第十二章 跑马灯实验

       本章将通过一个经典的跑马灯程序，带大家开启STM32H7R7之旅。通过本章的学习，我们将了解到STM32H7R7的IO口作为输出使用的方法。我们将通过代码控制开发板上的LED灯：LED0、LED1交替闪烁，实现类似跑马灯的效果。

       本章分为如下4个小节：

       12.1 STM32H7 GPIO简介

       12.2 硬件设计

       12.3 程序设计

       12.4 下载验证

        12.1 STM32H7R7 GPIO简介

       GPIO是控制或者采集外部器件的信息的外设，既负责输入输出。它按组分配，每组16个IO口，组数视芯片而定。STM32H7R7L8H6H芯片的IO口总共有225个，底板上总共引出了152个IO，剩下的73个IO主要用在在晶振、RGBLCD等常用外设上面，不太适合再引出来做其他用。

       这里重点说一下STM32H7R7的IO电平兼容性问题，STM32H7R7的绝大部分IO口，都兼容5V，至于到底哪些是兼容5V的，请看STM32H7R7L8H6H.pdf数据手册（注意是数据手册，不是中文参考手册），见表: Table 6. Legend/abbreviations used in the pinout table，凡是有FT标志的，都是兼容5V电平的IO口，可以直接接5V的外设（注意：如果引脚设置的是模拟输入模式，则不能接5V！)，凡是不是FT标志的，大家就不要接5V了，否则可能烧坏MCU。对 Table 18符号的描述如下：

表12.1.1 IO口属性缩写符号表

       12.1.1 GPIO功能模式

       GPIO有八种工作模式，分别是：

       1、输入浮空

       2、输入上拉

       3、输入下拉

       4、模拟

       5、开漏输出

       6、推挽输出

       7、开漏式复用功能

       8、推挽式复用功能

       12.1.2 GPIO基本结构分析

       我们知道了GPIO有八种工作模式，具体这些模式是怎么实现的？下面我们通过GPIO的基本结构图来分别进行详细分析，先看看总的框图，如图12.1.2.1 所示：

图12.1.2.1 GPIO的基本结构图

       如上图所示，可以看到右边只有I/O引脚，这个I/O引脚就是我们可以看到的芯片实物的引脚，其他部分都是GPIO的内部结构。

       ① 保护二极管

       保护二极管共有两个，用于保护引脚外部过高或过低的电压输入。当引脚输入电压高于VDD时，上面的二极管导通，当引脚输入电压低于VSS时，下面的二极管导通，从而使输入芯片内部的电压处于比较稳定的值。虽然有二极管的保护，但这样的保护却很有限，大电压大电流的接入很容易烧坏芯片。所以在实际的设计中我们要考虑设计引脚的保护电路。

       ② 上拉、下拉电阻

       它们阻值大概在30~50K欧之间，可以通过上、下两个对应的开关控制，这两个开关由寄存器控制。当引脚外部的器件没有干扰引脚的电压时，即没有外部的上、下拉电压，引脚的电平由引脚内部上、下拉决定，开启内部上拉电阻工作，引脚电平为高，开启内部下拉电阻工作，则引脚电平为低。同样，如果内部上、下拉电阻都不开启，这种情况就是我们所说的浮空模式。浮空模式下，引脚的电平是不可确定的。引脚的电平可以由外部的上、下拉电平决定。需要注意的是，STM32的内部上拉是一种“弱上拉”，这样的上拉电流很弱，如果有要求大电流还是得外部上拉。

       ③ 施密特触发器

       对于标准施密特触发器，当输入电压高于正向阈值电压，输出为高；当输入电压低于负向阈值电压，输出为低；当输入在正负向阈值电压之间，输出不改变，也就是说输出由高电准位翻转为低电准位，或是由低电准位翻转为高电准位对应的阈值电压是不同的。只有当输入电压发生足够的变化时，输出才会变化，因此将这种元件命名为触发器。这种双阈值动作被称为迟滞现象，表明施密特触发器有记忆性。从本质上来说，施密特触发器是一种双稳态多谐振荡器。

       施密特触发器可作为波形整形电路，能将模拟信号波形整形为数字电路能够处理的方波波形，而且由于施密特触发器具有滞回特性，所以可用于抗干扰，其应用包括在开回路配置中用于抗扰，以及在闭回路正回授/负回授配置中用于实现多谐振荡器。

       下面看看比较器跟施密特触发器的作用的比较，就清楚的知道施密特触发器对外部输入信号具有一定抗干扰能力，如图12.1.2.2所示：

图12.1.2.2 比较器的（A）和施密特触发器（B）作用比较

       ④ P-MOS管和N-MOS管

       这个结构控制GPIO的开漏输出和推挽输出两种模式。开漏输出：输出端相当于三极管的集电极，要得到高电平状态需要上拉电阻才行。推挽输出：这两只对称的MOS管每次只有一只导通，所以导通损耗小、效率高。输出既可以向负载灌电流，也可以从负载拉电流。推拉式输出既能提高电路的负载能力，又能提高开关速度。

       上面我们对GPIO的基本结构图中的关键器件做了介绍，下面分别介绍GPIO八种工作模式对应结构图的工作情况。

       l 1、输入浮空

       输入浮空模式：上拉/下拉电阻为断开状态，施密特触发器打开，输出被禁止。输入浮空模式下，IO口的电平完全是由外部电路决定。如果IO引脚没有连接其他的设备，那么检测其输入电平是不确定的。该模式可以用于按键检测，RX1等。

图12.1.2.3 输入浮空模式

       l 2、输入上拉

       输入上拉模式：上拉电阻导通，施密特触发器打开，输出被禁止。在需要外部上拉电阻的时候，可以使用内部上拉电阻，这样可以节省一个外部电阻，但是内部上拉电阻的阻值较大，所以只是“弱上拉”，不适合做电流型驱动。

图12.1.2.4 输入上拉模式

       l 3、输入下拉

       输入下拉模式：下拉电阻导通，施密特触发器打开，输出被禁止。在需要外部下拉电阻的时候，可以使用内部下拉电阻，这样可以节省一个外部电阻，但是内部下拉电阻的阻值较大，所以不适合做电流型驱动。

图12.1.2.5 输入下拉模式

       l 4、模拟功能

       模拟功能：上下拉电阻断开，施密特触发器关闭，双MOS管也关闭。该模式用于ADC采集或者DAC输出，或者低功耗下省电。

图12.1.2.6 模拟功能

       l 5、开漏输出

       开漏输出模式：STM32的开漏输出模式是数字电路输出的一种，从结果上看它只能输出低电平Vss或者高阻态。根据《STM32H7Rx参考手册_V6（英文版）.pdf》第577页关于“GPIO输出配置”的描述，我们可以推知开漏模式下输出电路大致是这样工作的：

       l P-MOS被“输出控制”控制在截止状态，因此IO的状态取决于N-MOS的导通状况。

       l 只有N-MOS还受控制于输出寄存器，“输出控制器”对输入信号进行了逻辑非的操作。

       l IO到输入电路的采样电路仍被打开，且可以选择是否使用上下拉电阻。 

       根据参考手册的描述，我们替换了“输出控制”部分，作出了如图12.1.2.7的开漏模式下的简化等效图，图中①的输入对应的②的输出是我们最关心的开漏输出的结果。简化后的图12.1.2.7能更好地表示开漏输出模式的输出关系。

       开漏输出的具体的理解描述如下： 

       开漏模式下，P-MOS管是一直截止的，所以P-MOS管的栅极一直接VSS。如果输出数据寄存器设置为0时，经过“输出控制”的逻辑非操作后，输出逻辑1到N-MOS管的栅极，这时N-MOS管就会导通，使得I/O引脚接到VSS，即输出低电平。

       如果输出数据寄存器设置为1时，经过“输出控制器”的逻辑非操作后，输出逻辑0到N-MOS管的栅极，这时N-MOS管就会截止。因为P-MOS管是一直截止的，使得I/O引脚呈现高阻态，即不输出低电平，也不输出高电平。因此要I/O引脚输出高电平就必须接上拉电阻。这时可以接内部上拉电阻，或者接一个外部上拉电阻。由于内部上拉电阻的阻值较大，所以只是“弱上拉”。需要大电流驱动，请接外部的上拉电阻。此外，上拉电阻具有线与特性，即如果有很多开漏模式的引脚连在一起的时候，只有当所有引脚都输出高阻态，电平才为1，只要有其中一个为低电平时，就等于接地，使得整条线路都为低电平0。我们的IIC通信（IIC_SDA）就用到这个原理。

       另外在开漏输出模式下，施密特触发器是打开的，所以IO口引脚的电平状态会被采集到输入数据寄存器中，如果对输入数据寄存器进行读访问可以得到IO口的状态。也就是说开漏输出模式下，我们可以对IO口进行读数据。

图12.1.2.7 开漏输出模式

       l 6、推挽输出

       推挽输出模式：STM32的推挽输出模式，从结果上看它会输出低电平VSS或者高电平VDD。推挽输出跟开漏输出不同的是，推挽输出模式P-MOS管和N-MOS管都用上。同样地，我们根据参考手册推挽模式下的输出描述，列出等效原理如图12.1.2.8所示，根据手册描述可以把“输出控制”简单地等效为一个非门。

       推挽输出的具体的理解描述如下：

       如果输出数据寄存器设置为0时，经过“输出控制”的逻辑非操作后，输出逻辑1到P-MOS管的栅极，这时P-MOS管就会截止，同时也会输出逻辑1到N-MOS管的栅极，这时N-MOS管就会导通，使得I/O引脚接到VSS，即输出低电平。

       如果输出数据寄存器设置为1时，经过“输出控制”的逻辑非操作后，输出逻辑0到N-MOS管的栅极，这时N-MOS管就会截止，同时也会输出逻辑0到P-MOS管的栅极，这时P-MOS管就会导通，使得I/O引脚接到VDD，即输出高电平。

       上面的描述可以知道，推挽输出模式下，P-MOS管和N-MOS管同一时间只能有一个MOS管是导通的。当引脚高低电平切换时，两个管子轮流导通，一个负责灌电流，一个负责拉电流，使其负载能力和开关速度都有很大的提高。

       另外在推挽输出模式下，施密特触发器也是打开的，我们可以读取IO口的电平状态。

       由于推挽输出模式输出高电平时，是直接连接VDD ，所以驱动能力较强，可以做电流型驱动，驱动电流最大可达25mA。该模式也是最常用的输出模式。

图12.1.2.8 推挽输出模式

       l 7、开漏式复用功能

       开漏式复用功能：一个IO口可以是通用的IO口功能，还可以是其他外设的特殊功能引脚，这就是IO口的复用功能。一个IO口可以是多个外设的功能引脚，我们需要选择作为其中一个外设的功能引脚。当选择复用功能时，引脚的状态是由对应的外设控制，而不是输出数据寄存器。除了复用功能外，其他的结构分析请参考开漏输出模式。

       另外在开漏式复用功能模式下，施密特触发器也是打开的，我们可以读取IO口的电平状态，同时外设可以读取IO口的信息。

图12.1.2.9 开漏式复用功能

       l 8、推挽式复用功能

       推挽式复用功能：复用功能介绍请查看开漏式复用功能，结构分析请参考推挽输出模式，这里不再赘述。

图12.1.2.10 推挽式复用功能

       12.1.3 GPIO寄存器介绍

       STM32H7R7每组（这里是A~G，M~P）通用GPIO口有11个32位寄存器控制，包括 ：

       4 个 32 位配置寄存器（MODER、OTYPER、OSPEEDR 和 PUPDR）

       2 个 32 位数据寄存器（IDR 和 ODR）

       1 个 32 位置位/复位寄存器 (BSRR)

       1 个 32 位锁定寄存器 (LCKR)

       2 个 32 位复用功能选择寄存器（AFRH 和 AFRL）

       1个32位复位寄存器（BRR）

       下面我们将带大家理解本章用到的寄存器，没有介绍到的寄存器后面用到会继续介绍。这里主要是带大家学会怎么理解这些寄存器的方法，其他寄存器理解方法是一样的。因为寄存器太多不可能一个个列出来讲，以后基本就是只会把重要的寄存器拿出来讲述，希望大家尽快培养自己学会看手册的能力。下面先看GPIO的4个32位配置寄存器：

       l GPIO端口模式寄存器 (GPIOx_MODER) (x =A..G，M..P)

       该寄存器是GPIO口模式控制寄存器，用于控制GPIOx（STM32H7R7最多有11组IO，用大写字母表示，即x=A/B/C/D/E/F/G/M/N/O/P，下同）的工作模式，寄存器描述如图12.1.3.1所示：

图12.1.3.1 MODER寄存器描述

       每组GPIO下有16个IO口，该寄存器共32位，每2个位控制1个IO。我们看看这个寄存器的复位值，然后用复位值举例说明一下这样的配置值代表什么意思。比如GPIOA的复位值是0xABFF FFFF，低16位都是1，也就是PA0~PA7默认都是模拟模式。高16位的值是0xABFF，也就是PA8~PA12默认是模拟模式，PA13\PA14\PA15则默认是复用功能模式。而GPIOB的复位值是0xFFFF FEBF，只有PB3默认是复用功能模式，其他默认都是模拟模式。这四个默认是复用功能模式的IO口都是JTAG功能对应的IO口。

       l GPIO端口输出类型寄存器 (GPIOx_OTYPER) (x =A..G，M..P)

       该寄存器用于控制GPIOx的输出类型，寄存器描述如图12.1.3.2所示：

图12.1.3.2 GPIOx OTYPER寄存器描述

       该寄存器仅用于输出模式，在输入模式（MODER[1:0]=00/11时）下不起作用。该寄存器低16位有效，每一个位控制一个IO口，复位后，该寄存器值均为0，也就是在输出模式下IO口默认为推挽输出。

       l GPIO端口输出速度寄存器 (GPIOx_OSPEEDR) (x =A..G，M..P)

       该寄存器用于控制GPIOx的输出速度，寄存器描述如图12.1.3.3所示：

图12.1.3.3 GPIOx OSPEEDR寄存器描述

       该寄存器仅用于输出模式，在输入模式（MODER[1:0]=00/11时）下不起作用。该寄存器每两个位控制一个IO口。

       l GPIO端口上拉/下拉寄存器 (GPIOx_PUPDR) (x =A..G，M..P)

       该寄存器用于控制GPIOx的上拉/下拉，寄存器描述如图12.1.3.4所示：

图12.1.3.4 GPIOx PUPDR寄存器描述

       该寄存器每两个位控制一个IO口，用于设置上下拉，复位后，该寄存器值一般为0，即无上拉或下拉。

       上面这4个配置寄存器就是用来配置GPIO的相关模式和状态，它们通过不同的配置组合方法，就决定我们所说的8种工作模式。下面，我们来列表阐述，如表12.1.3.1所示：

表12.1.3.1 4个配置寄存器组合下的8种工作模式

       因为本章需要GPIO作为输出口使用，所以我们再来看看端口输出数据寄存器。

       l 端口输出数据寄存器（ODR）

       该寄存器用于控制GPIOx的输出高电平或者低电平，寄存器描述如图12.1.3.5所示：

图12.1.3.5 GPIOx ODR寄存器描述

       该寄存器低16位有效，分别对应每一组GPIO的16个引脚。当CPU写访问该寄存器，如果对应的某位写0(ODRy=0)，则表示设置该IO口输出的是低电平，如果写1(ODRy=1)，则表示设置该IO口输出的是高电平，y=0~15。

       l 端口置位/复位寄存器（BSRR）

       该寄存器也用于控制GPIOx的输出高电平或者低电平，寄存器描述如图12.1.3.6所示：

图12.1.3.6 GPIOx BSRR寄存器描述

       为什么有了ODR寄存器，还要这个BSRR寄存器呢？我们先看看BSRR的寄存器描述，首先BSRR是只写权限，而ODR是可读可写权限。BSRR寄存器32位有效，对于低16位（0-15），我们往相应的位写1(BSy=1)，那么对应的IO口会输出高电平，往相应的位写0(BSy=0)，对IO口没有任何影响，高16位（16-31）作用刚好相反，对相应的位写1(BRy=1)会输出低电平，写0(BRy=0)没有任何影响，y=0~15。

       也就是说，对于BSRR寄存器，你写0的话，对IO口电平是没有任何影响的。我们要设置某个IO口电平，只需要相关位设置为1即可。而ODR寄存器，我们要设置某个IO口电平，我们首先需要读出来ODR寄存器的值，然后对整个ODR寄存器重新赋值来达到设置某个或者某些IO口的目的，而BSRR寄存器，我们就不需要先读，而是直接设置即可，这在多任务实时操作系统中作用很大。BSRR寄存器还有一个好处，就是BSRR寄存器改变引脚状态的时候，不会被中断打断，而ODR寄存器有被中断打断的风险。

        12.2 硬件设计

       1. 例程功能

       LED灯：LED0和LED1每过500ms一次交替闪烁，实现类似跑马灯的效果。

       2. 硬件资源

       1）LED灯

              LED0– PD14

              LED1– PC0

       3. 原理图

       本章用到的硬件用到LED灯：LED0和LED1。电路在开发板上已经连接好，所以在硬件上不需要动任何东西，直接下载代码就可以测试使用。其连接原理图如图12.2.1所示：

图12.2.1 LED与STM32H7R7连接原理图

        12.3 程序设计

       了解了GPIO的结构原理和寄存器，还有我们的实验功能，下面开始设计程序。

       12.3.1 GPIO的HAL库驱动分析

       HAL库中关于GPIO的驱动程序在stm32h7rsxx_hal_gpio.c文件以及其对应的头文件。

       1. HAL_GPIO_Init函数

       要使用一个外设我们首先要对它进行初始化，所以我们先看外设GPIO的初始化函数。其声明如下：

void  HAL_GPIO_Init(GPIO_TypeDef  *GPIOx, GPIO_InitTypeDef *GPIO_Init);

       l 函数描述：

       用于配置GPIO功能模式，还可以设置EXTI功能。

       l 函数形参：

       形参1是端口号，可以有以下的选择：

#define GPIOA               ((GPIO_TypeDef *) GPIOA_BASE)
#define GPIOB               ((GPIO_TypeDef *) GPIOB_BASE)
#define GPIOC               ((GPIO_TypeDef *) GPIOC_BASE)
#define GPIOD               ((GPIO_TypeDef *) GPIOD_BASE)
#define GPIOE               ((GPIO_TypeDef *) GPIOE_BASE)
#define GPIOF               ((GPIO_TypeDef *) GPIOF_BASE)
#define GPIOG               ((GPIO_TypeDef *) GPIOG_BASE)
#define GPIOM               ((GPIO_TypeDef *) GPIOM_BASE)
#define GPION               ((GPIO_TypeDef *) GPION_BASE)
#define GPIOO               ((GPIO_TypeDef *) GPIOO_BASE)
#define GPIOP               ((GPIO_TypeDef *) GPIOP_BASE)

       形参2是GPIO_InitTypeDef类型的结构体指针变量，其定义如下：

typedef struct
{
  uint32_t Pin;        /* 引脚号 */
  uint32_t Mode;       /* 模式设置 */
  uint32_t Pull;       /* 上拉下拉设置 */
  uint32_t Speed;      /* 速度设置 */
  uint32_t Alternate;  /* 复用映射配置 */ 
} GPIO_InitTypeDef;

       该结构体很重要，下面对每个成员介绍一下。

       成员Pin表示引脚号，范围：GPIO_PIN_0到 GPIO_PIN_15，另外还有GPIO_PIN_All和GPIO_PIN_MASK可选。

       成员Mode是GPIO的模式选择，有以下选择项：

#define  GPIO_MODE_INPUT             MODE_INPUT               /* 输入模式 */
#define  GPIO_MODE_OUTPUT_PP        (MODE_OUTPUT | OUTPUT_PP) /* 推挽输出 */
#define  GPIO_MODE_OUTPUT_OD        (MODE_OUTPUT | OUTPUT_OD) /* 开漏输出 */
#define  GPIO_MODE_AF_PP            (MODE_AF | OUTPUT_PP)     /* 推挽式复用 */
#define  GPIO_MODE_AF_OD            (MODE_AF | OUTPUT_OD)     /* 开漏式复用 */
 
#define  GPIO_MODE_ANALOG            MODE_ANALOG             /* 模拟模式 */
/* 外部中断，上升沿触发检测*/
#define  GPIO_MODE_IT_RISING         (MODE_INPUT | EXTI_IT | TRIGGER_RISING)
/* 外部中断，下降沿触发检测*/
#define  GPIO_MODE_IT_FALLING        (MODE_INPUT | EXTI_IT | TRIGGER_FALLING)
/* 外部中断，上升和下降双沿触发检测 */
#define  GPIO_MODE_IT_RISING_FALLING (MODE_INPUT | EXTI_IT | TRIGGER_RISING |                TRIGGER_FALLING)  
/* 外部事件，上升沿触发检测 */
#define  GPIO_MODE_EVT_RISING        (MODE_INPUT | EXTI_EVT | TRIGGER_RISING) /* 外部事件，下降沿触发检测 */
#define  GPIO_MODE_EVT_FALLING       (MODE_INPUT | EXTI_EVT | TRIGGER_FALLING)    /* 外部事件，上升和下降双沿触发检测 */
#define  GPIO_MODE_EVT_RISING_FALLING (MODE_INPUT | EXTI_EVT | TRIGGER_RISING |
 TRIGGER_FALLING)

       成员Pull用于配置上下拉电阻，有以下选择项：

#define  GPIO_NOPULL        (0x00000000U)    /* 无上下拉 */
#define  GPIO_PULLUP        (0x00000001U)    /* 上拉 */
#define  GPIO_PULLDOWN      (0x00000002U)   /* 下拉 */

       成员Speed用于配置GPIO的速度，有以下选择项： 

#define  GPIO_SPEED_FREQ_LOW         (0x00000000U)   /* 低速 */
#define  GPIO_SPEED_FREQ_MEDIUM      (0x00000001U)   /* 中速 */
#define  GPIO_SPEED_FREQ_HIGH        (0x00000002U)   /* 快速 */
#define  GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH   (0x00000003U)   /* 高速 */

       成员Alternate用于配置具体的复用功能，不同的GPIO口可以复用的功能不同，具体可参考数据手册《STM32H7R7L8H6H.pdf》。复用功能的选择在stm32h7rsxx_hal_gpio_ex.h文件里进行了定义，后面具体用到了，我们在进行讲解。

       l 函数返回值：

       无

       l 注意事项：

       HAL库的EXTI外部中断的设置功能整合到此函数里面，而不是单独独立一个文件。这个我们到外部中断实验再细讲。

       2. HAL_GPIO_WritePin函数

       HAL_GPIO_WritePin函数是GPIO口的写引脚函数。其声明如下：

void HAL_GPIO_WritePin(GPIO_TypeDef *GPIOx, 
uint16_t GPIO_Pin, GPIO_PinState PinState);

       l 函数描述：

       用于设置引脚输出高电平或者低电平，通过BSRR寄存器复位或者置位操作。

       l 函数形参：

       形参1是端口号，可以选择范围：GPIOA~GPIOK。

       形参2是引脚号，可以选择范围：GPIO_PIN_0到 GPIO_PIN_15。

       形参3是要设置输出的状态，是枚举型有两个选择：GPIO_PIN_SET 表示高电平，GPIO_PIN_RESET表示低电平。

       l 函数返回值：

       无

       3. HAL_GPIO_TogglePin函数

       HAL_GPIO_TogglePin函数是GPIO口的电平翻转函数。其声明如下：

void HAL_GPIO_TogglePin(GPIO_TypeDef *GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);

       l 函数描述：

       用于设置引脚的电平翻转，也是通过BSRR寄存器复位或者置位操作。

       l 函数形参：

       形参1是端口号，可以选择范围：GPIOA~GPIOK。

       形参2是引脚号，可以选择范围：GPIO_PIN_0到 GPIO_PIN_15。

       l 函数返回值：

       无

       本实验我们用到上面三个函数，其他的API函数后面用到再进行讲解。

       GPIO输出配置步骤

       1）使能对应GPIO时钟

       STM32在使用任何外设之前，我们都要先使能其时钟（下同）。本实验用到PD14和PC0两个IO口，因此需要先使能GPIOD的时钟，代码如下:

__HAL_RCC_GPIOD_CLK_ENABLE();

       2）设置对应GPIO工作模式（推挽输出）

       本实验GPIO使用推挽输出模式，控制LED亮灭，通过函数HAL_GPIO_Init设置实现。

       3）控制GPIO引脚输出高低电平 

       在配置好GPIO工作模式后，我们就可以通过HAL_GPIO_WritePin函数控制GPIO引脚输出高低电平，从而控制LED的亮灭了。

       12.3.2 程序解析

       1. led驱动代码

       这里我们只讲解核心代码，详细的源码请大家参考光盘本实验对应源码。LED驱动源码包括两个文件：led.c和led.h（正点原子编写的外设驱动基本都是包含一个.c文件和一个.h文件，下同）。

       下面我们先解析led.h的程序，我们把它分两部分功能进行讲解。

       l LED灯引脚宏定义

       由硬件设计小节，我们知道LED灯在硬件上分别连接到PD14、PC0，再结合HAL库，我们做了下面的引脚定义。

/* LED0 引脚定义 */
#define LED0_GPIO_PORT           GPIOD
#define LED0_GPIO_PIN              GPIO_PIN_14
#define LED0_GPIO_CLK_ENABLE()     do{ __HAL_RCC_GPIOD_CLK_ENABLE(); }while(0)
/* LED1引脚定义 */
#define LED1_GPIO_PORT           GPIOC
#define LED1_GPIO_PIN              GPIO_PIN_0
#define LED1_GPIO_CLK_ENABLE()     do{ __HAL_RCC_GPIOC_CLK_ENABLE(); }while(0)

        这样的好处是进一步隔离底层函数操作，移植更加方便，函数命名更亲近实际的开发板。比如：当我们看到LED0_GPIO_PORT这个宏定义，我们就知道这是灯LED0的端口号；看到LED0_GPIO_PIN这个宏定义，就知道这是灯LED0的引脚号；看LED0_GPIO_CLK_ENABLE这个宏定义，就知道这是灯LED0的时钟使能函数。大家后面学习时间长了就会慢慢熟悉这样的命名方式。

       特别注意：这里的时钟使能函数宏定义，使用了do{ }while(0)结构，是为了避免在某些使用场景出错的问题（下同），详见《嵌入式单片机 C代码规范与风格》第六章第2点。

       __HAL_RCC_GPIOx_CLK_ENABLE函数是HAL库的IO口时钟使能函数，x=A到G，M到P。

       l LED灯操作函数宏定义

       为了后续对LED灯进行便捷的操作，我们为LED灯操作函数做了下面的定义：

/* LED端口操作定义 */
#define LED0(x)   do{ x ? \
             HAL_GPIO_WritePin(LED0_GPIO_PORT,LED0_GPIO_PIN, GPIO_PIN_SET) : \
             HAL_GPIO_WritePin(LED0_GPIO_PORT,LED0_GPIO_PIN, GPIO_PIN_RESET);\
                     }while(0)       /* LED0翻转 */
#define LED1(x)   do{ x ? \
             HAL_GPIO_WritePin(LED1_GPIO_PORT, LED1_GPIO_PIN, GPIO_PIN_SET) : \
             HAL_GPIO_WritePin(LED1_GPIO_PORT, LED1_GPIO_PIN, GPIO_PIN_RESET);\
                     }while(0)       /* LED1翻转 */
/* LED电平翻转定义 */
#define LED0_TOGGLE()    do{ HAL_GPIO_TogglePin(LED0_GPIO_PORT,
LED0_GPIO_PIN); }while(0)   /* LED0 = !LED0 */
#define LED1_TOGGLE()    do{ HAL_GPIO_TogglePin(LED1_GPIO_PORT,
LED1_GPIO_PIN); }while(0)   /* LED1 = !LED1 */

       LED0和LED1这两个宏定义，分别是控制LED0和LED1的亮灭。例如：对于宏定义标识符LED0(x)，它的值是通过条件运算符来确定：

       当x=0时，宏定义的值为HAL_GPIO_WritePin(LED0_GPIO_PORT, LED0_GPIO_PIN, GPIO_PIN_RESET)，也就是设置LED0_GPIO_PORT(PB1)输出低电平；

       当n!=0时，宏定义的值为HAL_GPIO_WritePin (LED0_GPIO_PORT, LED0_GPIO_PIN, GPIO_PIN_SET)，也就是设置LED0_GPIO_PORT(PB1)输出高电平。

       根据前述定义，如果要设置LED0输出低电平，那么调用宏定义LED0(0)即可，如果要设置LED0输出高电平，调用宏定义LED0(1)即可。宏定义LED1(x)同理。

       因为STM32H7R7不支持位带操作，所以这里我们并没有像F1/F4一样通过位带操作来实现IO口输出输入电平控制。

       LED0_TOGGLE和LED1_TOGGLE这两个宏定义，分别是控制LED0和LED1的翻转。这里利用HAL_GPIO_TogglePin函数实现IO口输出电平翻转操作。

       下面我们再解析led.c的程序，这里只有一个函数led_init，这是LED灯的初始化函数，其定义如下：

/**
 * @brief       初始化LED相关IO口, 并使能时钟
 * @param       无
 * @retval      无
 */
void led_init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef gpio_init_struct = {0};
    
    /* 使能GPIO端口时钟 */
    LED0_GPIO_CLK_ENABLE();
    LED1_GPIO_CLK_ENABLE();
    
    /* 配置LED0控制引脚 */
    gpio_init_struct.Pin = LED0_GPIO_PIN;
    gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
    gpio_init_struct.Pull = GPIO_PULLDOWN;
    gpio_init_struct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
    HAL_GPIO_Init(LED0_GPIO_PORT, &gpio_init_struct);
    
    /* 配置LED1控制引脚 */
    gpio_init_struct.Pin = LED1_GPIO_PIN;
    gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
    gpio_init_struct.Pull = GPIO_PULLDOWN;
    gpio_init_struct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
    HAL_GPIO_Init(LED1_GPIO_PORT, &gpio_init_struct);
    
    /* 关闭LED0、LED1 */
    LED0(1);
    LED1(1);
}

       对两个LED灯的引脚都设置为低速下拉的推挽输出。最后关闭LED灯的输出，防止没有操作就亮了。

       2. main.c代码

       在main.c里面编写如下代码：

int main(void)
{
    sys_mpu_config();                   /* 配置MPU */
    sys_cache_enable();                 /* 使能Cache */
    HAL_Init();                         /* 初始化HAL库 */
    sys_stm32_clock_init(300, 6, 2);    /* 配置时钟，600MHz */
    delay_init(600);                    /* 初始化延时 */
    usart_init(115200);                 /* 初始化串口 */
    led_init();                         /* 初始化LED */
    
    while (1)
    {
        LED0(0);        /* 开启LED0 */
        LED1(1);        /* 关闭LED1 */
        delay_ms(500);  /* 延时500毫秒 */
        LED0(1);        /* 关闭LED0 */
        LED1(0);        /* 开启LED1 */
        delay_ms(500);  /* 延时500毫秒 */
    }
}

       首先是调用系统级别的初始化：初始化 HAL库、系统时钟和延时函数。接下来，调用led_init来初始化LED灯。最后在无限循环里面实现LED0和LED1间隔500ms交替闪烁一次。

        12.4 下载验证

       我们先来看看编译结果，如图12.4.1所示。

图12.4.1 编译结果

       可以看到是0错误，0警告。从编译信息可以看出，我们的代码占用FLASH大小为：20160字节（19394+754+12），所用的SRAM大小为：4632个字节（12+4620）。这里我们解释一下，编译结果里面的几个数据的意义：

       Code：表示程序所占用FLASH的大小（FLASH）。

       RO-data：即Read Only-data，表示程序定义的常量（FLASH）。

       RW-data：即Read Write-data，表示已被初始化的变量（FLASH+SRAM）

       ZI-data：即Zero Init-data，表示未被初始化的变量(RAM)

       有了这个就可以知道你当前使用的flash和sram大小了，所以，一定要注意的是程序的大小不是.hex文件的大小，而是编译后的Code和RO-data之和。

       接下来，大家就可以下载验证了。这里我们使用DAP仿真器下载（也可以通过其他仿真器下载）。

       下载完之后，可以看到LED0和LED1交替亮。

       至此，我们的跑马灯实验的学习就结束了，本章介绍了STM32H7R7的IO口的使用及注意事项，是后面学习的基础，希望大家好好理解。