stm32之GPIO寄存器

1 背景

C51单片机在进行数据的输入输出时，是直接操作与外部引脚关联的内部寄存器，例如，当设置P2_1为0时，就是将外部引脚的P21引脚设置为低电平，当读取P2_1时，就是读取P21的电平。与之类似，stm32芯片内部也有很多用于输入输出的寄存器，这些寄存器也是用于操作外部引脚，但是比C51单片机复杂很多。

2 GPIO寄存器的类型

stm32的GPIO口以16位为一组，按照字母顺序分为PA、PB、PC等，PA包含PA0~PA15。

每组GPIO口需要通过多个寄存器进行读写操作：

• CRL、CRH：端口配置低寄存器和端口配置高寄存器
• IDR：输入数据寄存器
• ODR：输出数据寄存器
• BSRR：设置/清除寄存器
• BRR：位清除寄存器
• LCKR：锁定寄存器

2.1 端口配置寄存器

端口配置寄存器用于配置端口的模式，每个端口使用4位进行描述，总共需要64位，于是就用两个32位寄存器存储。

例如，对于GPIOA口，使用GPIOA_CRL和GPIOA_CRH两个32位寄存器进行模式的配置，其中PA0口使用GPIOA_CRL的低4位进行模式的设置，PA1使用GPIOA_CRL的从低到高的第4位到第7位（最低位索引为0）进行模式的设置，剩余端口依次类推。

4位配置的值以及含义：

当MODE1和MODE0都为0时，表示输入模式，然后根据CNF1和CNF0区分4种输入模式，否则，就是输出模式，然后根据CNF1和CNF0区分4种输出模式，并且，在输出模式下，MODE1和MODE0还可以表示输出速率。

输入数据寄存器和输出数据寄存器的含义比较明显：输入数据寄存器就是外部引脚通过内部电路转换为0和1后保存到寄存器中，输出数据寄存器则是通过内部电路转换到外部引脚的高低电平，不过两个寄存器都是32位，而外部引脚则是16个一组，因此，两个寄存器都只使用低16位。

2.2 设置/清除寄存器和位清除寄存器

输出数据寄存器只能对整个32位进行操作，如果希望对单个位进行操作（否则，就需要先读取GPIO组的数据，然修改后再整体设置），设置/清除寄存器用于对单个位进行操作。

设置/清除寄存器是32位，高16位是清除位，低16位是设置位，分别对应GPIO组的某个位。例如，GPIOA对应的设置/清除寄存器是GPIOA_BSRR，GPIOA_BSRR的高16位（31位到16位）为清除位，如果索引为20的位设置为1，则将PA4设置为0，如果索引为20的位设置为0，则无效果，同理，GPIOA_BSRR的低16位（15位到0位）为设置位，如果索引为5的位设置为1，则将PA5设置为1，如果索引为5的位设置为0，则无效果。如果针对某一位，同时设置了设置和清除，则设置位生效。

有时候，可能只需要进行清除，可以使用位清除寄存器，也叫做复位寄存器，可以将某些位设置为0。

位清除寄存器是32位，只使用低16位，如果某一位设置为1，则将对应位的输出数据寄存器的值设置为0。例如，GPIOA对应的位清除寄存器是GPIOA_BRR，如果GPIOA_BRR的索引为6的位设置为1，则将PA6设置为0，其他位无变化。

3 总结

外部引脚以16位为一组，内部的数据寄存器都是32位，为了对端口进行配置并方便的进行数据的输入输出，在提供基本的输入输出寄存器的同时，还提供了端口配置寄存器和设置/清除寄存器，能够配置寄存器的模式，并且能够方便的操作单个位。

从开发编程的角度上看，数据寄存器都是只能整体操作，而不能单个位操作，因此，如果是直接操作数据寄存器的话，就需要先读取再设置，操作起来比较麻烦，有了设置/清除寄存器，可以方便的操作单个位，而不影响其他位。而在C51单片机中，数据寄存器是可以位寻址的，可以直接对某一位进行与或的操作。