给大家分享一个非常简单的IO输入输出框架

在一个嵌入式系统中，可能存在许多输入或输出的IO口，输入有霍尔传感器、红外对管等，输出有LED、电源控制开关等。

如果说硬件可以一次成型，那么随便一份代码都可以完成IO的配置工作，但研发阶段的产品，硬件各种修改是难免的，每一次 IO 的修改，对于底层开发人员来说，可能都是一次挑战。

因为一旦有某一个 IO 配置错误，或者原来的配置没有修改正确（比如一个 IO 在原来的硬件适配中是输入，之后的硬件需要修改成输出），那么你很难查出来这是什么问题，因为这个时候不仅硬件修改了，软件也修改了，你需要先定位到底是软件问题还是硬件问题，所以一个好用的 IO 的配置框架就显得很有必要了。

有道友会说，不如使用 CubeMx 软件进行开发吧。

1、这个软件适用于 ST 单片机，以前还能用，现在，除非你家里有矿，不然谁用的起STM32？基本上都国产化了（虽然有些单片机号称兼容，但到底还是有些差异的）。

2、公司原本的代码就是使用标准库，只是因为IO 的变化，你就需要把整个库换掉吗？时间上允许吗？你确定修改后不会出现大问题？

3、国产化的芯片可没有所谓的标准库和HAL库供你选择，每一家都有各自的库，如果你的产品临时换方案怎么办？

4、HAL 效率问题。

今天鱼鹰介绍一个简单实用的框架，可用于快速增加或修改IO配置，甚至修改底层库。

假设有3个 LED 作为输出、3 个霍尔传感器作为输入：

输入配置代码：

#define GPIOx_Def GPIO_TypeDef*#define GPIOMode_Def GPIOMode_TypeDef

typedef struct{ GPIOx_Def gpio; uint16_t msk; GPIOMode_Def pull_up_down; } bsp_input_pin_def;

#define _GPIO_PIN_INPUT（id， pull， gpiox， pinx） ［id］.gpio = （GPIOx_Def）gpiox， ［id］.msk = （1 《《 pinx）， ［id］.pull_up_down = （GPIOMode_Def）pull#define GPIO_PIN_INPUT（id， pull， gpiox， pinx） _GPIO_PIN_INPUT（id， pull， gpiox， pinx）

#define bsp_pin_get_port（gpiox） （（uint16_t）（（GPIO_TypeDef *）gpiox）-》IDR）#define bsp_pin_get_value（variable，id） do{ bsp_pin_get_port（bsp_input_pin［id］.gpio） & bsp_input_pin［id］.msk ？ variable |= （1 《《 id） ： 0;} while（0）

#define BSP_GPIO_PUPD_NONE GPIO_Mode_IN_FLOATING#define BSP_GPIO_PUPD_PULLUP GPIO_Mode_IPU#define BSP_GPIO_PUPD_PULLDOWN GPIO_Mode_IPD

typedef enum{ PIN_INPUT_HALL_0 = 0， // 输入 IO 定义 PIN_INPUT_HALL_1， PIN_INPUT_HALL_2， PIN_INPUT_MAX}bsp_pin_input_id_def;

static const bsp_input_pin_def bsp_input_pin ［PIN_INPUT_MAX］ = { GPIO_PIN_INPUT（PIN_INPUT_HALL_0， BSP_GPIO_PUPD_NONE， GPIOA， 0）， GPIO_PIN_INPUT（PIN_INPUT_HALL_1， BSP_GPIO_PUPD_NONE， GPIOB， 8）， GPIO_PIN_INPUT（PIN_INPUT_HALL_2， BSP_GPIO_PUPD_NONE， GPIOE， 9）， };

// 单个 IO 初始化函数 void bsp_pin_init_input（GPIOx_Def gpiox， uint32_t msk， GPIOMode_TypeDef pull_up_down）{ uint32_t temp;

assert_param（（msk & 0xffff0000） == 0 && gpiox ！= 0）;

temp = （（uint32_t） gpiox - （uint32_t） GPIOA） / （ （uint32_t） GPIOB - （uint32_t） GPIOA）;

/* enable the led clock */ RCC_APB2PeriphClockCmd（RCC_APB2Periph_GPIOA 《《 temp， ENABLE）;

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;

GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = （GPIOMode_Def）pull_up_down; GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = msk; GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_2MHz;

GPIO_Init（（GPIO_TypeDef*）gpiox， &GPIO_InitStruct）;}

// 所有 IO 初始化void gpio_input_init（）{ bsp_input_pin_def *info;

info = （bsp_input_pin_def *）&bsp_input_pin;

for（int i = 0; i 《 sizeof（bsp_input_pin）/sizeof（bsp_input_pin［0］）; i++） { bsp_pin_init_input（info-》gpio， info-》msk， info-》pull_up_down）; info++; } }

// 最多支持 32 个 IO 输入uint32_t bsp_input_all（void）{ uint32_t temp = 0;

bsp_pin_get_value（temp， PIN_INPUT_HALL_0）; bsp_pin_get_value（temp， PIN_INPUT_HALL_1）; bsp_pin_get_value（temp， PIN_INPUT_HALL_2）;

return temp;}

// 读取单个 IO 状态uint32_t bsp_input_level（bsp_pin_input_id_def id）{ return （bsp_pin_get_port（bsp_input_pin［id］.gpio） & bsp_input_pin［id］.msk） ？ 1 ： 0;}

typedef enum{ HW_HAL_LEVEL_ACTIVE = 0， // 可直接修改为 0 或 1，另一个枚举值自动修改为相反值 HW_HAL_LEVEL_NO_ACTIVE = ！HW_HAL_LEVEL_ACTIVE，}hw_input_hal_status_def;

typedef struct { hw_input_hal_status_def hal_level0; uint8_t hal_level1; uint8_t hal_level2;}bsp_input_status_def;

bsp_input_status_def bsp_input_status;

int main（void）{ USRAT_Init（9600）;//必须，进入调试模式后点击全速运行

gpio_input_init（）;

while（1） { uint32_t temp = bsp_input_all（）;

bsp_input_status.hal_level0 = （hw_input_hal_status_def）（（temp 》》 PIN_INPUT_HALL_0） & 1）; bsp_input_status.hal_level1 = （（temp 》》 PIN_INPUT_HALL_1） & 1）; bsp_input_status.hal_level2 = （（temp 》》 PIN_INPUT_HALL_2） & 1）; } }

调试的时候，我们可以很方便的查看每个 IO 的状态是怎样的，而不用管 0 或 1 到底代表什么意思：

输出配置代码：

#define GPIOx_Def GPIO_TypeDef*#define GPIOMode_Def GPIOMode_TypeDef

typedef struct{ GPIOx_Def gpio; uint32_t msk; uint32_t init_value; } bsp_output_pin_def;

#define _GPIO_PIN_OUT（id， gpiox， pinx， init） ［id］.gpio = gpiox， ［id］.msk = （1 《《 pinx）， ［id］.init_value = init#define GPIO_PIN_OUT（id， gpiox， pinx， init） _GPIO_PIN_OUT（id， gpiox， pinx， init）

#define _bsp_pin_output_set（gpiox， pin） （gpiox）-》BSRR = pin#define bsp_pin_output_set（gpiox， pin） _bsp_pin_output_set（gpiox， pin）

#define _bsp_pin_output_clr（gpiox， pin） （gpiox）-》BRR = pin#define bsp_pin_output_clr（gpiox， pin） _bsp_pin_output_clr（gpiox， pin）

typedef enum{ PIN_OUTPUT_LED_G， PIN_OUTPUT_LED_R， PIN_OUTPUT_LED_B， PIN_OUTPUT_MAX}bsp_pin_output_id_def;

static const bsp_output_pin_def bsp_output_pin ［PIN_OUTPUT_MAX］ = { GPIO_PIN_OUT（PIN_OUTPUT_LED_G， GPIOA， 0， 0）， GPIO_PIN_OUT（PIN_OUTPUT_LED_R， GPIOF， 15， 0）， GPIO_PIN_OUT（PIN_OUTPUT_LED_B， GPIOD， 10， 0），};

void bsp_pin_init_output（GPIOx_Def gpiox， uint32_t msk， uint32_t init）{ uint32_t temp;

assert_param（（msk & 0xffff0000） == 0 && gpiox ！= 0）;

temp = （（uint32_t） gpiox - （uint32_t） GPIOA） / （ （uint32_t） GPIOB - （uint32_t） GPIOA）;

/* enable the led clock */ RCC_APB2PeriphClockCmd（RCC_APB2Periph_GPIOA 《《 temp， ENABLE）;

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;

GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = （GPIOMode_Def）GPIO_Mode_Out_PP; GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = msk; GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_2MHz;

GPIO_Init（（GPIO_TypeDef*）gpiox， &GPIO_InitStruct）;

if（init == 0） { bsp_pin_output_clr（gpiox， msk）; } else { bsp_pin_output_set（gpiox， msk）; }}

void bsp_output_init（）{ bsp_output_pin_def *info;

info = （bsp_output_pin_def *）&bsp_output_pin; for（int i = 0; i 《 sizeof（bsp_output_pin）/sizeof（bsp_output_pin［0］）; i++） { bsp_pin_init_output（info-》gpio， info-》msk， info-》init_value）; info++; }}

void bsp_output（bsp_pin_output_id_def id， uint32_t value）{ assert_param（id 《 PIN_OUTPUT_MAX）;

if（value == 0） { bsp_pin_output_clr（bsp_output_pin［id］.gpio， bsp_output_pin［id］.msk）; } else { bsp_pin_output_set（bsp_output_pin［id］.gpio， bsp_output_pin［id］.msk）; }}

int main（void）{ USRAT_Init（9600）;//必须，进入调试模式后点击全速运行

bsp_output_init（）;

while（1） { bsp_output（PIN_OUTPUT_LED_G， 1）; bsp_output（PIN_OUTPUT_LED_B， 0）; bsp_output（PIN_OUTPUT_LED_R， 1）; } }

这个框架有啥好处呢？

1、自动完成 GPIO 的时钟初始化工作，也就是说你只需要修改引脚即可，不必关心时钟配置，但对于特殊引脚（比如PB3），还是得另外配置才行。

2、应用和底层具体 IO 分离，这样一旦修改了 IO，应用代码不需要进行任何修改。

3、增加或删减 IO 变得很简单，增加 IO时，首先加入对应枚举，然后就可以添加对应的 IO 了。删除 IO时，只要屏蔽对应枚举值和引脚即可。

4、参数检查功能， IO 删除时，因为屏蔽了对应的枚举，所以编译时可以帮你发现问题，而增加 IO 时，它可以帮你在运行时检查该 IO是否进行配置了，可以防止因为失误导致的问题。

5、更改库时可以很方便，只需要修改对应的宏即可，目前可以顺利在 GD32 和 STM32 库进行快速更换。

6、对于输入 IO 而言，可以方便的修改有效和无效状态，防止硬件修改有效电平。对于输出 IO 而言，可以设定初始 IO 电平状态。

7、代码简单高效，尽可能的复用代码，增加一个 IO 只需要很少的空间。

8、缺点就是，只对同种配置的 IO 可以这样用。

编辑：jq