i.MXRT1062 | 使用 IOMUXC 和 GPIO 点亮LED

一些思考

在上手i.MX RT1062这款芯片的开发时，思考了很多问题，单独分享一篇文章好像有点夸张，所以暂且用一个小节来记录个人的一些思考。

作为一名STM32资深老玩家、野火资深老学生，在最开始玩MCU的时候，先是照着视频学了一遍51，接着再跟着野火来了一遍STM32，不知不觉几年时间已过，仿佛已经形成了一种很局限的思维：

上手一款新的MCU开发，只需要两步：找视频、跟着学。

所以在我半年前刚刚接触RT1062这款芯片时，面对一个全新的MCU，我的思路是：照着之前学STM32的路子，再来一遍。

后来逐渐发现，这种思维是错误的，之前学习STM32时教程是面向小白的，没有MCU开发经验，需要一步一步学习，现如今作为一个嵌入式软件工程师，再去一步一步学习如何搭建寄存器工程、如何从0创建工程这些，耗费大量时间和精力，吃力不讨好。

那应该如何做到快速上手呢？

我觉得首先去官方找找资料，看下芯片大致的一些参数和框图，知道芯片内部大致结构。

接着最重要的就是利用好官方给的SDK，这其中在包含固件库的同时，还包含每个外设用法的示例工程，基于这些示例工程以及参考手册，做到快速了解芯片的常用外设用法、掌握官方提供的固件库API如何使用，这就达到目的了。

一、IOMUXC外设

1. I/O引脚（pin或pad）

I/O引脚是指芯片肉眼可见的输入输出引脚，也称为pin。

引脚数量的多少通常由封装决定，比如本文中所使用的i.MXRT1062CVL5B芯片，使用 BGA 封装，总共有196个引脚：

在数据手册中（IMXRT1060CEC）可以看到这 196 个引脚的名称以及默认功能映射表（Table 83，部分截取）：

2. GPIO外设和I/O引脚的关系（IOMUXC外设）

GPIO（General Purpose Input/Output）是芯片内的外设，每个GPIO外设连接到了外部的I/O引脚上，这时，和GPIO外设相连的I/O引脚起着通用输入输出的功能，所以被称为 GPIO 引脚。

但是，I/O引脚不仅可以和GPIO外设相连，还可以和芯片内部其它外设相连，比如和UART、IIC、SPI等外设相连作为通信外设的接口引脚，和定时器相连作为PWM输出引脚，等等。

基于这种设计，i.MX RT1062 提供了 IOMUX单元（I/O复用选择器），可以选通I/O引脚与某个具体的外设相连，发挥不同的作用。

一个IOMUX单元最大支持选择 8 个功能，称为ALT，不同的模式分别称为ALT0-ALT7，所以在阅读数据手册时，看到ALT这个英文缩写不要惊讶。

那么，如何控制IOMUX选通某个具体的功能呢？

芯片内部提供了 IOMUXC外设 来控制IOMUX单元，由图中可以看到，IOMUXC有两个作用：

• SW_MUX_CTL_PAD*寄存器：用于设置某个引脚的IOMUX，选择该引脚的功能；
• SW_PAD_CTL_PAD*寄存器：用于设置某个引脚的属性，比如驱动能力、是否使用上下拉电阻等；

两个寄存器名称中的 * 表示引脚名称，比如 GPIO_AD_B0_00 引脚的这两个寄存器为：

① SW_MUX_CTL_PAD_GPIO_AD_B0_00

② SW_PAD_CTL_PAD_GPIO_AD_B0_00

该寄存器中每个配置项的作用如下表：

综上所述，i.MXRT1062这 196 个引脚，除了一些用作特殊功能（电源、时钟等）的引脚之外，每个功能引脚都需要一个 IOMUX单元来配合才行。

二、GPIO外设（GPIO）

RT1062芯片有5个GPIO外设，分别为GPIO1-5，每个GPIO外设可以控制32个GPIO引脚。

每个GPIO外设的框图如下，主要有8个寄存器：

1. 设置 GPIO 引脚方向

通过配置 GPIO 方向寄存器 GDIR（GPIO Direction register） 来设置GPIO引脚的方向：

GDIR寄存器中的32位对应该GPIO外设的32个引脚，置0为输入，置1为输出：

2. 读取/写入 GPIO 数据寄存器

GPIO引脚的电平数据存放在 GPIO数据寄存器 DR （Data Register）中：

三、外设时钟使能

i.MX RT1062的时钟管理单元为CCM（Clock Controller Module），为了保持低功耗，每个外设的时钟是独立且失能的。

本实验中使用了 IOMUXC 和 GPIO1 两个外设，需要使能这两个外设的时钟。

在参考手册 GPIO 章节的 Clock 小节说明了 GPIO 的时钟源：

在参考手册 IOMUCX 章节的 Clock 小节说明了 IOMUCX 的时钟源：

在参考手册 CCM 章节可以看到（Table 18-3）GPIO1外设的时钟源和时钟增益使能寄存器：

查阅 CCM_CCGR1（CCM Clock Gating Register 1 ）寄存器描述

其中 CG13 位用来控制GPIO1外设的时钟：

那么，这两位的值应该设置为多少呢？参考手册中也已给出：

四、点亮LED

1. 基于SDK新建MDK工程

这里使用 NXP 官方提供的 MCUXpresso Config Tools，下载链接：。

修改LED使用的GPIO引脚

查看时钟配置：

点击【更新源代码】，修改引脚会更新文件pin_mux.h和pin_mux.c：

2. 修改MDK工程

打开生成的keil工程：

修改LED引脚定义：

3. 调试

编译，点击调试，全速运行，可以看到 LED 闪烁。

4. 代码分析

该实验的核心逻辑都在 source 文件夹中的 gpio_led_output.c 文件中。

4.1. 通用逻辑

在main函数中，首先完成了IOMUX、时钟的初始化，这两个都可以使用Config Tool 工具来配置生成文件，并初始化了MPU、以及一个自带的组件Debug_console，方便在工程中使用 PRINTF 函数来打印，默认调试串口是LPUART1。

4.2. GPIO操作API

针对GPIO外设，FSL库提供对应的库函数，在fsl_gpio.h和fsl_gpio.c中。

（1）初始化结构体

/*! @brief GPIO Init structure definition. */
typedef struct _gpio_pin_config
{
    gpio_pin_direction_t direction; /*!< Specifies the pin direction. */
    uint8_t outputLogic;            /*!< Set a default output logic, which has no use in input */
    gpio_interrupt_mode_t
        interruptMode; /*!< Specifies the pin interrupt mode, a value of @ref gpio_interrupt_mode_t. */
} gpio_pin_config_t;

成员 direction 用来指明引脚方向：

/*! @brief GPIO direction definition. */
typedef enum _gpio_pin_direction
{
    kGPIO_DigitalInput  = 0U, /*!< Set current pin as digital input.*/
    kGPIO_DigitalOutput = 1U, /*!< Set current pin as digital output.*/
} gpio_pin_direction_t;

成员 outputLogic 用来设置默认输出逻辑，设为0即可。

成员 interruptMode 用来设置引脚中断模式：

/*! @brief GPIO interrupt mode definition. */
typedef enum _gpio_interrupt_mode
{
    kGPIO_NoIntmode              = 0U, /*!< Set current pin general IO functionality.*/
    kGPIO_IntLowLevel            = 1U, /*!< Set current pin interrupt is low-level sensitive.*/
    kGPIO_IntHighLevel           = 2U, /*!< Set current pin interrupt is high-level sensitive.*/
    kGPIO_IntRisingEdge          = 3U, /*!< Set current pin interrupt is rising-edge sensitive.*/
    kGPIO_IntFallingEdge         = 4U, /*!< Set current pin interrupt is falling-edge sensitive.*/
    kGPIO_IntRisingOrFallingEdge = 5U, /*!< Enable the edge select bit to override the ICR register's configuration.*/
} gpio_interrupt_mode_t;

（2）初始化函数

初始化结构体创建完成后，调用FSL库API初始化底层寄存器：

/*!
 * brief Initializes the GPIO peripheral according to the specified
 *        parameters in the initConfig.
 *
 * param base GPIO base pointer.
 * param pin Specifies the pin number
 * param initConfig pointer to a ref gpio_pin_config_t structure that
 *        contains the configuration information.
 */
void GPIO_PinInit(GPIO_Type *base, uint32_t pin, const gpio_pin_config_t *Config)

第一个参数用来指定GPIO外设基地址，这种参数都定义在芯片头文件 MIMXRT1062.h 中：

/* GPIO - Peripheral instance base addresses */
/** Peripheral GPIO3 base address */
#define GPIO3_BASE                               (0x401C0000u)
/** Peripheral GPIO3 base pointer */
#define GPIO3                                    ((GPIO_Type *)GPIO3_BASE)

第二个参数用来指定 GPIO 外设的具体某个引脚，直接使用数字即可。

第三个参数当然就是上一步创建的初始化结构体啦！

（3）GPIO操作函数

GPIO引脚初始化完成之后，使用如下的API来操作引脚电平：

/*!
 * brief Sets the output level of the individual GPIO pin to logic 1 or 0.
 *
 * param base GPIO base pointer.
 * param pin GPIO port pin number.
 * param output GPIOpin output logic level.
 *        - 0: corresponding pin output low-logic level.
 *        - 1: corresponding pin output high-logic level.
 */
void GPIO_PinWrite(GPIO_Type *base, uint32_t pin, uint8_t output)

前两个参数用来指明某个GPIO的某个引脚，第三个参数是输出值：0对应低电平、1对应高电平。

至此，代码就分析完毕啦~