通过数组和枚举简化GPIO操作编码

liujincai

在工作中，经常遇到大量使用GPIO作为数字量输入输出来控制设备或采集状态，每次定义操作不同的GPIO针脚既麻烦又容易出错，于是就想要简化操作过程。对于数字量输入来说就是采集对应针脚的状态；而输出则是根据逻辑关系置位或复位对应得针脚。

为了使用方便，我们按可复用和经常变化的部分叫软件的实现划分为2个部分。相对固定的部分我们封装成操作函数供调用，对于经常变化的部分（如硬件配置等）我们另外实现，并调用前面封装的函数实现功能。

      现在我们只要实现了通用性较好的函数封装，剩下就是调用来实现具体控制的问题。那么怎么封装这些函数呢？

      我们首先定义两个枚举类型分别定义如下：

1. //定义数字量输出通道枚举类型，规定通道的范围
   
2. typedef enum {
   
3.   DOChannel1,
   
4.   DOChannel2,
   
5.   DOChannel3,
   
6.   DOChannel4,
   
7.   DOChannel5,
   
8.   DOChannelNum
   
9. } DigitalOutput;
   
10. 
    
11. //定义数字量输入通道枚举类型，规定通道的范围
    
12. typedef enum {
    
13.   DIChannel1,
    
14.   DIChannel2,
    
15.   DIChannel3,
    
16.   DIChannel4,
    
17.   DIChannel5,
    
18.   DIChannelNum
    
19. } DigitalInput;

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数字量输入输出的枚举主要是为了方便操作和识别，通道数量出现变化时只需要增加枚举两种的通道定义即可。此处数字量输入输出均定义了5个通道。枚举量的最后一个成员代表了通道的数量，在枚举全部通道时能够很好的避免超出范围的错误。

      同时还要定义如下的结构体，用于定义需要操作GPIO目标。

1. //定义用于针脚操作的目标针脚类型
   
2. typedef struct{
   
3.   GPIO_TypeDef* GPIOx;
   
4.   uint16_t GPIO_Pin;
   
5. }TargetPin;

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     有了上述的定义则可以实现前面设想的操作了，接下来我们还需要定义两个数字量输入输出通道的TargetPin类型的数组，用于存放想要操作的目标通道，和前面枚举两种定义的通道一致，此处也是5个通道。

1. //定义DI通道的全部目标针脚数组
   
2. TargetPin diPin[]={{GPIOE,GPIO_Pin_2},{GPIOE,GPIO_Pin_3},{GPIOE,GPIO_Pin_4}
   
3.                   ,{GPIOE,GPIO_Pin_5},{GPIOE,GPIO_Pin_6}};
   
4. 
   
5. //定义DO通道的全部目标针脚数组
   
6. TargetPin doPin[]={{GPIOD,GPIO_Pin_3},{GPIOD,GPIO_Pin_4},{GPIOD,GPIO_Pin_5}
   
7.                   ,{GPIOD,GPIO_Pin_6},{GPIOD,GPIO_Pin_7}};

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  有了以上2个数组就可以在避免在操作过程中大量使用条件分支语句（Switch或if语句），简化编码和避免在增加通道时号要修改函数的情况。现在如果通道数量出现变化则只需要修改枚举量和数组的值就可。或者操作的管脚出现变化则只需要修改数组的值就可以了。而不需要去修改函数体，而且函数体的编码也非常简单。

      对数字量输出的操作如下，在操作全部通道时，以枚举变量作为循环变量，以枚举的最后定义的数量来控制，并以枚举量的取值作为数组下标，有效避免出现超出范围的错误，同时在通道数量和通道对应的具体针脚发生变化时，无需修改函数。

1. //操作全部继电器DO通道
   
2. //输入参数TargetPin *doPin为要操作的DO通道列表
   
3. //输入参数BOOL *commands欲写给DO通道的值列表
   
4. void OperationAllRelayChannel(TargetPin *doPin,BOOL *commands)
   
5. {
   
6.   DigitalOutput DOChannel;
   
7.   for(DOChannel=DOChannel1;DOChannel<DOChannelNum;DOChannel++)
   
8.   {
   
9.     OperationSingleRelayChannel(doPin[DOChannel],commands[DOChannel]);
   
10.   }
    
11. }
    
12. 
    
13. //操作单个继电器DO通道
    
14. //输入参数TargetPin doPin为要操作的DO通道
    
15. //输入参数BOOL command欲写给DO通道的值
    
16. void OperationSingleRelayChannel(TargetPin doPin,BOOL command)
    
17. {
    
18.   if(command==True)
    
19.   {
    
20.     GPIO_SetBits(doPin.GPIOx,doPin.GPIO_Pin);
    
21.   }
    
22.   else
    
23.   {
    
24.     GPIO_ResetBits(doPin.GPIOx,doPin.GPIO_Pin);
    
25.   }
    
26. }

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对数字量输入的操作函数的编写采用与数字量输出相同的思路。对于枚举之所以可以用作数组下标，是因为枚举没被指定值时，总是从0开始向上累加，正好与数组下标是一致的。这要做还有一个好处是，通道与具体的GPIO引脚是由TargetPin数组的赋值顺序决定的，修改非常方便。

1. //获取全部DI量状态输入值
   
2. //输入参数TargetPin *diPin为需要读取的DI通道列表
   
3. //输入参数BOOL *result为读取的通道值返回列表
   
4. void GetAllDIStatusInput(TargetPin *diPin,BOOL *result)
   
5. {
   
6.   DigitalInput DIChannel;
   
7.   for(DIChannel=DIChannel1;DIChannel<DIChannelNum;DIChannel++)
   
8.   {
   
9.     result[DIChannel]=GetSingleDIStatusInput(diPin[DIChannel]);
   
10.   }
    
11. }
    
12. 
    
13. //获取单个DI量状态输入值
    
14. //输入参数TargetPin diPin是需要读取的DI通道
    
15. //返回值为读取的通道值
    
16. BOOL GetSingleDIStatusInput(TargetPin diPin)
    
17. {
    
18.   uint8_t readValue;
    
19.   readValue = GPIO_ReadInputDataBit(diPin.GPIOx,diPin.GPIO_Pin);
    
20.   return (readValue>0)?True:False;
    
21. }

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通过以上的编码操作DI、DO已经很方便了，但在操作单个DO通道的函数中还有一个if…else语句给人的感觉比较不太好。因为操作简单就是置位和复位，所以我们定义一个指向函数的指针数组，如下：

1. /*定义操作GPIO管脚的函数指针*/
   
2. void (*OperationGPIOBits[])(GPIO_TypeDef *GPIOx, uint16_t GPIO_Pin)={GPIO_ResetBits,GPIO_SetBits};

复制代码

      有了这个指向函数的指针数组我们可以将上面的操作单个DO通道的函数简化为如下：

1. //操作单个继电器DO通道
   
2. //输入参数TargetPin doPin为要操作的DO通道
   
3. //输入参数BOOL command欲写给DO通道的值
   
4. void OperationSingleRelayChannel(TargetPin doPin,BOOL command)
   
5. {
   
6.   OperationGPIOBits[command](doPin.GPIOx,doPin.GPIO_Pin);
   
7. }

复制代码

其中command是一个布尔变量取值为0和1，正好与指向函数的指针数组对应，实现在command取不同值时，调用复位或置位函数。

      以上代码在IAR EWARM和STM32F103VET平台测试正确。

he129807

厉害，受教了，这么写真的简洁

he129807

佩服佩服~ C语言功底真扎实，我咋没想到呢，还是我思维逻辑不行啊