c - ESP32 直接端口操作

Question

亲爱的 StackOverflowers，

我正在尝试将来自 Adafruit（链接）的 HX8357D 3.5" TFT 与 esp32 一起使用。TFT 驱动程序有两个接口：SPI 和 8 位并行。Adafruit（链接）提供的库仅支持 esp32 上的 SPI。我需要有更高的显示速度，所以我决定自己尝试添加对 esp32 的支持。我对这种编程完全没有经验，但我喜欢这个挑战。

我通过对 Arduino Uno/Mega 支持进行逆向工程来了解 8 位接口的工作原理。要添加对 esp32 的支持，我需要一种方法来直接操作控制 esp32 的 gpio 端口的寄存器。我在互联网上环顾四周，但很少有关于如何做到这一点的例子。Espressif 的技术参考手册（链接）包含所需的所有信息，但我不够熟练，无法弄清楚如何将其转换为代码。

要对 esp32 进行编程，我使用 esp32 Arduino 内核。这个例子 (链接) 展示了如何将 gpio 引脚设置为输出，并直接使用寄存器将它们设置为 HIGH 和 LOW。问题是我需要能够将 8 个引脚设置为输出，向它们写入数据，使它们成为输入，然后从中读取数据，所有这些都使用寄存器而不是使用 pinMode、digitalRead 和 digitalWrite 函数。

它在 Arduino Uno/Mega 上的工作方式对我来说很清楚，有三个寄存器控制一个端口：

DDR* 读/写
PORT* 设置 gpio HIGH/LOW
如果 gpio 为 INPUT，则 PIN* 读取 HIGH/LOW。

但是这在 esp32 上是如何工作的，我如何利用寄存器来创建这个 8 位并行通信？

如果有人在这个主题上比我有更多的专业知识，我将非常感谢您的解释。提前致谢。

score 11 · Accepted Answer

为了最大限度地减少操作 8 个引脚时的计算负担，您将希望这些引脚对应于连续的 GPIO 编号（例如 GPIO12 到 GPIO19）。下面是一个并行操作多个输入/输出引脚的实现，如果满足上述要求（连续的 GPIO 编号）并且 GPIO 编号都在 0-31 范围内，则可以工作；我使用了 GPIO12 到 GPIO19（GPIO12 对应于输入/输出 8 位值中的第 0 位），如果您有一个带有 ESP-WROOM-32 或 ESP32-WROVER 模块的 ESP32 开发板，这很方便。所以我定义了bit 0对应的GPIO如下：

#define PARALLEL_0  12

在初始化时，您需要将所有 8 个引脚配置为 GPIO，例如将它们全部设置为输入：

void setup() {
  for (int i = 0; i < 8; i++) {
    pinMode(PARALLEL_0 + i, INPUT);
  }
}

之后，您可以使用以下函数将 8 个引脚设置为输入或输出，并读取输入值并写入输出值：

void parallel_set_inputs(void) {
  REG_WRITE(GPIO_ENABLE_W1TC_REG, 0xFF << PARALLEL_0);
}

void parallel_set_outputs(void) {
  REG_WRITE(GPIO_ENABLE_W1TS_REG, 0xFF << PARALLEL_0);
}

uint8_t parallel_read(void) {
  uint32_t input = REG_READ(GPIO_IN_REG);

  return (input >> PARALLEL_0);
}

void parallel_write(uint8_t value) {
  uint32_t output =
    (REG_READ(GPIO_OUT_REG) & ~(0xFF << PARALLEL_0)) | (((uint32_t)value) << PARALLEL_0);

  REG_WRITE(GPIO_OUT_REG, output);
}

score 7 · Accepted Answer

有很多方法可以做到这一点。我经常一个接一个地做。

一种简单的方法是通过定义一个变量来制作自己的“注册”。如果寄存器是 8 位宽，定义字节变量：

unsigned char disp_register;

然后你写入这个寄存器，就像它存在于显示硬件中一样。当然，接下来你必须将此寄存器输出到 ESP32 的 GPIO 引脚。由于引脚都已完成，因此您必须逐个引脚执行此操作。定义您的硬件引脚以提高可读性：

/* OUTPUTS (numbers mean GPIO port) */
#define REGISTER_BIT7_ON_PIN        9
#define REGISTER_BIT6_ON_PIN        10
#define REGISTER_BIT5_ON_PIN        5
// continue with all the pins you need

在程序开始的某个地方，将这些引脚设置为输出，并可能将它们的默认值设置为“0”：

io_conf.intr_type = GPIO_PIN_INTR_DISABLE;
io_conf.mode = GPIO_MODE_OUTPUT;
io_conf.pull_down_en = GPIO_PULLDOWN_DISABLE;
io_conf.pull_up_en = GPIO_PULLUP_DISABLE;
io_conf.pin_bit_mask =  ((1ULL<< REGISTER_BIT7_ON_PIN) | (1ULL<< REGISTER_BIT6_ON_PIN) | (1ULL<< REGISTER_BIT5_ON_PIN)); // of course, do like this all the pins
gpio_config(&io_conf);

gpio_set_level(REGISTER_BIT7_ON_PIN, 0); // do like this all the pins you need to set the boot-up value, pin-by-pin

接下来，您需要您的函数将您的寄存器复制到 GPIO 引脚的外部世界：

/*
 * wrote this simply for ease of understanding, feel free to do this in a loop
 * or shifting bit by bit
 */
void copy_register_to_GPIO_pins(unsigned char disp_register)
{
    gpio_set_level(REGISTER_BIT7_ON_PIN, (disp_register & 0x80) >> 7);
    gpio_set_level(REGISTER_BIT6_ON_PIN, (disp_register & 0x40) >> 6);
    gpio_set_level(REGISTER_BIT5_ON_PIN, (disp_register & 0x20) >> 5);
    gpio_set_level(REGISTER_BIT4_ON_PIN, (disp_register & 0x10) >> 4);
    gpio_set_level(REGISTER_BIT3_ON_PIN, (disp_register & 0x08) >> 3);
    gpio_set_level(REGISTER_BIT2_ON_PIN, (disp_register & 0x04) >> 2);
    gpio_set_level(REGISTER_BIT1_ON_PIN, (disp_register & 0x02) >> 1);
    gpio_set_level(REGISTER_BIT0_ON_PIN, (disp_register & 0x01));
}

然后，在您将任何内容写入寄存器后，调用您的函数以输出它：

disp_register = 0x2A; // example value you want to send to display
copy_register_to_GPIO_pins(disp_register);

// or, output byte WITHOUT using any register:
copy_register_to_GPIO_pins(0x2A);

希望您可以自己做相反的事情，读取引脚是由另一个函数完成的，您可以在其中复制每个 GPIO 引脚值并将其组装成字节变量。当然，此时必须将引脚设置为输入。原则上：

/*
 * wrote this simply for ease of understanding
 */
unsigned char copy_GPIO_pins_to_register(void)
{
    unsigned char retval = 0;

    retval |= gpio_get_level(REGISTER_BIT7_ON_PIN);
    retval = retval << 1;
    retval |= gpio_get_level(REGISTER_BIT6_ON_PIN);
    retval = retval << 1;
    retval |= gpio_get_level(REGISTER_BIT5_ON_PIN);
    retval = retval << 1;
    retval |= gpio_get_level(REGISTER_BIT4_ON_PIN);
    retval = retval << 1;
    retval |= gpio_get_level(REGISTER_BIT3_ON_PIN);
    retval = retval << 1;
    retval |= gpio_get_level(REGISTER_BIT2_ON_PIN);
    retval = retval << 1;
    retval |= gpio_get_level(REGISTER_BIT1_ON_PIN);
    retval = retval << 1;
    retval |= gpio_get_level(REGISTER_BIT0_ON_PIN);

    return retval;
}

score 2 · Accepted Answer

对于高带宽并行数据输出，您可能需要研究 ESP32 的 I2S 外设的 LCD 模式。

请参阅ESP32 TRM中的第 12.5.1 节和第 4 章关于将外设映射到所需引脚的内容。这种方法的好处是您可以将多达 24 位的输出从外设映射到输出引脚。

第 12.4.4 节规定：

ESP32 I2S 模块执行数据传输操作 [...] 串行或并行时钟输出数据，由用户配置

score 0 · Accepted Answer

请记住，您可能需要第 9 个“选通”引脚用于输出，以告知接收设备其他 8 个引脚现在有效。

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