• 💌 所属专栏：【BES2500x系列】

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前言

  大家好，又见面了，我是夜阑的狗🐶，本文是专栏【BES2500x系列】专栏的第6篇文章;
  今天开始学习BES2500x系列的一天💖💖💖，开启新的征程，记录最美好的时刻🎉，每天进步一点点。
  专栏地址：【BES2500x系列】， 此专栏是我是夜阑的狗对BES2500x系列开发过程的总结，希望能够加深自己的印象，以及帮助到其他的小伙伴😉😉。
  如果文章有什么需要改进的地方还请大佬不吝赐教👏👏。

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<<【系列文章索引】>>

1 基本概念

  在嵌入式系统设计中，通用输入输出（GPIO）接口是连接微控制器与外部世界的桥梁，扮演着至关重要的角色。GPIO是嵌入式系统中最常用的外设之一，用于与外部世界进行数字信号交互。从简单的LED控制到复杂的传感器数据采集，GPIO的应用无处不在。然而，在实时操作系统（RTOS）环境下，对GPIO的高效、安全管理变得尤为重要，尤其是在多任务并发执行的场景下。本文将深入探讨RTOS中GPIO的管理策略，以及如何确保其操作的实时性和一致性。

1.1 GPIO基础

  GPIO，即 General Purpose Input/Output，是微控制器上可编程的引脚，能够配置为输入或输出模式，用于数字信号的接收和发送。每个GPIO引脚都具有独立的配置寄存器，用于设定其功能，如输入/输出方向、上下拉电阻、中断触发方式等。

2 GPIO在RTOS中的管理

2.1 初始化

  在RTOS启动时，GPIO引脚需要初始化，包括设置方向（输入或输出）、初始状态、中断配置（如果需要）等。

2.2 任务调度

  RTOS的任务调度机制确保了在任何给定时刻只有一个任务正在执行。但是，当任务切换时，对GPIO的访问可能会受到干扰，特别是在硬实时系统中。

2.3 互斥锁

    当多个任务需要访问相同的GPIO资源时，可以使用互斥锁（mutexes）来确保一次只有一个任务可以访问。这避免了数据竞争和不一致的状态。

2.4 原子操作

  对于简单的GPIO操作，如读取状态或更改输出，可以使用原子操作来确保操作不会被中断。这通常涉及到禁用全局中断或使用特殊的原子指令。

2.5 中断服务例程（ISR）

  GPIO中断可以触发中断服务例程（ISR），这些ISR需要快速响应，以处理紧急事件。在ISR中，通常会更新共享变量，然后可能发送信号给等待的RTOS任务。为了保证ISR的效率，应尽量减少ISR中的复杂逻辑，将非实时部分的工作推迟到任务级处理。

2.6 优先级继承

  在RTOS中，优先级继承是一种机制，允许低优先级任务暂时提升其优先级，以避免被高优先级任务抢占，直到完成关键操作。这对于处理GPIO中断特别有用，确保了中断处理的及时性和完整性。

3 初始化

3.1 初始化GPIO

  在RTX中，初始化GPIO的步骤与非RTOS环境类似，但需要确保中断服务例程的正确配置。以下是一个基本流程：

• 代码

#include "hal_gpio.h"

void init_gpio(int pin, GPIO_Mode mode, GPIO_Pull pull, GPIO_Speed speed)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
    
    // 配置GPIO参数
    GPIO_InitStruct.Pin = pin;
    GPIO_InitStruct.Mode = mode;
    GPIO_InitStruct.Pull = pull;
    GPIO_InitStruct.Speed = speed;

    // 初始化GPIO
    HAL_GPIO_Init(pin, &GPIO_InitStruct);
}

• 参数/函数讲解

序号	参数/函数	说明
1	HAL_GPIO_Init	GPIO初始化接口

4 GPIO中断处理

  在RTX中，我们需要注册中断服务例程，并在需要时启用或禁用中断。gpio_bank[bank]->GPIO_INTEN_CLR 语句用于清除 GPIO 中断。

• 代码

// 假设bank和pin_offset对应于GPIO的特定引脚
void gpio_isr_handler(uint32_t bank, uint32_t pin_offset)
{
    // 处理中断逻辑
}

// 注册中断服务例程
void init_gpio_isr(int pin)
{
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStruct;
    
    // 配置NVIC
    NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannel = GPIO_IRQn; // 请根据实际中断通道设置
    NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;
    NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;
    NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
    NVIC_Init(&NVIC_InitStruct);

    // 使能中断
    gpio_bank[bank]->GPIO_INTEN_SET = (0x1 << pin_offset);
}

// 清除中断
void clear_gpio_isr(int pin)
{
    gpio_bank[bank]->GPIO_INTEN_CLR = (0x1 << pin_offset);
}

  gpio_bank[bank]->GPIO_INTEN_CLR = (0x1 << pin_offset) 这行代码的作用是清除GPIO的中断使能位。这里的 bank 和 pin_offset 根据硬件平台和GPIO库的具体实现来确定，0x1 << pin_offset 生成一个掩码，用于清除对应引脚的中断标志。

• 参数/函数讲解

序号	参数/函数	说明
1	NVIC_Init	配置中断服务

5 结合RTOS

  在RTOS环境中，我们通常会在中断服务例程中设置一个标志，然后在任务中处理这个标志。这样可以避免在中断服务例程中执行耗时的操作，保证RTOS的实时性。

• 代码

SemaphoreHandle_t gpio_evt_semaphore = NULL;

// 创建信号量
gpio_evt_semaphore = xSemaphoreCreateBinary();

// 中断服务例程
void gpio_isr_handler(uint32_t bank, uint32_t pin_offset)
{
    // 设置事件标志
    xSemaphoreGiveFromISR(gpio_evt_semaphore, NULL);
}

// 任务处理中断
void gpio_task(void *pvParameters)
{
    for (;;) {
        if (xSemaphoreTake(gpio_evt_semaphore, portMAX_DELAY)) {
            // 处理GPIO事件
        }
    }
}

  在 RTX 环境下，初始化 GPIO 并使用中断服务例程需要考虑RTOS的特性。gpio_bank[bank]->GPIO_INTEN_CLR 语句是清除GPIO中断的关键步骤，确保中断服务例程不会被不必要的中断触发。通过结合RTOS的任务和中断服务例程，我们可以有效地管理 GPIO 事件，同时保持系统的实时性和稳定性。

• 参数/函数讲解

序号	参数/函数	说明
1	xSemaphoreGiveFromISR	设置事件标志
2	xSemaphoreTake	处理GPIO事件

<<【系列文章索引】>>

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总结

  感谢观看，这里就是 配置篇 – 初识GPIO 的讲解，如果觉得有帮助，请给文章点个赞吧，让更多的人看到。🌹 🌹 🌹

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  原创不易，还希望各位大佬支持一下，你们的点赞、收藏和留言对我真的很重要！！！💕 💕 💕 最后，本文仍有许多不足之处，欢迎各位认真读完文章的小伙伴们随时私信交流、批评指正！下期再见。🎉

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