【轮式平衡机器人】——TMS320F28069片内外设之GPIO

引入

接下来的几期博客会介绍轮式平衡机器人TMS320F28069片内外设，了解片内外设的基本原理，内容较为基础，都是些简单的simulink模型，旨在将复杂的原理过渡到simulink软件应用。足够了解的博友可跳过。

后续还将会结合MATLAB/Simulink实现TMS320F28069外设的模型搭建实验环境和自动代码生成。

一、GPIO基本介绍

TMS320F28069有54个GPIO，对应芯片输出的54个引脚，分为A、B两组——A组包括GPIO0~GPIO31，B组包括GPIO32~GPIO58（除了GPIO45~GPIO49），且每个引脚都有自己的复用功能。

4种基本配置：

1. 通用I/O口用GPxDIR配置I/O口方向（1为输出，0为输入）；
2. 复用功能用GPxMUXn配置；
3. GPxPUD用于配置I/O口上拉功能（0为使能上拉）；
4. 量化寄存器GPxQSEL可对输入信号进行量化限制，以消除数字量I/O引脚噪声干扰。

4种读写操作（写0时均无效）：

1. GPxDAT寄存器独立读/写I/O口信号；
2. GPxSET寄存器写1对I/O口进行置位操作；
3. GPxCLEAR寄存器写1对I/O进行清零操作；
4. GPxTOOGLE寄存器写1对I/O口进行电平翻转操作；

二、GPIO实验（Simulink平台）

1、Simulink基本模型参数配置

首先对模型进行配置，选择模型适应参数后即可生成可读性较强的C语言代码。后续实验模型基本配置都可参考此处！

①求解器类型必须选择固定步长（Fixed step），此模型提供多种算法且没有连续状态。固定步长（基础采样时间）根据实际情况而定，在简单的嵌入式代码生成时没有实际作用，可保持默认auto，单位为秒，也可设置为0.005s，相当于定时器0的中断时间间隔；但是若是针对目标芯片定制的代码生成过程中，会将该步长作为芯片外设或内核中定时器的中断周期。

②将“诊断”下的“数据有效性”中的“多任务数据存储”设置为“无”（none）。

③配置选择相关硬件，配置时钟。外部晶振默认为10MHz，这里将系统时钟配置为最高90MHz，低速时钟外设设置为SYSCLKOUT/4分频。其他外设模块按自己需要设置。

④配置自动代码生成和报告相关的参数。模型Web视图使得生成的代码可以进行模型与代码之间相互的跟踪。

2、GPIO_OUTPUT控制LED灯

控制目标是当计数值大于或等于200时，即大概0.005x200=1s时，GPIO31置1，另外1s置0，实现一个一亮一灭的效果。

搜索counter limited模块，上限设置为400。

搜索compare to constant模块，设置>=200。

根据芯片系列搜索C2806x GPIO_OUTPUT模块，并配置端口为GPIO31，toogle表示电平翻转。

整体实验模型：

点击HARDWARE下的编译，即可生成C代码和代码生成报告：

代码生成报告很全，也可在模型参数配置的代码生成中选择只生成代码！

主函数示例如下：

#include "robot.h"
#include "rtwtypes.h"
#include "MW_target_hardware_resources.h"
 
volatile int IsrOverrun = 0;
static boolean_T OverrunFlag = 0;
void rt_OneStep(void)
{
  /* Check for overrun. Protect OverrunFlag against preemption */
  if (OverrunFlag++) {
    IsrOverrun = 1;
    OverrunFlag--;
    return;
  }
 
  enableTimer0Interrupt();
  robot_step();
 
  /* Get model outputs here */
  disableTimer0Interrupt();
  OverrunFlag--;
}
 
volatile boolean_T stopRequested;
volatile boolean_T runModel;
int main(void)
{
  float modelBaseRate = 0.005;
  float systemClock = 90;
 
  /* Initialize variables */
  stopRequested = false;
  runModel = false;
  c2000_flash_init();
  init_board();
 
#if defined(MW_EXEC_PROFILER_ON) || (defined(MW_EXTMODE_RUNNING) && !defined(XCP_TIMESTAMP_BASED_ON_SIMULATION_TIME))
 
  hardwareTimer1Init();
 
#endif
 
  ;
  bootloaderInit();
  rtmSetErrorStatus(robot_M, 0);
  robot_initialize();
  globalInterruptDisable();
  configureTimer0(modelBaseRate, systemClock);
  runModel = rtmGetErrorStatus(robot_M) == (NULL);
  enableTimer0Interrupt();
  globalInterruptEnable();
  while (runModel) {
    stopRequested = !(rtmGetErrorStatus(robot_M) == (NULL));
  }
 
  /* Terminate model */
  robot_terminate();
  globalInterruptDisable();
  return 0;
}
 
/*
 * File trailer for generated code.
 *
 * [EOF]
 */

3、GPIO_INPUT扫描_NORMAL模式

GPIO_INPUT扫描_NORMAL模式是一种常见的GPIO（General-Purpose Input/Output）配置模式，用于微控制器或其他嵌入式系统中的GPIO引脚。在这种模式下，GPIO引脚被配置为输入模式后，微控制器将不断地（周期）扫描这些引脚，检查是否有外部信号的输入。当检测到外部信号时，微控制器可以读取该引脚的电平状态（高电平或低电平），并根据需要进行处理。

这种模式通常用于读取传感器、开关或其他外部硬件设备的状态，以便在微控制器中进行进一步的处理或控制。例如，在智能家居系统中，GPIO_INPUT扫描_NORMAL模式可以用于读取门窗传感器、人体传感器等设备的状态，以实现自动化的家居控制功能。

这里简单举例：用扫描按键的方式控制LED灯。按键输入接口在GPIO42，LED灯接在GPIO25。

首先需要配置GPIO的PUD（上拉禁止寄存器）使能GPIO42电平上拉，这样没按下时该端口保持高电平1，LED灭；按键按下时检测到低电平0，LED灯亮。

4、GPIO_INPUT扫描_EXTERNAL模式

还是按键控制LED灯但这次用的INPUT模式不同！

使用External模式可极大方便对数据的观测！GPIO_INPUT扫描_NORMAL模式和GPIO_INPUT扫描_EXTERNAL模式在功能和使用场景上有所不同。GPIO_INPUT扫描_NORMAL模式主要用于周期性读取输入信号，而GPIO_INPUT扫描_EXTERNAL模式则专为实时检测外部事件设计。根据实际应用的需求选择合适的模式可以提高性能和效率。

Simulink的External模式默认使用的是SCIA，波特率为115200b/s，并且默认复用I/O口是GPIO28、GPIO29，对应开发板上的SCIA接口是RXA、TXA。

所以在进行External模式操作时，通过一根USB转TTL通信线将USB的RX、TX分别接在F28069主控板的TXA、RXA引脚。注意USB和F28069的控制板要共地，同时不能将线序接反，否则Simulink无法通过SCI转USB与DSP进行通信。

首先需要在模型配置时对外部模式进行设置，在“硬件实现”中往下翻找到“External mode”，将Communication interface设置为串口通信Serial。

然后在自己电脑的“设备管理器”中找到串行通信的COM口，输入到Seial port中，这里因为未使用硬件实际插入，显示“未检测到串口No serial port detected”（明白流程即可）。

模型还是一致，其他略。

5、GPIO_INPUT中断控制LED灯

上面都属于将GPIO配置为通用I/O数字量输出，也可以将其配置为外部中断实现控制目的。如将按键配置成外部中断，在中断中执行参数或模式的修改，比常用的按键扫描方式节省资源（“硬件外设资源”替代“软件资源”）。

在simulink中搭建模型，利用“system initiize”模块对中断进行GPIO初始化配置，配置GPIO42为外部中断触发源，并将中断配置为下降沿触发（对应外部中断3）。

搜索“C28x Hardware Interrupt”模块进行硬件中断配置，中断号CPU12，PIE-1对应外部中断XINT3，任务优先级默认，Preemption输入1表示中断可以被抢占，0表示不可以。

利用“subsystem”模块建立Trigger子系统（LED灯控制模型）。在中断函数中分别进行对应的LED翻转，按键（GPIO42）对应LED1灯（GPIO31）、LED2灯（GPIO25）。仿真步长0.05s

最后的模型如下，还是与之前一样点击“HARDWARE”下的“编译”生成代码后将代码拷进开发板，可以发现：按下一次按键，对应的LED灯电平便翻转一次。

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