfig来GPIO功能的配置。PORT_SetPinMux函数不推荐和PORT_SetPinsConfig函数一起使用：

This function is NOT recommended to use together with the PORT_SetPinsConfig, because the PORT_SetPinsConfig need to configure the pin mux anyway (Otherwise the pin mux is reset to zero : kPORT_PinDisabledOrAnalog). This function is recommended to use to reset the pin mux

GPIO_PinInit

控制GPIO的输入输出方式，及默认输出电平，基于PDDR、PCOR、PSOR寄存器实现。

gpio_pin_config_t io_init;

//配置输出/输出模式
io_init.outputLogic = 0;    //默认输出0
io_init.pinDirection = kGPIO_DigitalOutput; //数字输出

GPIO_PinInit(LED_RGB_GPIO, LED_RED_Pin, &io_init);  //LED引脚配置

GPIO_WritePinOutput

指定引脚输出高低电平，基于PCOR和PSOR寄存器实现。

GPIO_WritePinOutput(GPIOA, 22, 1);  //PA22输出1

GPIO_TogglePinsOutput

指定引脚输出翻转，基于PTOR寄存器实现

GPIO_TogglePinsOutput(GPIOA, 1 << 22);  //PA22输出翻转

GPIO_ReadPinInput

读取GPIO输入状态，基于PDIR寄存器实现

in = GPIO_ReadPinInput(GPIOA, 22);  //读取PA22输入状态

GPIO操作的函数还有很多，详细的介绍和实现可以直接查看库函数源码。

RGB LED的初始化

从原理图中我们可以得知，织女星开发板上共有4个用户可控制的LED，包括3个RGB LED和1个红色LED，均采用MOS来驱动，引脚输出高电平LED点亮，和GPIO的对应关系如下：

LED_RED——PTA24
LED_GREEN——PTA23
LED_BLUE——PTA22
LED_STS——PTE0

所以我们需要配置PTA22/PTA23/PTA24为普通推挽输出方式，然后输出高低电平就可以控制LED闪烁了。

led_driver.c文件内容

#include "led_driver.h"

void LED_RGB_Init(void)
{
    gpio_pin_config_t io_init;
    port_pin_config_t config;

    //配置输出/输出模式
    io_init.outputLogic  = 0;
    io_init.pinDirection = kGPIO_DigitalOutput;

    config.driveStrength        = kPORT_HighDriveStrength;   //驱动能力
    config.lockRegister         = kPORT_LockRegister;        //PCR寄存器被锁定，不能再次改变
    config.mux                  = kPORT_MuxAsGpio;           //通用GPIO
    config.openDrainEnable      = kPORT_OpenDrainDisable;    //推挽输出
    config.passiveFilterEnable  = kPORT_PassiveFilterDisable;//滤波器
    config.pullSelect           = kPORT_PullUp;              //上拉
    config.slewRate             = kPORT_FastSlewRate;        //翻转速率

    CLOCK_EnableClock(LED_RGB_Clk_Name);

    /*以下两个函数都可以配置端口功能*/
    PORT_SetPinConfig(LED_RGB_Port, LED_RED_Pin, &config);      //配置功能更详细
    PORT_SetPinConfig(LED_RGB_Port, LED_GREEN_Pin, &config);
    PORT_SetPinConfig(LED_RGB_Port, LED_BLUE_Pin, &config);

//  PORT_SetPinMux(LED_RGB_Port, LED_RED_Pin, kPORT_MuxAsGpio); //只能配置是否复用
//  PORT_SetPinMux(LED_RGB_Port, LED_GREEN_Pin, kPORT_MuxAsGpio);
//  PORT_SetPinMux(LED_RGB_Port, LED_BLUE_Pin, kPORT_MuxAsGpio);

//  CLOCK_DisableClock(LED_RGB_Clk_Name);       //可以在配置完成之后关闭时钟，不影响使用

    GPIO_PinInit(LED_RGB_GPIO, LED_RED_Pin, &io_init);
    GPIO_PinInit(LED_RGB_GPIO, LED_GREEN_Pin, &io_init);
    GPIO_PinInit(LED_RGB_GPIO, LED_BLUE_Pin, &io_init);
}

要注意的是，时钟使能要放在GPIO配置之前，否则不能访问GPIO配置寄存器，在配置完成之后可以关闭时钟，也可以一直开启。

led_driver.h文件内容

#ifndef __LED_DRIVER_H__
#define __LED_DRIVER_H__

#include "fsl_gpio.h"
#include "fsl_port.h"
#include "fsl_clock.h"


/*
LED_RGB_BLUE    - A22
LED_RGB_GREEN   - A23
LED_RGB_RED     - A24
LED_STS         - E0
*/

#define LED_RED_Pin     24
#define LED_GREEN_Pin   23
#define LED_BLUE_Pin    22

#define LED_RGB_Port        PORTA
#define LED_RGB_GPIO        GPIOA
#define LED_RGB_Clk_Name    kCLOCK_PortA

#define LED_RED_ON          GPIO_WritePinOutput(LED_RGB_GPIO, LED_RED_Pin, 1)
#define LED_RED_OFF         GPIO_WritePinOutput(LED_RGB_GPIO, LED_RED_Pin, 0)
#define LED_RED_TOGGLE      GPIO_TogglePinsOutput(LED_RGB_GPIO, 1 << LED_RED_Pin)

#define LED_GREEN_ON        GPIO_WritePinOutput(LED_RGB_GPIO, LED_GREEN_Pin, 1)
#define LED_GREEN_OFF       GPIO_WritePinOutput(LED_RGB_GPIO, LED_GREEN_Pin, 0)
#define LED_GREEN_TOGGLE    GPIO_TogglePinsOutput(LED_RGB_GPIO, 1 << LED_GREEN_Pin)

#define LED_BLUE_ON         GPIO_WritePinOutput(LED_RGB_GPIO, LED_BLUE_Pin, 1)
#define LED_BLUE_OFF        GPIO_WritePinOutput(LED_RGB_GPIO, LED_BLUE_Pin, 0)
#define LED_BLUE_TOGGLE     GPIO_TogglePinsOutput(LED_RGB_GPIO, 1 << LED_BLUE_Pin)

void LED_RGB_Init(void);

#endif

头文件中通过宏定义的方式实现了LED的亮灭和翻转控制。

板载按键初始化

按键部分硬件原理图，默认SW2上拉，按下为低电平。

button_driver.c文件内容


#include "button_driver.h"

void Button_Init(void)
{
    gpio_pin_config_t io_init;
    port_pin_config_t config;

    io_init.outputLogic  = 0;
    io_init.pinDirection = kGPIO_DigitalInput;

    config.mux                  = kPORT_MuxAsGpio;              //通用GPIO
    config.lockRegister         = kPORT_LockRegister;           //PCR寄存器被锁定，不能再次改变
    config.pullSelect           = kPORT_PullUp;                 //上拉
    config.slewRate             = kPORT_FastSlewRate;           //翻转速率
    config.lockRegister         = kPORT_LockRegister;           //PCR寄存器被锁定，不能再次改变
    config.passiveFilterEnable  = kPORT_PassiveFilterEnable;    //滤波器

    CLOCK_EnableClock(BTN_SW2_Clk_Name);

    //以下两个函数功能一样
    PORT_SetPinConfig(BTN_SW2_Port, BTN_SW2_Pin, &config);
//  PORT_SetPinMux(BTN_SW2_Port, BTN_SW2_Pin, kPORT_MuxAsGpio); //设置IO模式为通用GPIO

    GPIO_PinInit(BTN_SW2_GPIO, BTN_SW2_Pin, &io_init);
}

SW2按键配置为上拉输入模式。

button_driver.h文件内容


ifndef __BUTTON_DRIVER_H__
#define __BUTTON_DRIVER_H__

#include "fsl_gpio.h"
#include "fsl_port.h"

/*
 * SW2 - PA0
 *
 * */

//按下为低电平

#define BTN_SW2_GPIO    GPIOA
#define BTN_SW2_Pin     0
#define BTN_SW2_Port    PORTA
#define BTN_SW2_Clk_Name    kCLOCK_PortA

#define BTN_SW2_IN  GPIO_ReadPinInput(BTN_SW2_GPIO, BTN_SW2_Pin)

/*
#define BTN_SW2_IN  ReadGPIO(BTN_SW2_GPIO, BTN_SW2_Pin)
*/

void Button_Init(void);

#endif

通过GPIO读取函数来获取SW2输入状态。

主函数应用

主函数实现sw2按键按下时，蓝色LED状态翻转：


int main(void)
{
    BOARD_BootClockRUN();   //系统时钟配置

    UART0_Init();
    Delay_Init();
    LOG("Hello RV32M1 \r\n");

    LED_RGB_Init();
    Button_Init();

    while (1)
    {
//      LED_RED_TOGGLE;
//      Delay_ms(100);
        if(BTN_SW2_IN == 0)
        {
            while(!BTN_SW2_IN);
            LOG("sw2 press \r\n");
            LED_BLUE_TOGGLE;
        }
    }
}

代码下载

织女星开发板VEGA_Lite支持从4个核启动，所以在进行程序下载之前，要确认当前的启动模式是从RISC-V RI5CY核启动的，否则程序烧写进去不会运行。

关于启动模式的修改可以参考：织女星开发板启动模式修改

Eclipse工程源码下载：RI5CY_GPIO_Demo.rar

总结

GPIOE组的使用，和其他组的GPIO使用不太一样，需要特别设置一下，目前还没有找到相关资料，所以板子上的LED_STS，和SW3/4/5还没成功的驱动起来，等找到相关资料再来补充。