GPIO输出——使用FSP库点亮LED灯

关于 IOPORT 的详细分析，我们不再赘述，请读者参考前面“第一个实验：用寄存器点亮LED灯”章节。

11.1. 硬件设计

野火启明6M5开发板的 LED 电路图如图所示。 图中 RA6M5 芯片的 P400、P403、P404 引脚分别通过一个 2.2 KΩ 的限流电阻连接到 LED1、LED2、LED3 这三个 LED 灯的阴极，LED 灯的阳极连接到 3.3V 电源。 而 LED4 是电源指示灯，只要开发板通电就会亮。

11.2. 软件设计

11.2.1. 新建工程

对于 e2 studio 开发环境：拷贝一份我们之前的 e2s 工程模板 “05_Template” ， 然后将工程文件夹重命名为 “11_GPIO_LED” ，最后再将它导入到我们的 e2 studio 工作空间中。

对于 Keil 开发环境：拷贝一份我们之前的 Keil 工程模板 “06_Template” ， 然后将工程文件夹重命名为 “11_GPIO_LED” ，并进入该文件夹里面双击 Keil 工程文件，打开该工程。

工程新建好之后，在工程根目录的 “src” 文件夹下面新建 “led” 文件夹， 再进入 “led” 文件夹里面新建 led 驱动的源文件和头文件：“bsp_led.c” 和 “bsp_led.h”。 工程文件结构如下。

文件结构

11_GPIO_LED
├─ ......
└─ src
   ├─ led
   │  ├─ bsp_led.c
   │  └─ bsp_led.h
   └─ hal_entry.c

警告

注意：对于使用 Keil 开发环境的用户，将代码文件放到 “src” 文件夹下之后， Keil 软件并不会自动将它们加入到工程，这时候需要打开 RASC FSP 配置界面， 点击一次单击右上角的 “Generate Project Content” 按钮，从而 “src” 文件夹下的代码文件就会被自动加进工程中。 接着关闭 FSP 配置界面返回到 Keil，然后进行一次编译会弹出一个提示框提示工程结构发生了变化，点击确定即可。 对于使用 e2 studio 的用户则不需如此。

11.2.2. FSP配置

首先打开 “11_GPIO_LED” 项目的 FSP 配置界面，接下来我们要在这个界面里配置芯片的引脚。

在 FSP 配置界面里面点开 “Pins” -> “Ports” -> “P4” -> “P400” ， 然后将连接到LED灯的 IO 引脚的 “Mode” 属性配置为 “Output mode (Initial High)” ， 表示该引脚默认输出高电平，其他的属性默认即可。 其他的LED引脚 “P403” 、“P404” 也是按照这样子配置。

Pin Configuration 页面的 IOPORT 属性介绍：

IOPORT 属性介绍 [](https://doc.embedfire.com/mcu/renesas/fsp_ra/zh/latest/doc/chapter11/chapter11.html#id10 "永久链接至表格")| IOPORT 属性 | 描述 |
| - | - |
| ---------------------------------------------------------------------------------------------- |

模式	IO引脚的工作模式，包括输入模式和输出模式，选择输出模式时可以设置引脚的初始输出电平。
拔	IO引脚是否上拉。
驱动器容量	IO引脚的驱动能力设置。
输出类型	IO引脚的输出类型。 可以选 CMOS 推挽输出或开漏输出。

三个 LED 引脚都配置完成之后的配置界面如图所示。

配置完成之后按下快捷键 “Ctrl + S” 保存，最后点右上角的 “Generate Project Content” 图标， 让软件根据我们的设置自动生成配置代码即可。

对于 Keil 这边 RASC 的 FSP 配置也是一样的，需要先通过 RASC 软件打开 Keil 工程相关的 FSP 配置界面。 具体的方法在前面的章节已经详述过了，这里不再重复说明。

如果从左侧“项目资源管理器”打开工程目录下的 “ra_gen/pin_data.c” 源文件， 就会看到 g_bsp_pin_cfg_data 数组中已经加入了LED引脚的配置数据。 在 IOPORT 初始化的时候，它们会被用来初始化引脚。

11.2.3. hal_entry入口函数

当使用 RTOS 时，程序从 main 函数开始进行线程调度； 当没有使用 RTOS 时，C语言程序的入口函数 main 函数调用了 hal_entry 函数。 由于我们新建的工程是没有选用 RTOS 的，因此，用户程序从 hal_entry 函数开始执行。 首先打开 “\\src\\hal_entry.c” 文件，在 hal_entry 函数里面编写我们的代码。

想要实现LED灯的闪烁效果，其思路非常地简单：首先初始化配置 LED 引脚， 然后在一个死循环里面重复此流程：LED 灯亮，延时1s，LED 灯灭，延时1s，然后 LED 灯又亮。 如此反复循环，就能实现 LED 灯的闪烁效果。

首先，我们需要通过 R_IOPORT_Open 函数来初始化 IOPORT 模块， 在调用 R_IOPORT_Open 函数时，需要传入控制块参数 g_ioport_ctrl 和配置参数 g_ioport.p_cfg。

R_IOPORT_Open (&g_ioport_ctrl, g_ioport.p_cfg);

注解

实际上，由于在 R_BSP_WarmStart 函数中已经打开了一个 IOPORT 模块， 因此并不需要重复打开 IOPORT 模块，虽然重复打开也不会出错。 R_BSP_WarmStart 函数将会在后面的“FSP库启动文件详解”章节介绍到，这里无需在意。

成功打开 IOPORT 模块后，说明 IO 引脚已经全部初始化完成。 接着让程序继续往下执行，进入到 while(1) 死循环。 在 while(1) 循环里，我们使用 R_IOPORT_PinWrite 和 R_BSP_SoftwareDelay 这两个函数来实现我们前面所述的思路。

使用 R_IOPORT_PinWrite 函数可以控制引脚的输出高低电平，从而控制 LED 灯的亮灭。 它的第一个参数需要传入控制块 g_ioport_ctrl，第二个参数传入IO端口和引脚号，第三个参数传入IO引脚电平。

使用 R_BSP_SoftwareDelay 函数可以进行延时，LED 灯维持亮和灭这两种状态的时间由此函数决定。 它的第一个参数表示延时的时间量，第二个参数表示时间单位。

• BSP_DELAY_UNITS_SECONDS 表示秒；
• BSP_DELAY_UNITS_MILLISECONDS 表示毫秒；
• BSP_DELAY_UNITS_MICROSECONDS 表示微秒。

完整代码如下：代码清单11_1

代码清单 11-1：hal_entry 入口函数 [](https://doc.embedfire.com/mcu/renesas/fsp_ra/zh/latest/doc/chapter11/chapter11.html#id4 "永久链接至代码")

void hal_entry(void)
 {
     /* TODO: add your own code here */

     /* 初始化配置引脚（这里重复初始化了，可以注释掉） */
     R_IOPORT_Open (&g_ioport_ctrl, g_ioport.p_cfg);

     while(1)
     {
         R_IOPORT_PinWrite(&g_ioport_ctrl, BSP_IO_PORT_04_PIN_00, BSP_IO_LEVEL_LOW); //LED1亮
         R_IOPORT_PinWrite(&g_ioport_ctrl, BSP_IO_PORT_04_PIN_03, BSP_IO_LEVEL_LOW); //LED2亮
         R_IOPORT_PinWrite(&g_ioport_ctrl, BSP_IO_PORT_04_PIN_04, BSP_IO_LEVEL_LOW); //LED3亮
         R_BSP_SoftwareDelay(1, BSP_DELAY_UNITS_SECONDS); //延时1秒
         R_IOPORT_PinWrite(&g_ioport_ctrl, BSP_IO_PORT_04_PIN_00, BSP_IO_LEVEL_HIGH); //LED1灭
         R_IOPORT_PinWrite(&g_ioport_ctrl, BSP_IO_PORT_04_PIN_03, BSP_IO_LEVEL_HIGH); //LED2灭
         R_IOPORT_PinWrite(&g_ioport_ctrl, BSP_IO_PORT_04_PIN_04, BSP_IO_LEVEL_HIGH); //LED3灭
         R_BSP_SoftwareDelay(1, BSP_DELAY_UNITS_SECONDS); //延时1秒
     }

 #if BSP_TZ_SECURE_BUILD
     /* Enter non-secure code */
     R_BSP_NonSecureEnter();
 #endif
 }

到此，我们已经完全实现了让 LED 闪烁的效果，读者可以跳到“下载验证”小节验证其实际效果。 按照编写驱动程序的一般要求，我们可以把 LED 的驱动单独拿出来，放到独立的源文件/头文件里面进行封装。 接下来将介绍封装 LED 设备驱动程序的一般方法。

11.2.4. 封装 LED 设备驱动程序

让我们重新规划一下我们的工程结构。 在 src 文件夹里面新建一个“led”文件夹，再在该文件夹里面新建两个文件：“bsp_led.c”和“bsp_led.h”， 如同前面“新建工程”小节所述，把它们加入到我们的工程中。 这两个文件的内容如下。

代码清单 11-2：led/bsp_led.h [](https://doc.embedfire.com/mcu/renesas/fsp_ra/zh/latest/doc/chapter11/chapter11.html#id5 "永久链接至代码")

#ifndef __BSP_LED_H
#define __BSP_LED_H
#include "hal_data.h"

/* LED引脚置低电平 LED灯亮 */
#define LED1_ON     R_IOPORT_PinWrite(&g_ioport_ctrl, BSP_IO_PORT_04_PIN_00, BSP_IO_LEVEL_LOW)
#define LED2_ON     R_IOPORT_PinWrite(&g_ioport_ctrl, BSP_IO_PORT_04_PIN_03, BSP_IO_LEVEL_LOW)
#define LED3_ON     R_IOPORT_PinWrite(&g_ioport_ctrl, BSP_IO_PORT_04_PIN_04, BSP_IO_LEVEL_LOW)

/* LED引脚置高电平 LED灯灭 */
#define LED1_OFF    R_IOPORT_PinWrite(&g_ioport_ctrl, BSP_IO_PORT_04_PIN_00, BSP_IO_LEVEL_HIGH)
#define LED2_OFF    R_IOPORT_PinWrite(&g_ioport_ctrl, BSP_IO_PORT_04_PIN_03, BSP_IO_LEVEL_HIGH)
#define LED3_OFF    R_IOPORT_PinWrite(&g_ioport_ctrl, BSP_IO_PORT_04_PIN_04, BSP_IO_LEVEL_HIGH)

/* 使用寄存器来实现 LED灯翻转 */
#define LED1_TOGGLE R_PORT4->PODR ^= 1<<(BSP_IO_PORT_04_PIN_00 & 0xFF)
#define LED2_TOGGLE R_PORT4->PODR ^= 1<<(BSP_IO_PORT_04_PIN_03 & 0xFF)
#define LED3_TOGGLE R_PORT4->PODR ^= 1<<(BSP_IO_PORT_04_PIN_04 & 0xFF)


/* LED初始化函数 */
void LED_Init(void);

#endif

代码清单 11-3：led/bsp_led.c [](https://doc.embedfire.com/mcu/renesas/fsp_ra/zh/latest/doc/chapter11/chapter11.html#id6 "永久链接至代码")

#include "bsp_led.h"

/* LED初始化函数 */
void LED_Init(void)
{
   /* 初始化配置引脚（这里重复初始化了，可以注释掉） */
   R_IOPORT_Open (&g_ioport_ctrl, g_ioport.p_cfg);
}

在 “hal_entry.c” 文件中添加对头文件 “bsp_led.h” 的包含， 然后将 hal_entry 入口函数的内容改为如下。

代码清单 11-4：hal_entry入口函数 [](https://doc.embedfire.com/mcu/renesas/fsp_ra/zh/latest/doc/chapter11/chapter11.html#id7 "永久链接至代码")

/* 用户头文件包含 */
#include "led/bsp_led.h"

void hal_entry(void)
{
   /* TODO: add your own code here */

   LED_Init(); // LED 初始化

   while(1)
   {
      LED1_ON; // LED1亮
      LED2_ON; // LED2亮
      LED3_ON; // LED3亮
      R_BSP_SoftwareDelay(1, BSP_DELAY_UNITS_SECONDS); //延时1秒
      LED1_OFF; // LED1灭
      LED2_OFF; // LED2灭
      LED3_OFF; // LED3灭
      R_BSP_SoftwareDelay(1, BSP_DELAY_UNITS_SECONDS); //延时1秒
   }


#if BSP_TZ_SECURE_BUILD
   /* Enter non-secure code */
   R_BSP_NonSecureEnter();
#endif
}

11.3. 下载验证

将程序编译并下载到开发板之后，按下复位按键来复位开发板， 可以观察到开发板上面除了电源指示灯之外的3个 LED 灯在同时缓慢闪烁， 3个 LED 灯每秒钟改变一次亮灭的状态。