2024-03-18发表2024-09-06更新UINIO 开源项目资料4 小时读完 (大约32622个字)0次访问

兆易创新 UINIO-MCU-GD32F350 固件库开发指南

早在新冠疫情爆发前的 2019 年，就曾经撰写过一篇关于 ARM 标准库的技术长文 《意法半导体 STM32F103 标准库典型实例》 ，文章非常详尽的介绍了各种常见片上外设资源的应用。时至 4 年以后的今天，国产微控制器在工程实践领域已经得到了广泛运用，因而基于兆易创新 推出的国产 ARM 微控制器，设计和制作了 UINIO-MCU-GD32F350RBT6 这款开源核心板，同时撰写了本篇文章作为配套的资料教程，希冀为国产芯片的商业化普及尽自己一份绵薄之力。

UINIO-MCU-GD32F350RBT6 是一款采用 LQFP64 封装的 GD32F350RBT6 微控制器核心板，基于 ARM Cortex-M4 内核架构，主频高达 108MHz，拥有 128K 容量 Flash，以及 16K 的 SRAM。而 UINIO-MCU-GD32F103C 采用 LQFP48 封装的 GD32F103Cxxx 系列微控制器（包括 GD32F103CBT6、GD32F103C8T6、GD32F103C6T6、GD32F103C4T6），基于 ARM Cortex-M3 内核架构，主频达到 108MHz，拥有 16K ~ 128K 容量 Flash，以及 6K ~ 20K 的 SRAM。

准备 GD32 支持包 & 固件库

这里以 UINIO-MCU-GD32F350RBT6 核心板作为例子，首先需要前往兆易创新的 GD32 MCU 微控制器 官方网站，把如下两个开发资源下载到本地计算机：

GD32F350RBT6 固件库 GD32F3x0_Firmware_Library_V2.2.1。
Keil uVision5 开发环境的支持包 GigaDevice.GD32F3x0_DFP.3.0.2.pack。

然后，启动 Keil uVision5 开发环境，开始导入或者在线安装 GigaDevice.GD32F3x0_DFP.3.0.2.pack 支持包：

接下来，解压 GD32F3x0_Firmware_Library_V2.2.1 固件库，此时会得到如下一系列目录：

Docs：包含有官方评估板的原理图和固件库的使用指南。
Examples：各种 GD32F350RBT6 片上外设的官方示例源程序。
Firmware：包含有内核库 CMSIS、标准外设库 GD32F3x0_standard_peripheral、USB 文件系统库 GD32F3x0_usbfs_library 三个子目录。
Template：集成开发环境 IAR 和 Keil uVision4 的工程模板，包含有 LED 闪烁、USART 打印、按键控制的简单示例程序。
Utilities：一些第三方组件和 GD32 配套的评估板测试文件。

其中 Examples 下面的每一个子目录，都对应着一种片上外设的示例程序，里面通常会包含有如下的源文件：

main.c：主程序源文件。
systick.h：SysTick 精准延时头文件；
systick.c：SysTick 精准延时源文件；
GD32f3x0.it.h：中断处理程序头文件；
GD32f3x0_it.c：中断处理程序源文件（未使用中断，所有函数体为空）；
GD32f3x0_libopt.h：通过预处理语句 #include 包含指定的外设库 .h 头文件（默认导入全部外设）；

而 Firmware 目录下面包含有 GD32F350RBT6 固件库的核心源文件：

CMSIS 子目录包含有 ARM Cortex-M4 内核的支持文件、启动代码、库引导文件，以及 GD32F3x0 的全局头文件和系统配置文件。
GD32F3x0_standard_peripheral 子目录下的 Include 包含了固件库所需要的头文件，而 Source 则包含有固件库所需的源文件。

测试 UINIO-MCU-GD32 核心板

打开 GD32F3x0_Firmware_Library_V2.2.1 固件库下面的 Template 目录，删掉除开 Keil_project 目录之外的其它文件与目录，然后将 Examples\GPIO\Running_led 内的全部源文件，拷贝至 Template 目录当中，从而获得如下的文件目录结构：

Template
├── Keil_project
│   ├── Project.uvopt
│   └── Project.uvproj
├── gd32f3x0_it.c
├── gd32f3x0_it.h
├── gd32f3x0_libopt.h
├── main.c
├── readme.txt
├── systick.c
└── systick.h

鼠标双击 Template 目录下面的工程描述文件 Project.uvproj，启动 Keil uVision5。由于 GD32F3x0_Firmware_Library_V2.2.1 当中的示例工程采用的是 Keil uVision4 建立和编译，因而此时会弹出下面的错误信息：

按下【确定】按钮忽略这些错误信息，依次选择顶部菜单栏上面的【Project -> Manage -> Migrate to Version 5 Format...】，把工程迁移成为 Keil uVision5 兼容的格式：

此时会提示工程描述文件需要从 Keil uVision4 的 Project.uvproj 保存为 Keil uVision5 的 Project.uvprojx，直接按下【确定】按钮即可：

在开始接下来的操作之前，需要先将 Keil uVision5 工程的编译目标切换为 UINIO-MCU-GD32F350RBT6 核心板所使用的型号【GD32F350】：

点击顶部工具栏上的【Options for Target...】按钮，指定目标选项对话框里的【ARM Compiler】版本为 compiler version 5：

注意：这里必须修改 Keil uVision5 当中 ARM 编译器版本，否则会导致后续的编译操作出现错误，具体请参考《ARM 调试工具 UINIO-DAP-Link 应用详解》一文的添加 ARM Compiler version 5 小节内容。

切换至对话框的【Output】选项卡，在勾选【Create HEX File】的同时，把【Name of Executable】修改为 Project.hex（务必添加 .hex 后缀，否则默认烧录的是 .axf 文件）：

再切换至对话框当中的【Debug】选项卡，此时需要将 UINIO-DAP-Link 插入至计算机的 USB 接口，然后在下拉选择【CMSIS-DAP Debugger】之后，再按下右侧的【Settings】按钮：

此时会弹出调试器设置对话框，这里我们选择【UINIO-CMSIS-DAP】，并且将【Max Clock】配置为 10MHz：

最后再切换至【Flash Download】选项卡，勾选【Reset and Run】，并且点击【Add】按钮添加片上 Flash 的编程算法：

完成上述配置步骤之后点击【OK】，回到 Keil uVision5 的主界面，此时按下快捷键【F7】或者顶部工具栏上的【Build】按钮编译示例工程，再按下快捷键【F8】或者【Download】按钮将编译后得到的 .hex 程序下载至 UINIO-MCU-GD32F350RBT6 核心板运行，此时整个工程的目录文件结构如下所示，其中的 Out 目录保存着编译后产生的十六进制 .hex 文件：

Template
├── Keil_project
│   ├── Project.uvguix.hank
│   ├── Project.uvopt
│   ├── Project.uvoptx
│   ├── Project.uvproj.saved_uv4
│   ├── Project.uvprojx
│   ├── RTE
│   │   ├── _GD32F310
│   │   │   └── RTE_Components.h
│   │   ├── _GD32F330
│   │   │   └── RTE_Components.h
│   │   └── _GD32F350
│   │       └── RTE_Components.h
│   ├── list
│   │   ├── Project.map
│   │   └── startup_gd32f3x0.lst
│   └── output
├── gd32f3x0_it.c
├── gd32f3x0_it.h
├── gd32f3x0_libopt.h
├── main.c
├── readme.txt
├── systick.c
└── systick.h

该示例程序会每间隔 4 秒的时间，循环切换 UINIO-MCU-GD32F350RBT6 的四个 GPIO 引脚 C2、C10、C11、C12 的高低电平状态，此时通过万用表就可以测量出运行结果，从而方便的判断出程序是否下载成功，以及核心板运行是否存在有故障。

注意：DAPLink 是 ARM 系列微控制器开发过程当中，程序下载与调试不可少的工具，相关资料和设计资源可以参考笔者之前撰写的《ARM 调试工具 UINIO-DAP-Link 应用详解》一文。

搭建 Keil uVision5 自定义工程

新建目录与拷贝源文件

本节内容开始尝试自己动手搭建 Keil uVision5 工程，首先新建一个名称为 Keil-GD32F350RBT6 的 Keil uVision5 工程，并将其保存至同名的目录下面，然后再新建如下一系列子目录，并且将固件库里的源文件拷贝至对应的子目录：

Applications：保存应用层相关的源文件。
Documents：用于存放 Markdown 说明文档，可以预先放置一个 README.md 文件。
Drivers：存放针对 UINIO-MCU-GD32F350RBT6 定制的板级驱动程序。
Firmware：用于放置 GD32F3x0_Firmware_Library_V2.2.1 当中 Firmware 目录下的全部内容（即 CMSIS、GD32F3x0_standard_peripheral、GD32F3x0_usbfs_library 三个子目录）。
Sources：用于保存 GD32F3x0_Firmware_Library_V2.2.1 下面的 Template 目录当中，除 IAR_project、Keil_project、readme.txt 之外的文件（即main.c/h、systick.c/h、gd32f3x0_it.c/h、gd32f3x0_libopt.h 七个源文件）。

创建分组与添加源文件

鼠标点击 Keil uVision5 顶部菜单栏上面的【File Extensions, Books and Environment...】按钮：

在弹出的工程管理项对话框当中，分别将左侧的【Project Targets】命名为 Keil-GD32F350RBT6，而中间的【Groups】则分别建立如下几个分组，并且通过右侧的 Files 向指定分组添加相应的源文件：

CMSIS 分组：分别添加 Keil-GD32F350RBT6\Firmware\CMSIS\GD\GD32F3x0\Source 目录下的 system_gd32f3x0.c 外设接入层源文件，以及 Keil-GD32F350RBT6\Firmware\CMSIS\GD\GD32F3x0\Source\ARM 目录下的 startup_gd32f3x0.s 启动文件（添加对话框的文件类型要修改为 .s）。
Drivers 分组：暂时不需要添加任何源文件。
Firmware 分组：按需添加 Keil-GD32F350RBT6\Firmware\GD32F3x0_standard_peripheral\Source 目录下的 .c 源文件（其中的 gd32f3x0_rcu.c 和 gd32f3x0_gpio.c 属于必须添加）。
Documents 分组：将 Keil-GD32F350RBT6\Documents 目录下新建的 README.md 文件添加进去。
Applications 分组：添加 Keil-GD32F350RBT6\Sources 目录下的 main.c、systick.c、gd32f3x0_it.c 三个源文件。
Sources 分组：暂时不需要添加任何源文件。

完成上述操作之后，在工程管理项对话框当中，各个分组下面的源文件情况如下图所示：

点击【OK】按钮关闭工程管理项对话框，此时 Keil uVision5 左侧呈现的工程目录结构如下面所示：

移除 Source 目录下的冗余代码

为了避免工程搭建过程当中，直接拷贝官方固件库 Template 目录下的源文件，出现冗余代码导致编译错误的情况，接下来还需要对 Source 目录进行一些清理工作。首先需要删除掉该目录下 main.c 源文件里多余的内容，只需要保留如下所示的代码：

#include "gd32f3x0.h"
#include "systick.h"
#include <stdio.h>
#include "main.h"

int main(void) {
    /* configure systick */
    systick_config();

    while(1) {}
}

除此之外，还需要再移除掉 Source 目录下 gd32f3x0_it.c 源文件里面，如下所示的无效代码片段：

/*!
    \brief      this function handles SysTick exception
    \param[in]  none
    \param[out] none
    \retval     none
*/
void SysTick_Handler(void)
{
    led_spark();
    delay_decrement();
}

配置编译器路径与选项

点击 Keil uVision5 工具栏顶部的【Options for target】，在弹出的目标选项对话框当中，首先切换至【C/C++】选项卡，将【Define】输入框设置为 USE_STDPERIPH_DRIVER,GD32F3X0,GD32F350：

然后再点击对话框当中【Include Paths】输入框右侧的按钮，配置 ARM 编译器分别包含 Keil-GD32F350RBT6 工程目录下的如下路径：

.\Sources
.\Firmware\CMSIS
.\Firmware\CMSIS\GD\GD32F3x0\Include
.\Firmware\GD32F3x0_standard_peripheral\Include

接下来切换至【Target】选项卡，选择 ARM 编译器的版本为 5，并勾选界面上 Keil uVision5 自带的用于串口重定向的【Use MicroLIB】工具库：

最后切换到【Output】选项卡，将【Name of Executable】输入框设置为 Keil-GD32F350RBT6.hex，并且勾选 Create HEX File 使得编译结果为十六进制 .hex 格式：

测试工程的编译下载

完成上述配置工作之后，关闭 Keil uVision5 界面上的全部对话框，然后按下快捷键【F7】或者顶部工具栏上的【Build】按钮，将新建工程里的相关源文件编译为一个 Keil-GD32F350RBT6.hex 文件：

Build started: Project: Keil-GD32F350RBT6
*** Using Compiler 'V5.06 update 7 (build 960)', folder: 'D:\Software\Tech\Keil\ARM\ARMCC\Bin'
Build target 'Keil-GD32F350RBT6'
assembling startup_gd32f3x0.s...
compiling gd32f3x0_dma.c...
compiling gd32f3x0_dbg.c...
compiling gd32f3x0_crc.c...
compiling gd32f3x0_ctc.c...
compiling gd32f3x0_cec.c...
compiling gd32f3x0_dac.c...
compiling gd32f3x0_exti.c...
compiling gd32f3x0_adc.c...
compiling gd32f3x0_cmp.c...
compiling system_gd32f3x0.c...
compiling gd32f3x0_fmc.c...
compiling gd32f3x0_fwdgt.c...
compiling gd32f3x0_i2c.c...
compiling gd32f3x0_misc.c...
compiling gd32f3x0_gpio.c...
compiling gd32f3x0_pmu.c...
compiling gd32f3x0_spi.c...
compiling gd32f3x0_syscfg.c...
compiling gd32f3x0_rcu.c...
compiling gd32f3x0_rtc.c...
compiling gd32f3x0_tsi.c...
compiling gd32f3x0_timer.c...
compiling gd32f3x0_wwdgt.c...
compiling gd32f3x0_usart.c...
compiling gd32f3x0_it.c...
compiling main.c...
compiling systick.c...
linking...
Program Size: Code=1104 RO-data=368 RW-data=4 ZI-data=1028
FromELF: creating hex file...
".\Objects\Keil-GD32F350RBT6.hex" - 0 Error(s), 0 Warning(s).
Build Time Elapsed:  00:00:03

如果编译结果显示 0 Error(s), 0 Warning(s)，说明这个 Keil uVision5 工程已经搭建成功。接下来，就可以按下快捷键【F8】或者顶部工具栏上的【Download】按钮，把编译后得到的十六进制文件 Keil-GD32F350RBT6.hex，通过 UINIO-DAP-Link 下载至 UINIO-MCU-GD32F350RBT6 核心板上面运行：

Load "D:\\Workspace\\UINIO-MCU-GD32F350RBT6\\Keil-GD32F350RBT6\\Objects\\Keil-GD32F350RBT6.hex"
Erase Done.
Programming Done.
Verify OK.
Flash Load finished at 18:22:55

注意：为了大家能够方便快速的搭建测试项目，该自定义工程已被保存到开源硬件项目 UINIO-MCU-GD32F350RBT6 的 Keil-GD32F350RBT6 目录里面。

让 Keil uVision5 支持中文注释

鼠标依次选择 Keil uVision5 菜单栏上的【Edit -> Configration... -> 】，将弹出窗口【Editor】选项卡下的 Encoding 选择为 Chinese GB2312 (Simplified) 就可以支持中文注释：

注意：这种方式会导致 Keil uVision 显示的源代码字体非常不美观，更佳的处理办法是利用 Sublime 等文本编辑器提供的 ConvertToUTF8 插件，将源代码文件全部转换为 UTF-8 格式的编码。

使用 AStyle 格式化源代码

AStyle 是一款用于对 C/C++ 源代码进行格式化的开源插件，鼠标点击 Keil uVision5 菜单栏上的【Tools -> Customize Tools Menu】：

在弹出的对话框当中进行如下的设置，其中的 Command 就是 astyle.exe 可执行文件所在的路径：

Command: D:\Software\Tech\AStyle\astyle.exe
AStyle All："$E*.c" "$E*.h" --style=google --indent=spaces=2。
AStyle File：!E --style=google --indent=spaces=2。

完成上述步骤之后，就可以在 Keil uVision5 的菜单栏上发现【Tools -> AStyle All】和【Tools -> AStyle File】两条自定义菜单项：

MCU 微控制器系统结构概览

芯片资源简介

GD32F350RBT6 是一款采用 Arm Cortex-M4 内核架构的 32 位微控制器，工作频率为 108MHz，工作电压范围在 2.6V ~ 3.6V 之间，工作温度介于 -40°C ~ +85°C 范围。提供高达 128KB 的片上 Flash 闪存和 16KB 的 SRAM 内存，其它的片上资源情况可以参考下面表格：

资源名称	数量	资源名称	数量
12 位 ADC	1 个	SPI	2 个
12 位 DAC	1 个	I2C	2 个
通用比较器 CMP	2 个	USART	2 个
通用 16 位定时器	5 个	I2S	1 个
通用 32 位定时器	1 个	HDMI-CEC	1 个
基本定时器	1 个	TSI	1 个
PWM 高级定时器	1 个	USBFS 全速 USB	1 个

UINIO-MCU-GD32F350RBT6 采用的 GD32F350RBT6 微控制器使用的是 LQFP64 封装形式，其具体 64 个引脚的功能分配可以参见下图：

ARM Cortex-M4 内核架构

ARM Cortex-M4 系列微控制器基于 ARMv7 架构，其内核主要由下面一系列的功能单元构成：

嵌套式向量型中断控制器（NVIC，Nested Vectored Interrupt Controller）。
浮点运算单元（FPU，Floating Point Unit）。
闪存地址重载及断点单元（FPB，Flash Patch Breakpoint）。
串行线调试接口（SW-DP，Serial-Wire Debug Port）。
数据观测点及跟踪单元（DWT，Data Watchpoint And Trace）。
指令跟踪宏单元（ITM，Instrumentation Trace Macrocell）。
跟踪端口接口单元（TPIU，Trace Port Interface Unit）。
内部总线矩阵（Bus Matrix，用于实现 I-Code 指令总线、D-Code 数据总线、System 系统总线、PPB 专用总线、AHB-AP 调试专用总线的相互联接）。

GD32F350RBT6 外设架构

GD32F350RBT6 微控制器的整体系统架构如下面的框图所示，其中 AHB（Advanced High performance Bus）高级高性能总线矩阵采用的是多层总线结构，支持多个主从设备之间实现并行通信，其中主设备包含有来自 ARM Cortex-M4 内核架构的 I-Code 指令总线、D-Code 数据总线、System 系统总线，以及来自于内核外部的 DMA 总线：

I-Code 总线：即 Instruction Code，用于从 0x 0000 0000 ~ 0x 1FFF FFFF 代码区域获取向量。
D-Code 总线：即 Data Code，用于加载和存储数据，以及调试访问代码区域。
System 系统总线：用于获取指令和向量、加载与存储数据、调试访问系统区域（包括内部 SRAM 和外设区域）。
DMA 总线：用于直接内存访问（DMA，Direct Memory Access）的传输总线。

除此之外，AHB 总线矩阵的从设备包含有来自 Flash 存储控制器的 IBUS 和 DBUS 总线、SRM 控制器总线，以及 AHB1 和 AHB2 总线：

AHB2 总线连接了 A、B、C、D、F 一共五组 GPIO 端口。
AHB1 总线连接的是其它片上外设资源，其通过两组 AHB-APB 总线桥（AHB to APB Bridge 1/2）分别提供了 AHB1 总线与高级外设总线（APB，Advanced Peripheral Bus）之间的同步连接。

地址空间映射

ARM Cortex M4 内核采用了哈佛结构，使用相互独立的总线来读取指令和操作数据。这些指令和数据都存储在一个大小为 4GB 的相同地址空间（因为 ARM Cortex M4 的地址总线宽度为 32 位，所以其对应的地址范围为 2 的 32 次方等于 4GB），但是处于不同的地址范围：

观察上面的表格可以发现 GD32F350RBT6 的片上外设地址空间被划分为 AHB1 和 AHB2 总线、APB1 和 APB2 总线共四个部分，这些总线的最低地址被称为总线基地址，也就是挂载在该总线上第 1 个外设的地址，而每个外设的最低地址则被称为外设基地址，每个外设的地址范围内都分布着该外设所对应的寄存器，通过操作这些寄存器就可以达到控制外设的目的。

操作寄存器 → 运用固件库

操作寄存器

如果需要将 AHB 总线上的 GPIOA 外设对应的 16 个引脚全部置为 1，那么就需要去配置端口输出控制寄存器 GPIOx_OCTL，通过查询用户手册可以知道其地址偏移量为 0x14：

由于 GPIOA 的外设基地址为 0x4800 0000，所以寄存器 GPIOA_OCTL 的地址计算方式如下所示：

1	0x4800 0000 + 0x0000 0014 = 0x4800 0014

换而言之，将寄存器 OCTL(0~15) 相应的位设置为 1，就可以把对应的 GPIOA(0~15) 控制为高电平。如果要让全部 16 个引脚输出高电平，那么相应的 GPIOA_OCTL 寄存器的高 16 位可以置为 0 而低 16 位置为 1，即 0000 0000 0000 0000 1111 1111 1111 1111，转换为十六进制就是 0x0000FFFF：

1	(unsigned int)(0x48000014) = 0x0000FFFF; // 将 GPIOA 外设对应的 16 个引脚全部输出高电平

像上面这样直接对寄存器地址进行操作会比较麻烦，下面可以通过宏定义 #define，为每一个寄存器地址都分配一个名称：

1
2

#define GPIOA_OCTL (unsigned int*)(0x48000014)  // 将寄存器地址 0x48000014 定义为指针类型的 GPIOA_OCTL
*GPIOA_OCTL = 0x0000FFFF;                       // 将 GPIOA 外设对应的 16 个引脚全部输出高电平

为了进一步简化代码，可以将指针类型 * 的声明合并到 GPIOA_OCTL 的宏定义当中：

1 2	#define GPIOA_OCTL (unsigned int)(0x48000014) // 将寄存器地址 0x48000014 定义为 GPIOA_OCTL GPIOA_OCTL = 0x0000FFFF; // 将 GPIOA 外设对应的 16 个引脚全部输出高电平

运用库函数

兆易创新官方固件库 GD32F3x0_Firmware_Library_V2.2.1 当中标准外设库 Firmware\GD32F3x0_standard_peripheral 目录下的 Include\gd32f3x0_gpio.h 和 Source\gd32f3x0_gpio.c 两个源文件，提供有一系列用于操作 GPIO 的库函数：

其中的 void gpio_port_write(uint32_t gpio_periph, uint16_t data) 函数可以用于向特定的 GPIO 端口写入状态值：

1	gpio_port_write(GPIOB, 0xFFFF);

该函数被定义在 Source\gd32f3x0_gpio.c 源文件当中，可以看到其函数体内调用了 GPIO_OCTL(gpio_periph) 函数：

/*!
    \brief      write data to the specified GPIO port
    \param[in]  gpio_periph: GPIOx(x = A,B,C,D,F)
                only one parameter can be selected which is shown as below:
      \arg        GPIOx(x = A,B,C,D,F)
    \param[in]  data: specify the value to be written to the port output control register
    \param[out] none
    \retval     none
*/
void gpio_port_write(uint32_t gpio_periph, uint16_t data)
{
    GPIO_OCTL(gpio_periph) = (uint32_t)data;
}

而这个 GPIO_OCTL(gpio_periph) 函数又被预定义在了 Include\gd32f3x0_gpio.h 头文件里面，其最终调用的是 REG32(addr) 函数：

1	#define GPIO_OCTL(gpiox) REG32((gpiox) + 0x00000014U) /!< GPIO port output control register /

REG32(addr) 函数的定义位于官方固件库 Firmware\CMSIS\GD\GD32F3x0\Include 目录下的 gd32f3x0.h 头文件当中：

1	#define REG32(addr) ((volatile uint32_t )(uint32_t)(addr))

把前面寄存器 GPIOA_OCTL 的地址计算式 0x4800 0000 + 0x0000 0014 作为 addr 参数代入之后，就会发现标准外设库底层也是在操作寄存器，只是在使用的时候更加直观简单：

1	#define REG32(addr) ((volatile uint32_t )(uint32_t)(0x4800 0000 + 0x0000 0014))

注意：通过寄存器直接控制外设，性能开销更少，运行更加迅速，适用于片上资源有限，且对于实时性要求较高的场景。而使用标准外设库来操控外设，其优势主要体现在提升代码的开发效率以及可读性与可维护性。

通过 GPIO 寄存器控制 LED

使用 UINIO-MCU-GD32F350RBT6 核心板来控制 GPIO 端口的输出，整体需要经历下面几个步骤：

开启指定 GPIO 的端口时钟；
配置指定 GPIO 的工作模式；
配置指定 GPIO 的输出类型；

开始编写代码之前，首先需要将一枚 4.7K 的电阻 R1 与一枚 LED 发光二极管串联，然后再连接到 UINIO-MCU-GD32F350RBT6 核心板的 GPIOB8 引脚，当该引脚输出高电平的时候 LED 发光二极管就会点亮，而输出低电平的时候 LED 发光二极管就会熄灭，具体的电路连接关系请参考下面的示意图：

开启 GPIO 的端口时钟

由于 GD32F350RBT6 的外设时钟资源默认情况下都是关闭的，所以在配置外设之前需要先开启其对应的时钟。

AHB 总线使能寄存器 RCU_AHBEN

GPIOB 引脚分组被挂载到了 GD32F350RBT6 微控制器的 AHB 总线下面，在用户手册的 复位和时钟单元(RCU) 章节里，描述了 AHB 总线使能寄存器 RCU_AHBEN 的地址偏移量为 0x14、复位值为 0x0000 0014，可以按照 8 位的字节、16 位的半字以及 32 位的字进行访问：

而 AHB 总线使能寄存器 RCU_AHBEN位于复位和时钟单元 RCU 外设的地址范围之内，由于 RCU 的外设基地址为 0x4002 1000，所以 RCU_AHB1EN 寄存器的实际地址计算过程如下面等式所示：

1	RCU_AHBEN = RCU 的外设基地址 + AHB 总线使能寄存器偏移量 = 0x4002 1000 + 0x14 = 0x4002 1014

根据用户手册当中接下来的内容，可以发现 RCU_AHB1EN 寄存器的第 18 位 PBEN 就是 GPIOB 时钟的使能位：

所以只需要往 RCU_AHB1EN 寄存器的第 18 位写入 1，其它位保持不变，就可以实现对 GPIOB 外设时钟的使能，这里我们可以通过一个或运算和移位运算来完成：

1	RCU_AHBEN \|= (1 << 18)

注意：上面等式要使能的是第几位，就向右移多少位。例如上面等式向第 18 位写入 1，所以就右移 18 位。

配置 GPIO 的工作模式

接下来，着手配置 GD32F350RBT6 的 GPIO 工作模式，这里具体可以划分为下面两个步骤：

将端口控制寄存器 GPIOx_CTL 配置为输入模式(默认) / 输出模式 / 备用功能模式 / 模拟模式；
将端口上下拉寄存器 GPIOx_PUD 配置为上拉模式 / 下拉模式 / 悬空模式(默认)；

配置端口控制寄存器 GPIOB_CTL

已知 GPIOB 寄存器的基地址为 0x4800 0400，而端口控制寄存器 GPIOB_CTL 的地址偏移量为 0x00：

从而就可以计算出 GPIOB 端口控制寄存器 GPIOB_CTL 的实际地址为：

1	GPIOB_CTL = 0x4800 0400 + 0x00 = 0x4800 0400

该寄存器通过两个位来进行控制，例如这里需要操作的是 Pin8 引脚，就是需要控制 GPIOB_CTL 寄存器的第 17 和 16 位。通过将这两位配置为 01，就可以将 GPIOB8 端口配置为输出模式。此时向 GPIOB_CTL 寄存器写入的二进制数据为 0000 0000 0000 0001 0000 0000 0000 0000，转换为十六进制就是 00010000。为了确保其它位不会被修改，需要先将第 15 和第 14 两位置零，然后再将其配置为 0 和 1：

1 2	GPIOB_CTL &= 0xFFFCFFFF; // 把第 17 和 16 位置为 00 GPIOB_CTL \|= 0x00004000; // 配置第 17 和 16 位为 01

除此之外，还可以采用下面的计算方式进行配置：

1 2	GPIOB_CTL &= ~(0x03 << (2 * 8)); // 把第 17 和 16 位置为 00 GPIOB_CTL \|= (0x01 << (2 * 8)); // 配置第 17 和 16 位为 01

注意：上面代码当中的数值 8 对应的是 GPIOB8，反之如果是 GPIOB5 则可以将该值替换为 5。

配置端口上下拉寄存器 GPIOB_PUD

将 GPIOB8 引脚配置为输出模式之后，还需要再进一步通过端口上下拉寄存器 GPIOB_PUD 将其进一步配置为悬空模式(默认值，即没有上下拉电阻)：

同样已知 GPIOB 寄存器的基地址为 0x4800 0400，而端口上下拉寄存器 GPIOB_PUD 的地址偏移量为 0x0C，从而就可以计算出其实际地址为：

1	GPIOB_PUD = 0x4800 0400 + 0x0C = 0x4800 040C

该寄存器同样通过 GPIOB_PUD 寄存器的第 17 和第 16 两个位来进行控制：

使用时也依然需要先进行清零，然后再将其配置为 00 所代表的悬空模式：

1 2	GPIOB_PUD &= ~(0x03 << (2 * 8)); // 将第 17 和 16 位清零 GPIOB_PUD \|= (0x00 << (2 * 8)); // 配置第 17 和 16 位为 00

配置 GPIO 的输出类型

配置 UINIO-MCU-GD32F350RBT6 的 GPIO 输出类型也可以划分为如下两个步骤：

配置端口输出模式寄存器 GPIOx_OMODE，也就是选择推挽输出还是开漏输出；
配置端口速度寄存器 GPIOx_OSPD 的输出速度等级，在这里我们选择 50MHz 的频率；

端口输出模式寄存器 GPIOB_OMODE

GPIO 的开漏输出模式需要外接上拉电阻，才能够输出高电平，不适用于当前的电路连接关系，在这里我们需要通过端口输出模式寄存器 GPIOB_OMODE，将其设置为推挽输出模式：

同样已知 GPIOB 的寄存器基地址为 0x4800 0400，而端口输出模式寄存器 GPIOB_OMODE 的地址偏移量为 0x04，那么 GPIOB_OMODE 的准确寄存器地址为：

1	GPIOB_OMODE = 0x4800 0400 + 0x04 = 0x4800 0404

根据上图的描述可知，向 GPIOB_OMODE 寄存器的第 8 位写入 0，就可以将其配置为推挽输出模式：

1	GPIOB_OMODE &= ~(0x01 << 8) // 将 GPIOB_OMODE 的第 8 位置为 0

端口速度寄存器 GPIOB_OSPD

接下来，需要再将端口速度寄存器 GPIOx_OSPD 的输出频率设置为 50MHz：

根据前面的计算方法，已知 GPIOB 的寄存器基地址为 0x4800 0400，而端口速度寄存器 GPIOB_OSPD 的地址偏移量为 0x08，则 GPIOB_OSPD 的准确寄存器地址，可以按照如下方式进行计算得到：

1	GPIOB_OSPD = 0x4800 0400 + 0x08 = 0x4800 0408

根据上图描述的信息，可以向 GPIOB_OSPD 寄存器的第 17 和第 16 位写入 10（复位值），就可以将其配置为 2MHz 的输出速率：

1	GPIOB_OSPD \|= (0x02 << (2 * 8)); // 向第 17 和 16 位写入 10

而向 GPIOB_OSPD 寄存器的第 17 和第 16 位写入 01，则可以将其配置为 10MHz 的输出速率：

1	GPIOB_OSPD \|= (0x01 << (2 * 8)); // 向第 17 和 16 位写入 10

如果向 GPIOB_OSPD 寄存器的第 17 和第 16 位写入的是 11，则可以将其配置为 50MHz 的输出速率，也就是当前需要为 UINIO-MCU-GD32F350RBT6 的 GPIOB 配置的目标频率：

1	GPIOB_OSPD &= ~(0x03 << (2 * 8)); // 向第 17 和 16 位写入 11

注意：十六进制 0x03 的二进制形式为 0000 0011，十六进制 0x02 的二进制形式为 0000 0010，十六进制 0x01 的二进制形式为 0000 0001。

控制 GPIO 的输出状态

配置好 GPIOB8 对应的端口时钟、工作模式、输出类型之后，就可以通过使其输出高电平点亮 LED 发光二极管，或者通过低电平熄灭 LED 发光二极管。

端口输出控制寄存器 GPIOB_OCTL

根据用户手册已知 GPIOB 的寄存器基地址为 0x4800 0400，而端口输出模式寄存器 GPIOB_OCTL 的地址偏移量为 0x14：

那么端口输出控制寄存器 GPIOB_OCTL 的实际地址，就可以通过下面的等式计算得到：

1	GPIOB_OCTL = 0x4800 0400 + 0x14 = 0x4800 0414

通过向上图当中 GPIOB_OCTL 寄存器的第 8 位 OCTL8 位写入 1 或者 0，就可以控制相应的 GPIO 引脚输出高电平或者低电平：

1 2	GPIOB_OCTL &= ~ (0x01 << 8); // 输出低电平 GPIOB_OCTL \|= (0x01 << 8); // 输出高电平

端口位操作寄存器 GPIOB_BOP

除此之外，我们还可以通过端口位操作寄存器 GPIOB_BOP 来操作 GPIO 端口的状态。根据用户手册已知 GPIOB 的寄存器基地址为 0x4800 0400，而端口输出模式寄存器 GPIOB_BOP 的地址偏移量为 0x18：

那么端口输出控制寄存器 GPIOB_BOP 的实际地址，就可以通过下面的计算过程获得：

1	GPIOB_BOP = 0x4800 0400 + 0x18 = 0x4800 0418

观察可以发现 GPIOB_BOP 寄存器的高 16 位和低 16 位的每一位，都分别对应着一个 GPIO 引脚。其中低十六位 $CR_{0 \sim 15}$ 是置 1 位，而高十六位 $BOP_{0 \sim 15}$ 则属于清 0 位：

GPIOB_BOP 寄存器的高十六位 $CR_{0 \sim 15}$：置为 1 输出低电平，置 0 电平状态不改变；
GPIOB_BOP 寄存器的低十六位 $BOP_{0 \sim 15}$：置为 1 输出高电平，置 0 电平状态不改变；

1 2	GPIOB_BOP \|= (0x01 << (8 + 16)); // 输出低电平 GPIOB_BOP \|= (0x01 << 8); // 输出高电平

完整 Keil µVision 工程代码

在 Keil-GD32F350RBT6 工程的 Driver 目录下建立一个名为 LED 的子目录，然后分别新建 LED.h 和 LED.c 两个源文件，并且在 main.c 里包含 LED.h 头文件，全部的示例代码内容如下面所示，即 UINIO-MCU-GD32F350RBT6 工程 Examples 目录下的 1-LED-Register 工程：

Drivers/LED.h

/*========== LED.h ==========*/
#ifndef UINIO_Driver_LED_H
#define UINIO_Driver_LED_H

#include "gd32f3x0.h"
#include "systick.h"

#define UINIO_RCU_BASE (unsigned int)0x40021000U                      // RCU 寄存器的基地址
#define UINIO_RCU_AHBEN *(unsigned int *)(UINIO_RCU_BASE + 0x14U)     // AHB 使能寄存器地址

#define UINIO_GPIOB_BASE (unsigned int)0x48000400U                    // GPIOB 的基地址
#define UINIO_GPIOB_CTL *(unsigned int *)(UINIO_GPIOB_BASE + 0x00U)   // GPIOB 控制寄存器的地址
#define UINIO_GPIOB_PUD *(unsigned int *)(UINIO_GPIOB_BASE + 0x0CU)   // GPIOB 的上下拉寄存器的地址
#define UINIO_GPIOB_OMODE *(unsigned int *)(UINIO_GPIOB_BASE + 0x04U) // GPIOB 的输出模式寄存器的地址
#define UINIO_GPIOB_OSPD *(unsigned int *)(UINIO_GPIOB_BASE + 0x08U)  // GPIOB 的速度寄存器的地址
#define UINIO_GPIOB_OCTL *(unsigned int *)(UINIO_GPIOB_BASE + 0x14U)  // GPIOB 的输出控制寄存器的地址
#define UINIO_GPIOB_BOP *(unsigned int *)(UINIO_GPIOB_BASE + 0x18U)   // GPIOB 的位操作寄存器的地址

void UINIO_LED_GPIO_Config(void); // LED 相关的 GPIO 端口配置函数

#endif /* UINIO_Driver_LED_H */

Drivers/LED.c

/*========== LED.c ==========*/
#include "LED.h"

/* LED 相关的 GPIO 端口配置函数 */
void UINIO_LED_GPIO_Config(void) {
  /* AHB 总线使能寄存器 RCU_AHBEN */
  UINIO_RCU_AHBEN |= (0x01 << 18);         // RCU_AHBEN 寄存器的第 18 位置为 1

  /* 配置端口控制寄存器 GPIOB_CTL */
  UINIO_GPIOB_CTL &= ~(0x03 << (2*8));     // 把 GPIOB_CTL 的第 17 和 16 位置为 00
  UINIO_GPIOB_CTL |= (0x01 << (2*8));      // 配置 GPIOB_CTL 的第 17 和 16 位为 01

  /* 配置端口上下拉寄存器 GPIOB_PUD */
  UINIO_GPIOB_PUD &= ~(0x03 << (2 * 8));   // 将 GPIOB_PUD 的第 17 和 16 位清零
  UINIO_GPIOB_PUD |= (0x00 << (2 * 8));    // 配置 GPIOB_PUD 的第 17 和 16 位为 00

  /* 端口输出模式寄存器 GPIOB_OMODE */
  UINIO_GPIOB_OMODE &= ~(0x01 << 8);       // 将 GPIOB_OMODE 的第 8 位置为 0

  /* 端口速度寄存器 GPIOB_OSPD */
  UINIO_GPIOB_OSPD &=  (0x03 << (2 * 8));  // 向 GPIOB_OSPD 的第 17 和 16 位写入 11
}

Sources/main.c

/*========== main.c ==========*/
#include "gd32f3x0.h"
#include "main.h"

#include "../Drivers/LED/LED.h"

int main(void) {
  systick_config();         // 配置系统滴答定时器
  UINIO_LED_GPIO_Config();  // 配置连接 LED 的 GPIO 端口

  /* 端口输出控制寄存器 GPIOB_OCTL 方式控制 LED */
  UINIO_GPIOB_OCTL &= ~(0x01 << 8);      // 输出低电平，LED 熄灭
  UINIO_GPIOB_OCTL |=  (0x01 << 8);      // 输出高电平，LED 点亮

  /* 端口位操作寄存器 GPIOB_BOP 方式控制 LED */
  UINIO_GPIOB_BOP |= (0x01 << (8 + 16)); // 输出低电平，LED 熄灭
  UINIO_GPIOB_BOP |= (0x01 << 8);        // 输出高电平，LED 点亮

  while(1) {}
}

通过 GPIO 固件库控制 LED

本节内容将采用兆易创新官方提供的标准外设固件库 GD32F3x0_Firmware_Library_V2.2.1 来完成点亮 LED 的实验，这通常需要经历如下四个步骤：

调用 rcu_periph_clock_enable() 固件库函数使能 GPIO 端口对应的外设时钟：

1	void rcu_periph_clock_enable(rcu_periph_enum periph);

通过 gpio_mode_set() 函数配置 GPIO 端口的工作模式以及设置上下拉电阻状态：

1	void gpio_mode_set(uint32_t gpio_periph, uint32_t mode, uint32_t pull_up_down, uint32_t pin);

通过 gpio_output_options_set() 函数配置指定 GPIO 引脚的输出类型与速率：

1	`void gpio_output_options_set(uint32_t gpio_periph, uint8_t otype, uint32_t speed, uint32_t pin);

通过 gpio_bit_set/write() 指定 GPIO 引脚的电平状态：

1	void gpio_bit_set/write(uint32_t gpio_periph, uint32_t pin)

使能 GPIO 外设时钟

官方固件库 Firmware\GD32F3x0_standard_peripheral\Include 目录下的头文件 gd32f3x0_rcu.h 里，定义了一个专门用于使能外设时钟的库函数：

1	void rcu_periph_clock_enable(rcu_periph_enum periph)

这个函数的 periph 参数是一个 rcu_periph_enum 枚举类型的变量，其具体的定义如下面所示：

/* peripheral clock enable */
typedef enum {
    /* AHB peripherals */
    RCU_DMA     = RCU_REGIDX_BIT(IDX_AHBEN, 0U),                  /*!< DMA clock */
    RCU_CRC     = RCU_REGIDX_BIT(IDX_AHBEN, 6U),                  /*!< CRC clock */
    RCU_GPIOA   = RCU_REGIDX_BIT(IDX_AHBEN, 17U),                 /*!< GPIOA clock */
    RCU_GPIOB   = RCU_REGIDX_BIT(IDX_AHBEN, 18U),                 /*!< GPIOB clock */
    RCU_GPIOC   = RCU_REGIDX_BIT(IDX_AHBEN, 19U),                 /*!< GPIOC clock */
    RCU_GPIOD   = RCU_REGIDX_BIT(IDX_AHBEN, 20U),                 /*!< GPIOD clock */
    RCU_GPIOF   = RCU_REGIDX_BIT(IDX_AHBEN, 22U),                 /*!< GPIOF clock */
    RCU_TSI     = RCU_REGIDX_BIT(IDX_AHBEN, 24U),                 /*!< TSI clock */

    /* APB2 peripherals */
    RCU_CFGCMP  = RCU_REGIDX_BIT(IDX_APB2EN, 0U),                 /*!< CFGCMP clock */
    RCU_ADC     = RCU_REGIDX_BIT(IDX_APB2EN, 9U),                 /*!< ADC clock */
    RCU_TIMER0  = RCU_REGIDX_BIT(IDX_APB2EN, 11U),                /*!< TIMER0 clock */
    RCU_SPI0    = RCU_REGIDX_BIT(IDX_APB2EN, 12U),                /*!< SPI0 clock */
    RCU_USART0  = RCU_REGIDX_BIT(IDX_APB2EN, 14U),                /*!< USART0 clock */
    RCU_TIMER14 = RCU_REGIDX_BIT(IDX_APB2EN, 16U),                /*!< TIMER14 clock */
    RCU_TIMER15 = RCU_REGIDX_BIT(IDX_APB2EN, 17U),                /*!< TIMER15 clock */
    RCU_TIMER16 = RCU_REGIDX_BIT(IDX_APB2EN, 18U),                /*!< TIMER16 clock */

    /* APB1 peripherals */
    RCU_TIMER1  = RCU_REGIDX_BIT(IDX_APB1EN, 0U),                 /*!< TIMER1 clock */
    RCU_TIMER2  = RCU_REGIDX_BIT(IDX_APB1EN, 1U),                 /*!< TIMER2 clock */
    RCU_TIMER13 = RCU_REGIDX_BIT(IDX_APB1EN, 8U),                 /*!< TIMER13 clock */
    RCU_WWDGT   = RCU_REGIDX_BIT(IDX_APB1EN, 11U),                /*!< WWDGT clock */
    RCU_SPI1    = RCU_REGIDX_BIT(IDX_APB1EN, 14U),                /*!< SPI1 clock */
    RCU_USART1  = RCU_REGIDX_BIT(IDX_APB1EN, 17U),                /*!< USART1 clock */
    RCU_I2C0    = RCU_REGIDX_BIT(IDX_APB1EN, 21U),                /*!< I2C0 clock */
    RCU_I2C1    = RCU_REGIDX_BIT(IDX_APB1EN, 22U),                /*!< I2C1 clock */
    RCU_PMU     = RCU_REGIDX_BIT(IDX_APB1EN, 28U),                /*!< PMU clock */
#if defined(GD32F350)
    RCU_DAC     = RCU_REGIDX_BIT(IDX_APB1EN, 29U),                /*!< DAC clock */
    RCU_CEC     = RCU_REGIDX_BIT(IDX_APB1EN, 30U),                /*!< CEC clock */
    RCU_TIMER5  = RCU_REGIDX_BIT(IDX_APB1EN, 4U),                 /*!< TIMER5 clock */
    RCU_USBFS   = RCU_REGIDX_BIT(IDX_AHBEN, 12U),                 /*!< USBFS clock */
#endif /* GD32F350 */
    RCU_RTC     = RCU_REGIDX_BIT(IDX_BDCTL, 15U),                 /*!< RTC clock */

    /* RCU_ADDAPB1EN */
    RCU_CTC     = RCU_REGIDX_BIT(IDX_ADDAPB1EN, 27U)              /*!< CTC clock */
} rcu_periph_enum;

观察可以发现，如果向 rcu_periph_clock_enable() 函数传入上述枚举类型变量当中的枚举值 RCU_GPIOB，就可以使能 GPIOB 对应的外设时钟：

1	rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOB);

配置 GPIO 模式

类似的，固件库 Firmware\GD32F3x0_standard_peripheral\Include 目录下的头文件 gd32f3x0_gpio.h 里定义了一个用于设置 GPIO 工作模式的函数：

1 2	/* set GPIO mode */ void gpio_mode_set(uint32_t gpio_periph, uint32_t mode, uint32_t pull_up_down, uint32_t pin);

该函数的四个参数，分别用于 设置 GPIO 分组、配置工作模式、选择上下拉状态、指定 GPIO 引脚，具体参数选项请参考下面的源代码片断：

/* GPIOx(x=A,B,C,D,F) definitions */
#define GPIOA                      (GPIO_BASE + 0x00000000U)
#define GPIOB                      (GPIO_BASE + 0x00000400U)
#define GPIOC                      (GPIO_BASE + 0x00000800U)
#define GPIOD                      (GPIO_BASE + 0x00000C00U)
#define GPIOF                      (GPIO_BASE + 0x00001400U)

/* output mode definitions */
#define GPIO_MODE_INPUT            CTL_CLTR(0)           /*!< input mode */
#define GPIO_MODE_OUTPUT           CTL_CLTR(1)           /*!< output mode */
#define GPIO_MODE_AF               CTL_CLTR(2)           /*!< alternate function mode */
#define GPIO_MODE_ANALOG           CTL_CLTR(3)           /*!< analog mode */

/* pull-up/pull-down definitions */
#define PUD_PUPD(regval)           (BITS(0,1) & ((uint32_t)(regval) << 0))
#define GPIO_PUPD_NONE             PUD_PUPD(0)           /*!< floating mode, no pull-up and pull-down resistors */
#define GPIO_PUPD_PULLUP           PUD_PUPD(1)           /*!< with pull-up resistor */
#define GPIO_PUPD_PULLDOWN         PUD_PUPD(2)           /*!< with pull-down resistor */

/* GPIO pin definitions */
#define GPIO_PIN_0                 BIT(0)                /*!< GPIO pin 0 */
#define GPIO_PIN_1                 BIT(1)                /*!< GPIO pin 1 */
#define GPIO_PIN_2                 BIT(2)                /*!< GPIO pin 2 */
#define GPIO_PIN_3                 BIT(3)                /*!< GPIO pin 3 */
#define GPIO_PIN_4                 BIT(4)                /*!< GPIO pin 4 */
#define GPIO_PIN_5                 BIT(5)                /*!< GPIO pin 5 */
#define GPIO_PIN_6                 BIT(6)                /*!< GPIO pin 6 */
#define GPIO_PIN_7                 BIT(7)                /*!< GPIO pin 7 */
#define GPIO_PIN_8                 BIT(8)                /*!< GPIO pin 8 */
#define GPIO_PIN_9                 BIT(9)                /*!< GPIO pin 9 */
#define GPIO_PIN_10                BIT(10)               /*!< GPIO pin 10 */
#define GPIO_PIN_11                BIT(11)               /*!< GPIO pin 11 */
#define GPIO_PIN_12                BIT(12)               /*!< GPIO pin 12 */
#define GPIO_PIN_13                BIT(13)               /*!< GPIO pin 13 */
#define GPIO_PIN_14                BIT(14)               /*!< GPIO pin 14 */
#define GPIO_PIN_15                BIT(15)               /*!< GPIO pin 15 */
#define GPIO_PIN_ALL               BITS(0,15)            /*!< GPIO pin all */

例如现在要配置 GPIOB8 引脚为悬空输出模式，则只需要向 gpio_mode_set() 函数传入相应的参数即可：

1	gpio_mode_set(GPIOB, GPIO_MODE_OUTPUT, GPIO_PUPD_NONE, GPIO_PIN_8);

配置 GPIO 输出类型与速度

固件库 Firmware\GD32F3x0_standard_peripheral\Include 目录下的 gd32f3x0_gpio.h 头文件里面，同样定义有一个用于设置 GPIO 输出类型和速率的库函数：

1	void gpio_output_options_set(uint32_t gpio_periph, uint8_t otype, uint32_t speed, uint32_t pin);

这个函数的四个参数，则是分别用于 设置 GPIO 分组、配置输出类型、最大输出速率，具体的参数选项同样请参考下面的源代码片断：

/* GPIO output type */
#define GPIO_OTYPE_PP              ((uint8_t)(0x00U))    /*!< push pull mode */
#define GPIO_OTYPE_OD              ((uint8_t)(0x01U))    /*!< open drain mode */

/* GPIO output max speed value */
#define GPIO_OSPEED_2MHZ           OSPD_OSPD0(0)                     /*!< output max speed 2MHz */
#define GPIO_OSPEED_10MHZ          OSPD_OSPD0(1)                     /*!< output max speed 10MHz */
#define GPIO_OSPEED_50MHZ          OSPD_OSPD0(3)                     /*!< output max speed 50MHz */
#define GPIO_OSPEED_MAX            ((uint32_t)0x0000FFFFU)           /*!< GPIO very high output speed, max speed more than 50MHz */

例如当前要配置 GPIOB8 引脚为推挽输出方式，其最大输出速率为 50MHz，则只需要向 gpio_output_options_set() 函数传入下面的参数即可：

1	gpio_output_options_set(GPIOB, GPIO_OTYPE_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_8);

指定 GPIO 引脚电平状态

固件库的 gd32f3x0_gpio.h 头文件里，存在着下面三个可以用于定义 GPIO 引脚电平状态的函数：

/* set GPIO pin bit */
void gpio_bit_set(uint32_t gpio_periph, uint32_t pin);
void gpio_bit_reset(uint32_t gpio_periph, uint32_t pin);

/* write data to the specified GPIO pin */
void gpio_bit_write(uint32_t gpio_periph, uint32_t pin, bit_status bit_value);

其中 gpio_bit_set() 和 gpio_bit_reset() 函数用于指定 GPIO 引脚为固定的高电平状态：

1 2	gpio_bit_set(GPIOB, GPIO_PIN_8); // 指定 GPIOB8 引脚为高电平 gpio_bit_reset(GPIOB, GPIO_PIN_8); // 指定 GPIOB8 引脚为低电平

而 gpio_bit_write() 函数则可以用来灵活的设置 GPIO 引脚为高电平或者低电平状态：

1 2	gpio_bit_write(GPIOB, GPIO_PIN_8, 0); // 让 GPIOB8 引脚输出低电平 gpio_bit_write(GPIOB, GPIO_PIN_8, 1); // 让 GPIOB8 引脚输出高电平

完整 Keil µVision 工程代码

接下来，将 Keil-GD32F350RBT6 示例工程里的 LED.h 和 LED.c 以及 main.c 替换为使用固件库的版本，全部的示例代码内容如下面所示，即 UINIO-MCU-GD32F350RBT6 工程 Examples 目录下的 2-LED-Library 工程：

Drivers/LED.h

/*========== UINIO_LED.h ==========*/
#ifndef UINIO_LED_H
#define UINIO_LED_H

#include "gd32f3x0.h"

#define UINIO_LED_RCU  RCU_GPIOB   // 宏定义 LED 对应的 GPIO 端口时钟
#define UINIO_LED_PORT GPIOB       // 宏定义 LED 对应的 GPIO 端口
#define UINIO_LED_PIN  GPIO_PIN_8  // 宏定义 LED 对应的 GPIO 引脚

void UINIO_LED_GPIO_Config(void);  // LED 关联 GPIO 引脚的配置函数
#endif /* UINIO_LED_H */

Drivers/LED.c

/*========== UINIO_LED.c ==========*/
#include "LED.h"

/* LED 对应 GPIO 引脚的配置函数 */
void UINIO_LED_GPIO_Config(void) {
  rcu_periph_clock_enable(UINIO_LED_RCU);                                                   // 使能 GIPO 外设对应的 RCU 复位和时钟单元
  gpio_mode_set(UINIO_LED_PORT, GPIO_MODE_OUTPUT, GPIO_PUPD_NONE, UINIO_LED_PIN);           // 配置 GPIO 为浮空输出模式
  gpio_output_options_set(UINIO_LED_PORT, GPIO_OTYPE_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ, UINIO_LED_PIN); // 设置 GPIO 的输出模式为推挽输出，速度为 50MHz
}

Sources/main.c

/*========== main.c ==========*/
#include "gd32f3x0.h"

#include "main.h"
#include "../Drivers/LED/LED.h"

int main(void) {
  UINIO_LED_GPIO_Config();  // 初始化 LED 相关的 GPIO 引脚

  gpio_bit_set(UINIO_LED_PORT, UINIO_LED_PIN);             // GPIOB8 输出高电平
  gpio_bit_reset(UINIO_LED_PORT, UINIO_LED_PIN);           // GPIOB8 输出低电平

  gpio_bit_write(UINIO_LED_PORT, UINIO_LED_PIN, RESET);    // GPIOB8 输出低电平
  gpio_bit_write(UINIO_LED_PORT, UINIO_LED_PIN, SET);      // GPIOB8 输出高电平

  while(1) {}
}

启动文件 startup_gd32f3x0.s 剖析

在开启进一步的标准固件库学习之前，首先需要了解 Keil-GD32F350RBT6 工程的启动顺序，其中 Firmware\CMSIS\GD\GD32F3x0\Source\ARM 目录下的 startup_gd32f3x0.s 源文件是 GD32F350RBT6 微控制器上电复位之后，执行的第一段程序（由汇编语言编写），该程序主要完成了如下几项工作：

配置栈信息；
配置堆信息；
映射向量表；
设置复位处理程序；
定义异常/外部中断处理程序；
初始化用户堆栈；

在接下来的内容当中，将会根据执行顺序依次探讨 startup_gd32f3x0.s 当中各个代码块的功能与用途。

配置栈信息

栈主要用于存放局部变量、函数调用、函数形式参数，其由高向低生长，且容量不能超过片上 SRAM 存储器的容量大小。

; <h> Stack Configuration
;   <o> Stack Size (in Bytes) <0x0-0xFFFFFFFF:8>
; </h>

Stack_Size      EQU     0x00000400

                AREA    STACK, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3
Stack_Mem       SPACE   Stack_Size
__initial_sp

上面的汇编代码，开辟了一个大小为 0X00000400 (1KB) 名称为 STACK 的栈，其中 NOINIT 表示不初始化，READWRITE 表示可读可写，ALIGN=3 表示 $2^3 = 8$ 字节对齐。最后的 __initial_sp 表示栈的结束地址，也就是栈顶地址。

配置堆信息

堆主要用于完成动态内存分配，其由低向高生长，例如 malloc() 函数申请的内存就位于在堆上面。

; <h> Heap Configuration
;   <o>  Heap Size (in Bytes) <0x0-0xFFFFFFFF:8>
; </h>

Heap_Size       EQU     0x00000400

                AREA    HEAP, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3
__heap_base
Heap_Mem        SPACE   Heap_Size
__heap_limit

                PRESERVE8
                THUMB

上面的汇编代码，开辟了一个大小为 0X00000400 (1KB) 名称为 HEAP 的堆，同样的 NOINIT 表示不初始化，READWRITE 表示可读可写，ALIGN=3 表示 $2^3 = 8$ 字节对齐。

除此之外，__heap_base 表示堆的起始地址，而 __heap_limit 表示堆的结束地址。后续的 PRESERVE8 表示保留 8 字节对齐，而 THUMB 表示兼容 THUMB 指令集。

映射向量表

向量表是一个 32 位 WORD 字数组，其按照 4 字节进行边界对齐，从片上 Flash 的零地址开始进行放置，这个数组保存着一系列程序的入口地址，当 GD32F350RBT6 微控制器处于不同的预定义状态时，就会通过查找向量表，进入执行对应地址的程序：

;               /* reset Vector Mapped to at Address 0 */
                AREA    RESET, DATA, READONLY
                EXPORT  __Vectors
                EXPORT  __Vectors_End
                EXPORT  __Vectors_Size

__Vectors       DCD     __initial_sp                      ; Top of Stack
                DCD     Reset_Handler                     ; Reset Handler
                DCD     NMI_Handler                       ; NMI Handler
                DCD     HardFault_Handler                 ; Hard Fault Handler
                DCD     MemManage_Handler                 ; MPU Fault Handler
                DCD     BusFault_Handler                  ; Bus Fault Handler
                DCD     UsageFault_Handler                ; Usage Fault Handler
                DCD     0                                 ; Reserved
                DCD     0                                 ; Reserved
                DCD     0                                 ; Reserved
                DCD     0                                 ; Reserved
                DCD     SVC_Handler                       ; SVCall Handler
                DCD     DebugMon_Handler                  ; Debug Monitor Handler
                DCD     0                                 ; Reserved
                DCD     PendSV_Handler                    ; PendSV Handler
                DCD     SysTick_Handler                   ; SysTick Handler

;               /* external interrupts handler */
                DCD     WWDGT_IRQHandler                  ; 16:Window Watchdog Timer
                DCD     LVD_IRQHandler                    ; 17:LVD through EXTI Line detect
                DCD     RTC_IRQHandler                    ; 18:RTC through EXTI Line
                DCD     FMC_IRQHandler                    ; 19:FMC
                DCD     RCU_CTC_IRQHandler                ; 20:RCU and CTC
                DCD     EXTI0_1_IRQHandler                ; 21:EXTI Line 0 and EXTI Line 1
                DCD     EXTI2_3_IRQHandler                ; 22:EXTI Line 2 and EXTI Line 3
                DCD     EXTI4_15_IRQHandler               ; 23:EXTI Line 4 to EXTI Line 15
                DCD     TSI_IRQHandler                    ; 24:TSI
                DCD     DMA_Channel0_IRQHandler           ; 25:DMA Channel 0
                DCD     DMA_Channel1_2_IRQHandler         ; 26:DMA Channel 1 and DMA Channel 2
                DCD     DMA_Channel3_4_IRQHandler         ; 27:DMA Channel 3 and DMA Channel 4
                DCD     ADC_CMP_IRQHandler                ; 28:ADC and Comparator 0-1
                DCD     TIMER0_BRK_UP_TRG_COM_IRQHandler  ; 29:TIMER0 Break,Update,Trigger and Commutation
                DCD     TIMER0_Channel_IRQHandler         ; 30:TIMER0 Channel Capture Compare
                DCD     TIMER1_IRQHandler                 ; 31:TIMER1
                DCD     TIMER2_IRQHandler                 ; 32:TIMER2
                DCD     TIMER5_DAC_IRQHandler             ; 33:TIMER5 and DAC
                DCD     0                                 ; Reserved
                DCD     TIMER13_IRQHandler                ; 35:TIMER13
                DCD     TIMER14_IRQHandler                ; 36:TIMER14
                DCD     TIMER15_IRQHandler                ; 37:TIMER15
                DCD     TIMER16_IRQHandler                ; 38:TIMER16
                DCD     I2C0_EV_IRQHandler                ; 39:I2C0 Event
                DCD     I2C1_EV_IRQHandler                ; 40:I2C1 Event
                DCD     SPI0_IRQHandler                   ; 41:SPI0
                DCD     SPI1_IRQHandler                   ; 42:SPI1
                DCD     USART0_IRQHandler                 ; 43:USART0
                DCD     USART1_IRQHandler                 ; 44:USART1
                DCD     0                                 ; Reserved
                DCD     CEC_IRQHandler                    ; 46:CEC
                DCD     0                                 ; Reserved
                DCD     I2C0_ER_IRQHandler                ; 48:I2C0 Error
                DCD     0                                 ; Reserved
                DCD     I2C1_ER_IRQHandler                ; 50:I2C1 Error
                DCD     0                                 ; Reserved
                DCD     0                                 ; Reserved
                DCD     0                                 ; Reserved
                DCD     0                                 ; Reserved
                DCD     0                                 ; Reserved
                DCD     0                                 ; Reserved
                DCD     0                                 ; Reserved
                DCD     USBFS_WKUP_IRQHandler             ; 58:USBFS Wakeup
                DCD     0                                 ; Reserved
                DCD     0                                 ; Reserved
                DCD     0                                 ; Reserved
                DCD     0                                 ; Reserved
                DCD     0                                 ; Reserved
                DCD     DMA_Channel5_6_IRQHandler         ; 64:DMA Channel5 and Channel6
                DCD     0                                 ; Reserved
                DCD     0                                 ; Reserved
                DCD     0                                 ; Reserved
                DCD     0                                 ; Reserved
                DCD     0                                 ; Reserved
                DCD     0                                 ; Reserved
                DCD     0                                 ; Reserved
                DCD     0                                 ; Reserved
                DCD     0                                 ; Reserved
                DCD     0                                 ; Reserved
                DCD     0                                 ; Reserved
                DCD     0                                 ; Reserved
                DCD     0                                 ; Reserved
                DCD     0                                 ; Reserved
                DCD     0                                 ; Reserved
                DCD     0                                 ; Reserved
                DCD     0                                 ; Reserved
                DCD     0                                 ; Reserved
                DCD     USBFS_IRQHandler                  ; 83:USBFS
__Vectors_End

__Vectors_Size  EQU     __Vectors_End - __Vectors

上述汇编代码中的 __Vectors 表示向量表的起始地址，而 __Vectors_End 表示向量表的结束地址。除此之外，其中的 DCD 指令用于分配和初始化一个或者多个以字 Word 为单位的内存空间，并且以 4 字节进行对齐。

设置复位处理程序

复位处理程序是 GD32F350RBT6 上电之后首个要运行的程序，其首先会调用 SystemInit 函数初始化系统时钟，然后再调用 C 库函数 __main 进入用户定义的主函数 main()：

SystemInit() 是一个 ARM 标准库函数，定义在 Keil-GD32F350RBT6 工程 Firmware\CMSIS\GD\GD32F3x0\Source 目录下的 system_gd32f3x0.c 当中（即 CMSIS Cortex-M4 外设接入层源文件），主要用于初始化各种系统时钟。
__main 是一个标准 C 库函数，主要用于初始化用户堆栈，并且会在最后调用自定义的 main() 函数，这也就是 main() 总是作为 Keil uVision5 工程入口函数的原因所在。

                AREA    |.text|, CODE, READONLY

;/* reset Handler */
Reset_Handler   PROC
                EXPORT  Reset_Handler                     [WEAK]
                IMPORT  SystemInit
                IMPORT  __main
                LDR     R0, =SystemInit
                BLX     R0
                LDR     R0, =__main
                BX      R0
                ENDP

注意：上述源文件当中的第一句代码，用于定义一个名称为 .text 的只读代码段区域。

定义异常/外部中断处理程序

接下来的代码片段，定义了一系列的异常处理程序和外部中断处理程序，而这些程序的完整实现则保存在外部的 .c 源文件当中。当出现相关异常或者发生指定外部中断的时候，程序的执行流程就会跳转至这里指定的各种服务程序当中：

;/* dummy Exception Handlers */
NMI_Handler     PROC
                EXPORT  NMI_Handler                       [WEAK]
                B       .
                ENDP
HardFault_Handler\
                PROC
                EXPORT  HardFault_Handler                 [WEAK]
                B       .
                ENDP
MemManage_Handler\
                PROC
                EXPORT  MemManage_Handler                 [WEAK]
                B       .
                ENDP
BusFault_Handler\
                PROC
                EXPORT  BusFault_Handler                  [WEAK]
                B       .
                ENDP
UsageFault_Handler\
                PROC
                EXPORT  UsageFault_Handler                [WEAK]
                B       .
                ENDP
SVC_Handler     PROC
                EXPORT  SVC_Handler                       [WEAK]
                B       .
                ENDP
DebugMon_Handler\
                PROC
                EXPORT  DebugMon_Handler                  [WEAK]
                B       .
                ENDP
PendSV_Handler\
                PROC
                EXPORT  PendSV_Handler                    [WEAK]
                B       .
                ENDP
SysTick_Handler\
                PROC
                EXPORT  SysTick_Handler                   [WEAK]
                B       .
                ENDP

Default_Handler PROC
;               /* external interrupts handler */
                EXPORT  WWDGT_IRQHandler                  [WEAK]
                EXPORT  LVD_IRQHandler                    [WEAK]
                EXPORT  RTC_IRQHandler                    [WEAK]
                EXPORT  FMC_IRQHandler                    [WEAK]
                EXPORT  RCU_CTC_IRQHandler                [WEAK]
                EXPORT  EXTI0_1_IRQHandler                [WEAK]
                EXPORT  EXTI2_3_IRQHandler                [WEAK]
                EXPORT  EXTI4_15_IRQHandler               [WEAK]
                EXPORT  TSI_IRQHandler                    [WEAK]
                EXPORT  DMA_Channel0_IRQHandler           [WEAK]
                EXPORT  DMA_Channel1_2_IRQHandler         [WEAK]
                EXPORT  DMA_Channel3_4_IRQHandler         [WEAK]
                EXPORT  ADC_CMP_IRQHandler                [WEAK]
                EXPORT  TIMER0_BRK_UP_TRG_COM_IRQHandler  [WEAK]
                EXPORT  TIMER0_Channel_IRQHandler         [WEAK]
                EXPORT  TIMER1_IRQHandler                 [WEAK]
                EXPORT  TIMER2_IRQHandler                 [WEAK]
                EXPORT  TIMER5_DAC_IRQHandler             [WEAK]
                EXPORT  TIMER13_IRQHandler                [WEAK]
                EXPORT  TIMER14_IRQHandler                [WEAK]
                EXPORT  TIMER15_IRQHandler                [WEAK]
                EXPORT  TIMER16_IRQHandler                [WEAK]
                EXPORT  I2C0_EV_IRQHandler                [WEAK]
                EXPORT  I2C1_EV_IRQHandler                [WEAK]
                EXPORT  SPI0_IRQHandler                   [WEAK]
                EXPORT  SPI1_IRQHandler                   [WEAK]
                EXPORT  USART0_IRQHandler                 [WEAK]
                EXPORT  USART1_IRQHandler                 [WEAK]
                EXPORT  CEC_IRQHandler                    [WEAK]
                EXPORT  I2C0_ER_IRQHandler                [WEAK]
                EXPORT  I2C1_ER_IRQHandler                [WEAK]
                EXPORT  USBFS_WKUP_IRQHandler             [WEAK]
                EXPORT  DMA_Channel5_6_IRQHandler         [WEAK]
                EXPORT  USBFS_IRQHandler                  [WEAK]

;/* external interrupts handler */
WWDGT_IRQHandler
LVD_IRQHandler
RTC_IRQHandler
FMC_IRQHandler
RCU_CTC_IRQHandler
EXTI0_1_IRQHandler
EXTI2_3_IRQHandler
EXTI4_15_IRQHandler
TSI_IRQHandler
DMA_Channel0_IRQHandler
DMA_Channel1_2_IRQHandler
DMA_Channel3_4_IRQHandler
ADC_CMP_IRQHandler
TIMER0_BRK_UP_TRG_COM_IRQHandler
TIMER0_Channel_IRQHandler
TIMER1_IRQHandler
TIMER2_IRQHandler
TIMER5_DAC_IRQHandler
TIMER13_IRQHandler
TIMER14_IRQHandler
TIMER15_IRQHandler
TIMER16_IRQHandler
I2C0_EV_IRQHandler
I2C1_EV_IRQHandler
SPI0_IRQHandler
SPI1_IRQHandler
USART0_IRQHandler
USART1_IRQHandler
CEC_IRQHandler
I2C0_ER_IRQHandler
I2C1_ER_IRQHandler
USBFS_WKUP_IRQHandler
DMA_Channel5_6_IRQHandler
USBFS_IRQHandler

                B       .
                ENDP

注意：上述汇编代码当中的 B . 语句表示进入了一个无限循环，即通俗意义上的死循环。

初始化用户堆栈

接着判断当前 Keil uVision5 工程是否启用有 __MICROLIB 库，如果有启用就赋予栈顶地址 __initial_sp、堆起始地址 __heap_base、堆结束地址 __heap_limit。如果没有启用，则会使用双段存储器模式，并且由用户来初始化堆栈空间：

                ALIGN

; user Initial Stack & Heap

                IF      :DEF:__MICROLIB

                EXPORT  __initial_sp
                EXPORT  __heap_base
                EXPORT  __heap_limit

                ELSE

                IMPORT  __use_two_region_memory
                EXPORT  __user_initial_stackheap

__user_initial_stackheap PROC
                LDR     R0, =  Heap_Mem
                LDR     R1, =(Stack_Mem + Stack_Size)
                LDR     R2, = (Heap_Mem +  Heap_Size)
                LDR     R3, = Stack_Mem
                BX      LR
                ENDP

                ALIGN

                ENDIF

                END

注意：上述代码当中的 END 是一个汇编程序结束标记。

时钟配置 system_gd32f3x0.c 解析

前面已经介绍过，由汇编语言编写的系统启动文件 startup_gd32f3x0.s 调用了 Keil-GD32F350RBT6 工程的 Firmware\CMSIS\GD\GD32F3x0\Source\system_gd32f3x0.c 源文件当中，由 C 语言编写的系统初始化函数 SystemInit()：

/*!
    \brief      setup the microcontroller system, initialize the system
    \param[in]  none
    \param[out] none
    \retval     none
*/
void SystemInit(void) {
    ... ... ... ...
    /* configure system clock */
    system_clock_config();
    ... ... ... ...
}

可以看到该函数最终调用的是同样定义在这个源文件里的 system_clock_config() 方法：

/*!
    \brief      configure the system clock
    \param[in]  none
    \param[out] none
    \retval     none
*/
static void system_clock_config(void)
{
#ifdef __SYSTEM_CLOCK_8M_HXTAL
    system_clock_8m_hxtal();
#elif defined (__SYSTEM_CLOCK_108M_PLL_HXTAL)
    system_clock_108m_hxtal();
#else
    system_clock_8m_irc8m();
#endif /* __SYSTEM_CLOCK_8M_HXTAL */
}

由于在 system_gd32f3x0.c 源文件的开头位置，存在着如下针对 GDF350 系列微控制器的宏定义：

1
2
3

#if defined (GD32F350)
#define __SYSTEM_CLOCK_108M_PLL_HXTAL        (uint32_t)(108000000)
#endif /* GD32F350 */

所以 system_clock_config() 方法最终实际调用的是该源文件中的函数 system_clock_108m_hxtal()，这个函数的具体定义如下所示：

#elif defined (__SYSTEM_CLOCK_108M_PLL_HXTAL)
/*!
    \brief      configure the system clock to 84M by PLL which selects HXTAL as its clock source
    \param[in]  none
    \param[out] none
    \retval     none
*/
static void system_clock_108m_hxtal(void) {
    uint32_t timeout = 0U;
    uint32_t stab_flag = 0U;

    /* enable HXTAL */
    RCU_CTL0 |= RCU_CTL0_HXTALEN;

    /* wait until HXTAL is stable or the startup time is longer than HXTAL_STARTUP_TIMEOUT */
    do {
        timeout++;
        stab_flag = (RCU_CTL0 & RCU_CTL0_HXTALSTB);
    } while((0U == stab_flag) && (HXTAL_STARTUP_TIMEOUT != timeout));
    /* if fail */
    if(0U == (RCU_CTL0 & RCU_CTL0_HXTALSTB)) {
        return;
    }
    /* HXTAL is stable */
    /* AHB = SYSCLK */
    RCU_CFG0 |= RCU_AHB_CKSYS_DIV1;
    /* APB2 = AHB/2 */
    RCU_CFG0 |= RCU_APB2_CKAHB_DIV2;
    /* APB1 = AHB/2 */
    RCU_CFG0 |= RCU_APB1_CKAHB_DIV2;

    /* PLL = HXTAL/2 * 27 = 108 MHz */
    RCU_CFG0 &= ~(RCU_CFG0_PLLSEL | RCU_CFG0_PLLMF | RCU_CFG0_PLLMF4 | RCU_CFG0_PLLPREDV);
    RCU_CFG1 &= ~(RCU_CFG1_PLLPRESEL | RCU_CFG1_PLLMF5 | RCU_CFG1_PREDV);
    RCU_CFG0 |= (RCU_PLLSRC_HXTAL_IRC48M | (RCU_PLL_MUL27 & (~RCU_CFG1_PLLMF5)));
    RCU_CFG1 |= (RCU_PLLPRESEL_HXTAL | RCU_PLL_PREDV2);
    RCU_CFG1 |= (RCU_PLL_MUL27 & RCU_CFG1_PLLMF5);

    /* enable PLL */
    RCU_CTL0 |= RCU_CTL0_PLLEN;

    /* wait until PLL is stable */
    while(0U == (RCU_CTL0 & RCU_CTL0_PLLSTB)) {
    }

    /* select PLL as system clock */
    RCU_CFG0 &= ~RCU_CFG0_SCS;
    RCU_CFG0 |= RCU_CKSYSSRC_PLL;

    /* wait until PLL is selected as system clock */
    while(0U == (RCU_CFG0 & RCU_SCSS_PLL)) {
    }
}

锁相环（PLL，Phase Locking Loop）是一种反馈控制电路，其工作过程当中，当输出信号频率与输入信号频率相同时，可以使输出电压与输入电压保持固定的相位差，就像输入/输出电压的相位被锁住了一样，所以这种电路被称为锁相环。GD32F350RBT6 内部的 PLL 主要用于根据特定的外部晶振信号来生成其它频率的信号。

观察可以发现，上述代码使能了 GD32F350RBT6 内部的 PLL 锁相坏，由于当前 UINIO-MCU-GD32F350RBT6 核心板的外部贴片晶振频率为 8MHz，所以高速外部晶体振荡器时钟 HXTAL = 8MHz，这样锁相环的输出频率可以按照如下方式进行计算：

\[ PLL = \frac{HXTAL}{2} \times 27 = \frac{8MHz}{2} \times 27 = 108 MHz \]

上述代码选择了锁相环的输出作为系统时钟 SYSCLK，并且将高级高性能总线（AHB，Advanced High-performance Bus）时钟配置为了与系统时钟的频率相等：

\[ AHB = SYSCLK = 108 MHz \]

而两条高级外设总线（APB，Advanced Peripheral Bus）时钟频率分别为 AHB 总线时钟的二分之一：

\[ \begin{cases} APB1 = \frac{AHB}{2} = \frac{108MHz}{2} = 54MHz \\ APB2 = \frac{AHB}{2} = \frac{108MHz}{2} = 54MHz \end{cases} \]

系统滴答定时器 SysTick

SysTick 定时器是一个拥有自动重装载能力的 24 位向下计数器，所有 ARM Cortex-M4 内核微控制器都具备该定时器，从而能够方便的在不同型号微控制器之间进行代码移植。当设定 SysTick 定时器的初始值并且使能之后，每经过一个系统时钟周期，定时器的计数值就会减去 1，当减至 0 的时候，SysTick 就会自动重新装载初始值，并且继续开始计数，同时置位内部的 COUNTFLAG 标志位，并且触发中断（如果使能有相应的定时器中断）。

观察 GD32F350RBT6 微控制器时钟树可以发现，108MHz 频率的 AHB 总线时钟 CK_AHB，在经过 8 分频之后，默认作为了 SysTick 系统定时器的时钟源。

使用 SysTick_Config() 配置寄存器

标准固件库 Firmware\CMSIS\core_cm4.h 源文件中的 SysTick_Type 结构体类型，定义了系统滴答定时器 SysTick 相关的寄存器：

/** \brief  Structure type to access the System Timer (SysTick).
 */
typedef struct {
    __IO uint32_t CTRL;                    /*!< Offset: 0x000 (R/W)  SysTick Control and Status Register */
    __IO uint32_t LOAD;                    /*!< Offset: 0x004 (R/W)  SysTick Reload Value Register       */
    __IO uint32_t VAL;                     /*!< Offset: 0x008 (R/W)  SysTick Current Value Register      */
    __I  uint32_t CALIB;                   /*!< Offset: 0x00C (R/ )  SysTick Calibration Register        */
} SysTick_Type;

该源文件中的 SysTick_Config() 函数，则是用于对上述 SysTick 相关的寄存器进行配置，在初始化和启动系统滴答定时器的同时，产生周期性的中断。概而言之，其主要完成了下面四个步骤的工作：

设置 LOAD 重载寄存器的初始值；
设置 SysTick 定时器中断的优先级为 (1 << 4) - 1 = 15，即优先级为最低；
配置 VAL 寄存器，装载 SysTick 的计数值；
配置 CTRL 寄存器，使能 SysTick 的时钟源、中断、以及外设本身；

/** \brief  System Tick Configuration

    The function initializes the System Timer and its interrupt, and starts the System Tick Timer.
    Counter is in free running mode to generate periodic interrupts.

    \param [in]  ticks  Number of ticks between two interrupts.

    \return          0  Function succeeded.
    \return          1  Function failed.

    \note     When the variable <b>__Vendor_SysTickConfig</b> is set to 1, then the
    function <b>SysTick_Config</b> is not included. In this case, the file <b><i>device</i>.h</b>
    must contain a vendor-specific implementation of this function.

 */
__STATIC_INLINE uint32_t SysTick_Config(uint32_t ticks) {
    if((ticks - 1) > SysTick_LOAD_RELOAD_Msk) {
        return (1);    /* Reload value impossible */
    }

    SysTick->LOAD  = ticks - 1;                                  /* set reload register */
    NVIC_SetPriority(SysTick_IRQn, (1 << __NVIC_PRIO_BITS) - 1); /* set Priority for SysTick Interrupt */
    SysTick->VAL   = 0;                                          /* Load the SysTick Counter Value */
    SysTick->CTRL  = SysTick_CTRL_CLKSOURCE_Msk |
                     SysTick_CTRL_TICKINT_Msk   |
                     SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;                    /* Enable SysTick IRQ and SysTick Timer */
    return (0);                                                  /* Function successful */
}

滴答定时器官方示例 systick.c

Keil-GD32F350RBT6 示例工程 Sources 目录下提供的 systick.c 源文件，其中的 systick_config() 方法就封装并且调用了上面的 SysTick_Config() 函数，在使能 SysTick 中断服务程序与定时器的同时，以系统时钟频率的千分之一 SystemCoreClock / 1000U 作为 SysTick 滴答定时器配置参数，也就是每 1 秒计数一千次，每一次 1 毫秒（如果修改为 SystemCoreClock / 1000000U 则可以实现微秒级的延时）。

而 systick.c 源文件当中提供的另一个函数 delay_1ms()，则是以 count 参数（单位为毫秒）进行定时计数，当 volatile 关键字修饰的全局变量 delay 被自减至零的时候，就会自动退出该函数的执行。

/* the systick configuration file */
#include "gd32f3x0.h"
#include "systick.h"

volatile static uint32_t delay;

/*!
    \brief      configure systick
    \param[in]  none
    \param[out] none
    \retval     none
*/
void systick_config(void) {
    /* setup systick timer for 1000Hz interrupts */
    if(SysTick_Config(SystemCoreClock / 1000U)) {
        /* capture error */
        while(1) {}
    }
    /* configure the systick handler priority */
    NVIC_SetPriority(SysTick_IRQn, 0x00U);
}

/*!
    \brief      delay a time in milliseconds
    \param[in]  count: count in milliseconds
    \param[out] none
    \retval     none
*/
void delay_1ms(uint32_t count) {
    delay = count;

    while(0U != delay) {}
}

/*!
    \brief      delay decrement
    \param[in]  none
    \param[out] none
    \retval     none
*/
void delay_decrement(void) {
    if(0U != delay) {
        delay--;
    }
}

除此之外，上面 systick.c 代码中定义的 delay_decrement() 函数，则会被 Keil-GD32F350RBT6 工程下 Sources/gd32f3x0_it.h/c 源文件内的 SysTick 中断服务程序 SysTick_Handler() 调用，具体调用代码如下所示：

/*!
    \brief      this function handles SysTick exception
    \param[in]  none
    \param[out] none
    \retval     none
*/
void SysTick_Handler(void) {
    delay_decrement();
}

当每一次进入 SysTick 系统滴答定时器中断的时候，上面这个函数就会被调用一次，从而就完成了一次对于 delay 变量的自减。

编写 main.c 测试代码

接下来，将前面 LCD 示例工程当中的 main.c 源文件修改为如下的代码，使得 LED 发光二极管可以每间隔 1 秒钟循环进行闪烁：

/*========== main.c ==========*/
#include "gd32f3x0.h"
#include "systick.h"
#include "main.h"

#include "../Drivers/LED/LED.h"

int main(void) {
  systick_config();         // 初始化系统滴答定时器
  UINIO_LED_GPIO_Config();  // 初始化 LED 相关的 GPIO 引脚

  while(1) {
    gpio_bit_set(UINIO_LED_PORT, UINIO_LED_PIN);             // GPIOB8 输出高电平
    delay_1ms(1000);

    gpio_bit_reset(UINIO_LED_PORT, UINIO_LED_PIN);           // GPIOB8 输出低电平
    delay_1ms(1000);

    gpio_bit_write(UINIO_LED_PORT, UINIO_LED_PIN, SET);      // GPIOB8 输出高电平
    delay_1ms(1000);

    gpio_bit_write(UINIO_LED_PORT, UINIO_LED_PIN, RESET);    // GPIOB8 输出低电平
    delay_1ms(1000);
  }
}

UINIO_SysTick_Delay_us/ms()

SysTick 系统滴答定时器的 counter 从 reload 值往下递减到零的时候，CTRL 寄存器相应的位就会被置为 1，而读取该位的时候，其值又会自动被清零，所以利用这个特点就能够以非常简短的代码，实现类似于官方 SysTic 示例的定时器延时功能：

Drivers/SysTick.h

/*========== SysTick.h ==========*/
#ifndef UINIO_SysTick_H
#define UINIO_SysTick_H
#include "gd32f3x0.h"

void UINIO_SysTick_Delay_us(__IO uint32_t us);  // 微秒级延时，参数 us 的单位为微秒
void UINIO_SysTick_Delay_ms(__IO uint32_t ms);  // 毫秒级延时，参数 ms 的单位为毫秒

#endif /* UINIO_SysTick_H */

Drivers/SysTick.c

/*========== SysTick.c ==========*/
#include "SysTick.h"

/* 微秒级延时，参数 us 的单位为微秒 */
void UINIO_SysTick_Delay_us (__IO uint32_t us) {
  uint32_t index;
  SysTick_Config(SystemCoreClock/1000000U);      // 调用 core_cm4.h 头文件中定义的 SysTick_Config() 函数

  for (index = 0; index < us; index++) {
    while ( !((SysTick->CTRL) & (1UL << 16)) );  // 当计数值减小到 0 时，CRTL 寄存器相应的位会被置为 1
  }

  SysTick->CTRL &= ~SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;     // 失能 SysTick 系统滴答定时器
}

/* 毫秒级延时，参数 ms 的单位为毫秒 */
void UINIO_SysTick_Delay_ms (__IO uint32_t ms) {
  uint32_t index;
  SysTick_Config(SystemCoreClock/1000U);         // 调用 core_cm4.h 头文件中定义的 SysTick_Config() 函数

  for (index = 0; index < ms; index++) {
    while ( !((SysTick->CTRL) & (1UL << 16)) );  // 当计数值减小到 0 时，CRTL 寄存器相应的位会被置为 1
  }

  SysTick->CTRL &= ~SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;     // 失能 SysTick 系统滴答定时器
}

修改 main.c 测试代码

这里可以修改前面的 main.c 源文件，通过自定义的 UINIO_SysTick_Delay_us() 和 UINIO_SysTick_Delay_ms() 函数来进行延时，从而实现相同的 LED 间隔 1 秒循环闪烁的效果：

/*========== main.c ==========*/
#include "gd32f3x0.h"
#include "main.h"

#include "../Drivers/LED/LED.h"
#include "../Drivers/SysTick/SysTick.h"

int main(void) {
  UINIO_LED_GPIO_Config();  // 初始化 LED 相关的 GPIO 引脚

  while(1) {
    gpio_bit_write(UINIO_LED_PORT, UINIO_LED_PIN, SET);      // GPIOB8 输出高电平
    UINIO_SysTick_Delay_ms(1000);

    gpio_bit_write(UINIO_LED_PORT, UINIO_LED_PIN, RESET);    // GPIOB8 输出低电平
    UINIO_SysTick_Delay_us(1000000);
  }
}

注意：本节内容涉及的全部源代码，已经保存在 UINIO-MCU-GD32F350RBT6 核心板工程 Examples 目录下的 3-Systick。

库函数修改 SysTick 的时钟源

Keil-GD32F350RBT6 示例工程在 Firmware\GD32F3x0_standard_peripheral\Source\gd32f3x0_misc.c 源文件内提供有一个名为 systick_clksource_set() 的库函数，可以用于修改 SysTick 的时钟源，其功能与参数说明如下面表格所示：

可以看到，该库函数可以用于选择 SysTick 系统滴答定时器的时钟源，可以选择的参数有如下两个：

SYSTICK_CLKSOURCE_HCLK：系统滴答定时器时钟源来自 AHB 时钟；
SYSTICK_CLKSOURCE_HCLK_DIV8: 系统滴答定时器时钟源来自 AHB 时钟 8 分频（默认）；

/*!
    \brief      set the systick clock source
    \param[in]  systick_clksource: the systick clock source needed to choose
                only one parameter can be selected which is shown as below:
      \arg        SYSTICK_CLKSOURCE_HCLK: systick clock source is from HCLK
      \arg        SYSTICK_CLKSOURCE_HCLK_DIV8: systick clock source is from HCLK/8
    \param[out] none
    \retval     none
*/

void systick_clksource_set(uint32_t systick_clksource) {
    if(SYSTICK_CLKSOURCE_HCLK == systick_clksource) {
        /* set the systick clock source from HCLK */
        SysTick->CTRL |= SYSTICK_CLKSOURCE_HCLK;
    } else {
        /* set the systick clock source from HCLK/8 */
        SysTick->CTRL &= SYSTICK_CLKSOURCE_HCLK_DIV8;
    }
}

基于位带 Bit Band 执行位操作

嵌入式开发过程当中，经常需要进行位操作（即对一个比特位进行读写），早期的 STC51 系列单片机可以通过关键字 sbit 实现位操作，但是 ARM Cortex-M4 架构的微控制器并不存在类似语法，而是通过提供位带别名区到位带区的映射来实现对比特位的操作。

位带别名区 → 位带区

ARM Cortex-M4 存储映射当中包含有位带别名区（Bit Band Alias）和位带区（Bit Band Region）两个区域，通过将位带别名区（Bit Band Alias）当中的每 1 个 Word 字映射到位带区（Bit Band Region）里的 Bit 位（ARM 体系结构中 1 个字的长度为 32 位），这样操作位带别名区当中的字，就等于操作位带区相应的位，具体原理可以参照下面示意图：

基于 ARM Cortex-M4 架构的 GD32F350RBT6 微控制器，分别在两个区域实现了位带功能（即从位带别名区到位带区的映射）：

外设 Peripheral 的 0x44000000 ~ 0x42000000 地址范围属于位带别名区，而最低的 0x40100000 ~ 0x40000000 区别则属于位带区。
静态随机存储器 SRAM 的 0x24000000 ~ 0x22000000 地址范围属于位带别名区，而最低的 0x20100000 ~ 0x20000000 区别则属于位带区。

建立通用的映射公式

下面的公式展示了位带别名区域当中的每 1 个字，如何对应到位带区域的相应位上面：

1	映射到位带区目标位的别名区的字地址 = 位带别名区起始地址 + (位带区目标位所在字节的地址偏移量 × 32) + (目标位在对应字节当中的位置 × 4)

根据上面的公式，位带区目标位的序号为 number（取值范围 0 <= number <= 31，具体由待操作的目标寄存器决定），则该比特位在别名区的对应地址为：

1
2

目标位映射到外设别名区的地址 = 0x42000000 + (位带区目标位所在字节的地址 - 0x40000000) * 8 * 4 + (number * 4);
目标位映射到 SRAM 别名区的地址 = 0x22000000 + (位带区目标位所在字节的地址 - 0x20000000) * 8 * 4 + (number * 4);

注意：上述公式当中，因为 1 个字节有 8 位，所以需要乘以 8，而 1 个位膨胀之后对应着 4 个字节，所以需要再乘以 4。

接下来，可以将上述的两个公式合并，成为一个用于将位带区地址 address 和位序号 bit_number 转换为位带别名区地址的 BITBAND() 宏定义函数：

1	#define BITBAND(address, bit_number) ((address & 0xF0000000) + 0x02000000 + ((address & 0x00FFFFFF) << 5) + (bit_number << 2)) // 将位带区地址和位序号转换为位带别名区地址

上述宏定义语句当中的 address & 0xF0000000 用于取出 4 或者 2，并且以此来判断当前操作的是 SRAM 还是外设别名区：

如果取出的是 4，加上 0X0200 0000 之后等于外设别名区的起始地址 0X4200 0000;
如果取出的是 2，加上 0X0200 0000 之后等于 SRAM 别名区的起始地址 0X2200 0000；

而上述宏定义语句当中 address & 0x00FF FFFF 得到的结果，与减去 0X2000 0000 或者 0X4000 0000 得到的结果相同，而后续的 << 5 以及 << 2 则分别起到了乘以 32 和乘以 4 的作用（即两种计算方式获得的二进制、十进制、十六进制结果完全相同）：

乘法与位运算的对应关系
`10 * 2 = 10 << 1`	`10 * 4 = 10 << 2`	`10 * 8 = 10 << 3`	`10 * 16 = 10 << 4`
`10 * 32 = 10 << 5`	`10 * 64 = 10 << 6`	`10 * 108 = 10 << 7`	`10 * 256 = 10 << 8`

除法与位运算的对应关系
`10 / 2 = 10 >> 1`	`10 / 4 = 10 >> 2`	`10 / 8 = 10 >> 3`	`10 / 16 = 10 >> 4`
`10 / 32 = 10 >> 5`	`10 / 64 = 10 >> 6`	`10 / 108 = 10 >> 7`	`10 / 256 = 10 >> 8`

最后，就可以通过指针操作位带别名区的地址，进而实现对于位带区相应比特位的操作：

1
2

#define ADDRESS_POINTER(address)         *((volatile unsigned long  *)(address))       // 将地址转换为 unsigned long 类型指针
#define BIT_ADDRESS(address, bit_number) ADDRESS_POINTER(BITBAND(address, bit_number)) // 使用前面定义的宏定义语句 BITBAND()，将位带别名区地址转换为指针

由于 GD32F350RBT6 微控制器的 GPIOA ~ GPIOF 基地址定义如下面列表所示：

GPIOA 基地址：0x4800 0000；
GPIOB 基地址：0x4800 0400；
GPIOC 基地址：0x4800 0800；
GPIOD 基地址：0x4800 0C00；
GPIOF 基地址：0x4800 1400；

则可以将上述 GPIO 接口所对应的端口输出控制寄存器 GPIOx_OCTL 以及端口输入状态寄存器 GPIOx_ISTAT 地址，封装为如下的宏定义语句：

/* 端口输出控制寄存器 GPIOx_OCTL 地址 */
#define GPIOA_OCTL_ADDRESS (GPIOA + 0x14)
#define GPIOB_OCTL_ADDRESS (GPIOB + 0x14)
#define GPIOC_OCTL_ADDRESS (GPIOC + 0x14)
#define GPIOD_OCTL_ADDRESS (GPIOD + 0x14)
#define GPIOE_OCTL_ADDRESS (GPIOE + 0x14)
#define GPIOF_OCTL_ADDRESS (GPIOF + 0x14)

/* 端口输入状态寄存器 GPIOx_ISTAT 地址 */
#define GPIOA_ISTAT_ADDRESS (GPIOA + 0x10)
#define GPIOB_ISTAT_ADDRESS (GPIOB + 0x10)
#define GPIOC_ISTAT_ADDRESS (GPIOC + 0x10)
#define GPIOD_ISTAT_ADDRESS (GPIOD + 0x10)
#define GPIOE_ISTAT_ADDRESS (GPIOE + 0x10)
#define GPIOF_ISTAT_ADDRESS (GPIOF + 0x10)

上述代码当中的 GPIOx 已经被定义在固件库的 gd32f3x0_gpio.h 头文件当中，编译的时候已经由 Keil uVision5 自动包含相关路径。接下来的时间，就可以基于上面列出的寄存器地址，进一步将它们封装为控制 GPIO 输入与输出的宏定义函数：

/* 控制 GPIOA 的输入与输出 */
#define GPIOA_Out(number) BIT_ADDRESS(GPIOA_OCTL_ADDRESS, number)
#define GPIOA_In(number)  BIT_ADDRESS(GPIOA_ISTAT_ADDRESS, number)

/* 控制 GPIOB 的输入与输出 */
#define GPIOB_Out(number) BIT_ADDRESS(GPIOB_OCTL_ADDRESS, number)
#define GPIOB_In(number)  BIT_ADDRESS(GPIOB_ISTAT_ADDRESS, number)

/* 控制 GPIOC 的输入与输出 */
#define GPIOC_Out(number) BIT_ADDRESS(GPIOC_OCTL_ADDRESS, number)
#define GPIOC_In(number)  BIT_ADDRESS(GPIOC_ISTAT_ADDRESS, number)

/* 控制 GPIOD 的输入与输出 */
#define GPIOD_Out(number) BIT_ADDRESS(GPIOD_OCTL_ADDRESS, number)
#define GPIOD_In(number)  BIT_ADDRESS(GPIOD_ISTAT_ADDRESS, number)

/* 控制 GPIOF 的输入与输出 */
#define GPIOF_Out(number) BIT_ADDRESS(GPIOF_OCTL_ADDRESS, number)
#define GPIOF_In(number)  BIT_ADDRESS(GPIOF_ISTAT_ADDRESS, number)

完整 Keil µVision 工程代码

BitBand.h

把上述的宏定义代码保存至 Drivers/BitBand 目录下的 BitBand.h 头文件里：

/*========== BitBand.h ==========*/
#ifndef UINIO_BitBand_H
#define UINIO_BitBand_H

#define BITBAND(address, bit_number) ((address & 0xF0000000) + 0x02000000 + ((address & 0x00FFFFFF) << 5) + (bit_number << 2)) // 将位带区地址和位序号转换为位带别名区地址
#define ADDRESS_POINTER(address)         *((volatile unsigned long  *)(address))                                               // 将地址转换为 unsigned long 类型指针
#define BIT_ADDRESS(address, bit_number) ADDRESS_POINTER(BITBAND(address, bit_number))                                         // 使用前面定义的宏定义语句 BITBAND()，将位带别名区地址转换为指针

/* 端口输出控制寄存器 GPIOx_OCTL 地址 */
#define GPIOA_OCTL_ADDRESS (GPIOA + 0x14)
#define GPIOB_OCTL_ADDRESS (GPIOB + 0x14)
#define GPIOC_OCTL_ADDRESS (GPIOC + 0x14)
#define GPIOD_OCTL_ADDRESS (GPIOD + 0x14)
#define GPIOE_OCTL_ADDRESS (GPIOE + 0x14)
#define GPIOF_OCTL_ADDRESS (GPIOF + 0x14)

/* 端口输入状态寄存器 GPIOx_ISTAT 地址 */
#define GPIOA_ISTAT_ADDRESS (GPIOA + 0x10)
#define GPIOB_ISTAT_ADDRESS (GPIOB + 0x10)
#define GPIOC_ISTAT_ADDRESS (GPIOC + 0x10)
#define GPIOD_ISTAT_ADDRESS (GPIOD + 0x10)
#define GPIOE_ISTAT_ADDRESS (GPIOE + 0x10)
#define GPIOF_ISTAT_ADDRESS (GPIOF + 0x10)

/* 控制 GPIOA 的输入与输出 */
#define GPIOA_Out(number) BIT_ADDRESS(GPIOA_OCTL_ADDRESS, number)
#define GPIOA_In(number)  BIT_ADDRESS(GPIOA_ISTAT_ADDRESS, number)

/* 控制 GPIOB 的输入与输出 */
#define GPIOB_Out(number) BIT_ADDRESS(GPIOB_OCTL_ADDRESS, number)
#define GPIOB_In(number)  BIT_ADDRESS(GPIOB_ISTAT_ADDRESS, number)

/* 控制 GPIOC 的输入与输出 */
#define GPIOC_Out(number) BIT_ADDRESS(GPIOC_OCTL_ADDRESS, number)
#define GPIOC_In(number)  BIT_ADDRESS(GPIOC_ISTAT_ADDRESS, number)

/* 控制 GPIOD 的输入与输出 */
#define GPIOD_Out(number) BIT_ADDRESS(GPIOD_OCTL_ADDRESS, number)
#define GPIOD_In(number)  BIT_ADDRESS(GPIOD_ISTAT_ADDRESS, number)

/* 控制 GPIOF 的输入与输出 */
#define GPIOF_Out(number) BIT_ADDRESS(GPIOF_OCTL_ADDRESS, number)
#define GPIOF_In(number)  BIT_ADDRESS(GPIOF_ISTAT_ADDRESS, number)

#endif /* UINIO_BitBand_H */

main.c

继续修改之前的 LED 闪烁示例工程 main.c 源文件，在包含 BitBand.h 头文件的同时，通过调用宏定义函数 GPIOB_Out(8) 修改 GPIOB8 引脚的电平状态：

/*========== main.c ==========*/
#include "gd32f3x0.h"
#include "main.h"

#include "../Drivers/LED/LED.h"
#include "../Drivers/SysTick/SysTick.h"
#include "../Drivers/BitBand/BitBand.h"

int main(void) {
  systick_config();  // 初始化系统滴答定时器
  UINIO_LED_GPIO_Config(); // 初始化 LED 相关的 GPIO 引脚

  while(1) {
    GPIOB_Out(8) = 1;      // GPIOB8 输出高电平
    UINIO_SysTick_Delay_ms(1000);

    GPIOB_Out(8) = 0;      // GPIOB8 输出低电平
    UINIO_SysTick_Delay_ms(1000);
  }
}

除此之外，也可以将位带操作相关的宏定义代码，更加直观的声明在 main.c 源文件当中：

/*========== main.c ==========*/
#include "gd32f3x0.h"
#include "main.h"

#include "../Drivers/LED/LED.h"
#include "../Drivers/SysTick/SysTick.h"

/* 偏移量 = GPIOB 基地址 0x48000400 + GPIOx_OCTL 偏移量 0x14 - 片上外设起始地址 0x40000000 */
#define GPIOB_OCTL_OFFSET ((GPIOB + 0x14) - 0x40000000)

/* 位带别名区的字地址 = 位带别名区起始地址 + (位带区目标位所在字节的地址偏移量 × 32) + (目标位在对应字节当中的位置 × 4) */
#define BIT_ADDRESS(byte_offset, bit_number) (volatile unsigned long *)(0x42000000 + (byte_offset << 5) + (bit_number << 2))

/* 配置 GPIOB 端口指定引脚的输出状态，例如 GPIOB_OUT(8) */
#define GPIOB_OUT(number) *(BIT_ADDRESS(GPIOB_OCTL_OFFSET, number))

int main(void) {
  UINIO_LED_GPIO_Config(); // 初始化 LED 相关的 GPIO 引脚

  while(1) {
    GPIOB_OUT(8) = 1;      // GPIOB8 输出高电平
    UINIO_SysTick_Delay_ms(1000);

    GPIOB_OUT(8) = 0;      // GPIOB8 输出低电平
    UINIO_SysTick_Delay_ms(1000);
  }
}

GPIO 输入模式与按键

按键使用原理

微动开关或者轻触按键是通过内部的触点与弹片来实现导通与截止，将其连接至 GD32F350RBT6 的 GPIO 引脚，就可以通过检测其按下之后 GPIO 引脚获取的电平状态，来判断当前是处于按下还是松开的情况：

当按键在被按下或者松开的时候，会由于触点上弹片的弹性作用，发生 5ms ~ 10ms 机械抖动，为了避免 GPIO 得到错误的状态，必须考虑采取一定的措施去消除这种抖动所带来的干扰：

硬件消抖：微动开关两侧并联上一枚电容，利用其充放电作用吸收抖动产生的振荡。
软件消抖：当开关按下时，通过延时代码规避掉抖动发生的时间。

首先，将一枚轻触按键 SW1 连接到 UINIO-MCU-GD32F350RBT6 的 GPIOB9 引脚，其中一端连接至 3V3 引脚，而另一端经过位号为 R3 的 10KΩ 下拉电阻之后连接至 GND 引脚：

然后，使用固件库提供的工具函数，把 GPIOB9 配置为带下拉电阻的输入模式，通过检测该引脚的电平状态，就可以判断按键 SW1 是否被按下（按键松开为低电平，按键按下为高电平）。

完整 Keil µVision 工程代码

如前所述，使用 GPIO 端口的输入输出功能，通常会需要经历下面三个步骤：

通过 void rcu_periph_clock_enable(rcu_periph_enum periph); 固件库函数启用 GPIO 端口对应的外设时钟。
通过 void gpio_mode_set(uint32_t gpio_periph, uint32_t mode, uint32_t pull_up_down, uint32_t pin); 固件库函数配置 GPIO 端口的工作模式（输入模式 GPIO_MODE_INPUT、输出模式 GPIO_MODE_OUTPUT、备用功能模式 GPIO_MODE_AF、模拟模式 GPIO_MODE_ANALOG），以及设置上下拉电阻状态（悬空无上下拉 GPIO_PUPD_NONE、带上拉电阻 GPIO_PUPD_PULLUP、带下拉电阻 GPIO_PUPD_PULLDOWN）。
通过 void gpio_bit_toggle(uint32_t gpio_periph, uint32_t pin); 固件库函数翻转 LED 对应 GPIO 引脚的电平状态。

注意：本节内容所涉及的全部测试代码，已保存在 UINIO-MCU-GD32F350RBT6 核心板开源项目 Examples 目录下的 5-Key 工程当中。

Drivers/key.h

/*========== Key.h ==========*/
#ifndef UINIO_KEY_H
#define UINIO_KEY_H

#include "gd32f3x0.h"
#include "systick.h"

#define UINIO_KEY_RCU  RCU_GPIOB   // 宏定义按键对应的 GPIO 端口时钟
#define UINIO_KEY_PORT GPIOB       // 宏定义按键对应的 GPIO 端口
#define UINIO_KEY_PIN  GPIO_PIN_9  // 宏定义按键对应的 GPIO 引脚

void UINIO_Key_GPIO_Config(void);  // 调用开关对应 GPIO 引脚的配置函数
void UINIO_Key_Scan(void);         // 按键状态扫描函数

#endif /* UINIO_KEY_H */

Drivers/key.c

/*========== Key.c ==========*/
#include "Key.h"
#include "../LED/LED.h"

/* 按键对应 GPIO 引脚的配置函数 */
void UINIO_Key_GPIO_Config(void) {
  rcu_periph_clock_enable(UINIO_KEY_RCU);                                            // 使能外设时钟
  gpio_mode_set(UINIO_KEY_PORT, GPIO_MODE_INPUT, GPIO_PUPD_PULLDOWN, UINIO_KEY_PIN); // 配置 GPIO 为带下拉电阻的输入模式
}

/* 按键扫描函数 */
void UINIO_Key_Scan(void) {
  /* 判断按键是否被按下（高电平按下，低电平松开） */
  if (gpio_input_bit_get(UINIO_KEY_PORT, UINIO_KEY_PIN) == SET) {
    delay_1ms(20);                                                       // 延时 20 毫秒，规避按键弹片抖动时间

    /* 再次判断按键是否被按下 */
    if (gpio_input_bit_get(UINIO_KEY_PORT, UINIO_KEY_PIN) == SET) {
      gpio_bit_toggle(UINIO_LED_PORT, UINIO_LED_PIN);                    // 翻转 LED 对应 GPIO 引脚的电平状态
      while (gpio_input_bit_get(UINIO_KEY_PORT, UINIO_KEY_PIN) == SET);  // 判断按键是否被松开
    }
  }
}

Sources/main.c

/*========== main.c ==========*/
#include "gd32f3x0.h"
#include "systick.h"
#include "main.h"

#include "../Drivers/LED/LED.h"
#include "../Drivers/Key/Key.h"
#include "../Drivers/SysTick/SysTick.h"

int main(void) {
  systick_config();         // 滴答定时器初始化
  UINIO_LED_GPIO_Config();  // 配置 LED 相关的 GPIO 外设
  UINIO_Key_GPIO_Config();  // 配置按键相关的 GPIO 外设

  while (1) {
    UINIO_Key_Scan();       // 循环扫描按键状态
  }
}

USART 通用同步/异步收发器

USART 串行协议分析

通用同步/异步收发器（USART，Universal Synchronous/Asynchronous Receiver Transmitter）是一种基于数据帧的串行数据通信方式，每一个数据帧都会以 1 个起始位开始，并且以 1 个停止位结束，其数据帧的基本格式如下面示意图所示：

起始位：首先发送一个起始位，通常为逻辑低电平 0，用于通知接收端数据即将开始发送。
数据位：紧接着是数据位，可以有 5 ~ 8 位长度，按照由 LSB（最低有效位）到 MSB（最高有效位）的顺序发送。
校验位：数据位之后是可选的奇偶校验位，用于检查数据传输过程当中，是否存在错误。
停止位：最后是停止位，通常为逻辑高电平 1，用于标记数据帧传输完毕。

注意：空闲帧与停止位一样均为高电平，如果 USART 连接断开，则下拉为低电平，从而成为断开帧。

USART 串行接口可以工作在单工（单向通信）、半双工（双向分时通信）、全双工（双向通信）模式下。每个 USART 通信设备之间的 波特率（单位为 bit/s，即每秒钟传送的比特位数）、数据位、停止位、奇偶校验位 必须保持一致。

将 UINIO-MCU-GD32F350RBT6 核心板与另一款 UINIO 系列开源硬件 UINIO-USB-UART 串口调试器，参照下图的线路相互进行连接（即 UINIO-MCU-GD32F350RBT6 核心板的 GPIOA9 和 GPIOA10 分别连接至 UINIO-USB-UART 串口调试器的 RXD 和 TXD 引脚），并且将后者的 Type-C 接口通过 USB 线缆连接至计算机，从而建立起与串行通信上位机软件的 USART 连接，进而可以查看到后续实验代码所打印出的测试数据。

完整 Keil µVision 工程代码

使用 GD32F350RBT6 的片上 USART 外设进行通信，需要经历下面六个步骤：

使能 USART 和 GPIO 外设时钟 rcu_periph_clock_enable()。
配置 GPIO 复用模式 gpio_af_set()。
配置 GPIO 的工作模式 gpio_mode_set()。
配置 GPIO 的输出模式与速度 gpio_output_options_set。
复位 USART 外设 usart_deinit()，并且配置其工作参数 usart_deinit()、usart_baudrate_set()、usart_parity_config()、usart_word_length_set()、usart_stop_bit_set()。
使能 USART 串口 usart_enable() 及其发送功能 usart_transmit_config()。

注意：本节内容所涉及的全部测试代码，已保存在 UINIO-MCU-GD32F350RBT6 核心板开源项目 Examples 目录下的 6-USART 工程当中。

Drivers/USART.h

#ifndef UINIO_USART_H
#define UINIO_USART_H

#include "gd32f3x0.h"
#include "systick.h"

#define UINIO_USART USART0             // 定义 USART 外设资源
#define UINIO_USART_RCU RCU_USART0     // 定义 USART0 的外设时钟
#define UINIO_USART_AF GPIO_AF_1       // 定义 GPIO 引脚的复用功能

/* 定义 TX 和 RX 对应的 GPIO 外设时钟 */
#define UINIO_USART_TX_RCU RCU_GPIOA
#define UINIO_USART_RX_RCU RCU_GPIOA

/* 定义 TX 和 RX 对应的 GPIO 接口*/
#define UINIO_USART_TX_PORT GPIOA
#define UINIO_USART_RX_PORT GPIOA

/* 定义 TX 和 RX 对应的 GPIO 引脚*/
#define UINIO_USART_TX_PIN GPIO_PIN_9
#define UINIO_USART_RX_PIN GPIO_PIN_10

void UINIO_USART_GPIO_Config(uint32_t band_rate); // USART 外设资源配置函数
void UINIO_USART_Send_Data(char ucch);            // 用于发送 1 个字节的函数
void UINIO_USART_Send_String(char *ucstr);        // 用于发送字符串的函数

#endif /* UINIO_USART_H */

Drivers/USART.c

#include "USART.h"
#include "stdio.h"

/** 配置 USART 相关的 GPIO，参数 band_rate 是波特率 */
void UINIO_USART_GPIO_Config(uint32_t band_rate) {
  /* 开启时钟 */
  rcu_periph_clock_enable(UINIO_USART_TX_RCU); // 使能 TX 对应 GPIO 引脚的时钟
  rcu_periph_clock_enable(UINIO_USART_RX_RCU); // 使能 RX 对应 GPIO 引脚的时钟
  rcu_periph_clock_enable(UINIO_USART_RCU);    // 使能 USART 外设时钟

  /* 配置 GPIO 引脚的复用功能 */
  gpio_af_set(UINIO_USART_TX_PORT, UINIO_USART_AF, UINIO_USART_TX_PIN);
  gpio_af_set(UINIO_USART_RX_PORT, UINIO_USART_AF, UINIO_USART_RX_PIN);

  /* 配置 TX 和 RX 对应 GPIO 引脚的模式与速度 */
  gpio_mode_set(UINIO_USART_TX_PORT, GPIO_MODE_AF, GPIO_PUPD_PULLUP, UINIO_USART_TX_PIN);             // 配置 TX 引脚为带上拉电阻的复用模式
  gpio_output_options_set(UINIO_USART_TX_PORT, GPIO_OTYPE_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ, UINIO_USART_TX_PIN); // 配置 TX 引脚为推挽输出，速率为 50MHZ
  gpio_mode_set(UINIO_USART_RX_PORT, GPIO_MODE_AF, GPIO_PUPD_PULLUP, UINIO_USART_RX_PIN);             // 配置 RX 引脚为带上拉电阻的复用模式
  gpio_output_options_set(UINIO_USART_RX_PORT, GPIO_OTYPE_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ, UINIO_USART_RX_PIN); // 配置 RX 引脚为推挽输出，速率为 50MHZ

  /* 配置 USART 串行通信的参数 */
  usart_deinit(UINIO_USART);                         // 复位 USART 外设
  usart_baudrate_set(UINIO_USART, band_rate);        // 设置 USART 波特率
  usart_parity_config(UINIO_USART, USART_PM_NONE);   // 设置 USART 奇偶校验位
  usart_word_length_set(UINIO_USART, USART_WL_8BIT); // 设置 USART 数据位长度为 8 位
  usart_stop_bit_set(UINIO_USART, USART_STB_1BIT);   // 设置 USART 停止位长度为 1 位

  /* 使能和配置 USART串口 */
  usart_transmit_config(UINIO_USART, USART_TRANSMIT_ENABLE); // 使能 USART 发送功能
  usart_enable(UINIO_USART);                                 // 使能 USART 串口
}

/** 通过 USART 发送一个字节 */
void UINIO_USART_Send_Data(char data) {
  usart_data_transmit(UINIO_USART, (uint8_t)data);              // 通过 USART 发送数据
  while (RESET == usart_flag_get(UINIO_USART, USART_FLAG_TBE)); // 通过发送数据缓冲区空标志位来判断发送是否完成
}

/** 通过 USART 发送字符串 */
void UINIO_USART_Send_String(char *string) {
  /* 开始循环发送，当字符串为空或者指针地址为空时跳出 */
  while (string && *string) {
    UINIO_USART_Send_Data(*string++);  // 调用上面的函数，循环发送单个字符
  }
}

/** 通过重写 C 语言 printf() 不断循环调用的 fputc() 函数，实现串口数据输出的重定向 */
int fputc(int character, FILE *stream) {
  UINIO_USART_Send_Data(character);    // 调用上面的函数，发送单个字符
  return character;
}

Sources/main.c

/*========== main.c ==========*/
#include "gd32f3x0.h"
#include "systick.h"
#include "main.h"
#include <stdio.h>

#include "../Drivers/USART/USART.h"

int main(void) {
  UINIO_USART_GPIO_Config(9600U);  // 配置 USART0，并将波特率设置为 9600

  unsigned short count1 = 0;       // 声明短整型测试变量 count1
  float count2 = 0.0;              // 声明浮点型测试变量 count2

  while (1) {
    /* 依次发送单个字符 `H` `a` `n` `k` */
    UINIO_USART_Send_Data('H');
    UINIO_USART_Send_Data('a');
    UINIO_USART_Send_Data('n');
    UINIO_USART_Send_Data('k');
    UINIO_USART_Send_Data('\n');

    UINIO_USART_Send_String("UinIO.com\n");                   // 发送字符串 UinIO.com

    /* 测试 printf() 串口打印重定向 */
    count1++;                                                 // 短整型测试变量自增 1
    count2 += 1.0F;                                           // 浮点型测试变量自增 1
    printf("count1 = %d, count2 = %.2f \n", count1, count2);  // 向 USART 串行接口打印格式化信息
  }
}

外部中断 EXTI

嵌套向量中断控制 NVIC

GD32F350RBT6 微控制器所采用的 ARM Cortex-M4 内核架构集成有嵌套式矢量型中断控制器（NVIC，Nested Vectored Interrupt Controller），主要用于管理和处理中断：

中断管理：当中断源产生中断信号的时候，NVIC 就会捕获处理这些信号。
优先级处理：通过对中断优先级进行排序，NVIC 会确保高优先级的中断首先得到处理。
中断嵌套：如果在一个中断服务程序当中，发生了另外一个更高优先级的中断，NVIC 会暂停处理当前中断，转而处理更高优先级的中断。
向量中断：每一个中断都关联有一个固定地址的中断服务程序，当中断发生时 NVIC 就会根据这个地址去执行相应的中断服务程序。
中断屏蔽：NVIC 允许通过编程来屏蔽某些中断，以防止它们被处理，该功能在特定情况下非常有用，例如需要执行关键任务而不希望被其它中断事件打断的时候。
低功耗模式支持：NVIC 与微控制器的低功耗模式紧密集成，休眠模式下 NVIC 可以检测外部中断并且唤醒 MCU，从而实现在低功耗状态下的快速响应。

外部中断/事件控制器 EXTI

外部中断/事件控制器（EXTI，External Interrupt/Event Controller）负责检测来自于中断源的中断请求，并且通知微控制器进行处理。其包含有 24 个相互独立的边沿检测电路（每个边沿检测电路都可以独立进行配置与屏蔽），能够在微控制器内核当中产生中断请求以及唤醒事件。每一个中断都拥有 4 位的中断优先级配置位，可以提供 16 个中断优先等级，并且这些中断都拥有着 上升沿、下降沿、任意边沿 三种触发方式：

中断线配置：配置外部中断线（EXTI Line），也就是 MCU 当中用于接收中断请求的物理线路。
触发条件方式：设置中断的触发方式，即 上升沿、下降沿、任意边沿。
中断优先级管理：分配不同的中断优先级，确保 MCU 能够按照预期的顺序与优先级处理中断请求。
中断请求生成与处理：当外部事件满足中断触发条件时，生成一个中断请求发送给 NVIC（嵌套向量中断控制器），后者会根据中断的优先级来决定是否响应该中断，如果需要响应，就会暂停执行当前的程序，转而将控制权移交给指定的 ISR（中断服务程序，Interrupt Service Routine）。
中断服务程序执行：在 ISR 中断服务程序当中，可以编写代码处理外部事件。待处理完毕之后，就会将控制权返还给刚才被中断的程序，从之前暂停的位置继续运行。

EXTI 中断的触发源可以来自于 GPIOA/B/C/F (0~15) 引脚，以及 LVD（低电压检测）、RTC（实时时钟）、CEC（HDMI 的 CEC 控制器）、CMP（比较器）、USB、USART 等片上外设：

注意：上述表格当中 EXTI 中断线与触发源的对应关系非常重要。

接下来的实验里，首先需要将一枚轻触按键 SW2 连接到 UINIO-MCU-GD32F350RBT6 核心板的 GPIOA0 引脚，其中一端连接至 3V3，而另外一端经过位号为 R5 的 10KΩ 下拉电阻之后连接至 GND。然后再把 LED3 的一端通过限流电阻 R4 连接至 GPIOB8 引脚，另外一端连接到 GND 引脚：

最后，再将 UINIO-MCU-GD32F350RBT6 的 GPIOA9 和 GPIOA10 分别连接至 UINIO-USB-UART 串口调试器的 RXD 和 TXD 引脚，以便于通过上位机软件观察 USART 串口输出的调试数据。

完整 Keil µVision 工程代码

使用 GD32F350RBT6 微控制器的 EXTI 外部中断功能，通常需要经历下面一系列步骤：

通过 rcu_periph_clock_enable() 使能 GPIO 引脚和 CGFCMP 系统配置外设时钟。
调用 nvic_priority_group_set() 配置优先级分组。
调用 nvic_irq_enable() 使能 NVIC 中断，并且配置抢占优先级和响应优先级。
通过 syscfg_exti_line_config() 将中断线与 GPIO 引脚进行连接。
调用 exti_init() 设置中断线、中断模式、触发类型。
使能中断线 exti_interrupt_enable()，并且清除中断标志位 exti_interrupt_flag_clear()。
编写已经在 startup_gd32f3x0.s 启动文件当中定义好名称，且参数和返回值皆为 void 的中断服务函数（每次中断执行完毕之后都需要清除一下中断标志位）。

注意：本节内容所涉及的全部测试代码，已保存在 UINIO-MCU-GD32F350RBT6 核心板开源项目 Examples 目录下的 7-EXTI-Key 工程当中。

Drivers/EXTI-Key.h

/*========== EXTI-Key.h ==========*/
#ifndef UINIO_EXTI_KEY_H
#define UINIO_EXTI_KEY_H

#include "gd32f3x0.h"

#define UINIO_KEY_PORT GPIOA       // 按键对应的 GPIO 端口
#define UINIO_KEY_PIN  GPIO_PIN_0  // 按键对应的 GPIO 引脚
#define UINIO_KEY_RCU  RCU_GPIOA   // 按键对应 GPIO 端口的外设时钟

#define UINIO_KEY_EXTI_PORT_SOURCE EXTI_SOURCE_GPIOA   // 定义用于 EXTI 的 GPIO 端口
#define UINIO_KEY_EXTI_PIN_SOURCE  EXTI_SOURCE_PIN0    // 定义用于 EXTI 的 GPIO 引脚
#define UINIO_KEY_EXTI_LINE        EXTI_0              // 定义 EXTI 中断线 0
#define UINIO_KEY_EXTI_IRQN        EXTI0_1_IRQn        // 定义 EXTI 线 0 和线 1 中断
#define UINIO_KEY_EXTI_IRQ_Handler EXTI0_1_IRQHandler  // 定义 EXTI 中断函数的名称

void UINIO_EXTI_Key_GPIO_Config(void);  // 按键中断配置函数

#endif /* UINIO_EXTI_KEY_H */

注意：上述代码当中的中断线 0 和 1 的中断服务函数名称 EXTI0_1_IRQHandler 已经被定义在 startup_gd32f3x0.s 启动文件当中。

Drivers/EXTI-Key.c

/*========== EXTI-Key.c ==========*/
#include "stdio.h"

#include "../LED/LED.h"
#include "../EXTI-Key/EXTI-Key.h"

/** 按键中断配置函数 */
void UINIO_EXTI_Key_GPIO_Config(void) {
  rcu_periph_clock_enable(UINIO_KEY_RCU);  // 使能按键对应的 GPIO 外设时钟
  rcu_periph_clock_enable(RCU_CFGCMP);     // 使能 CGFCMP 系统配置外设时钟

  gpio_mode_set(UINIO_KEY_PORT, GPIO_MODE_INPUT, GPIO_PUPD_PULLDOWN, UINIO_KEY_PIN);  // 配置按键对应的 GPIO 引脚为带下拉电阻的输入模式，默认为低电平
  nvic_irq_enable(UINIO_KEY_EXTI_IRQN, 3U, 3U);                                       // 使能 NVIC 中断，抢占优先级 1，子优先级 1

  syscfg_exti_line_config(UINIO_KEY_EXTI_PORT_SOURCE, UINIO_KEY_EXTI_PIN_SOURCE);  // 配置 GPIO 引脚作为 EXTI 外部中断
  exti_init(UINIO_KEY_EXTI_LINE, EXTI_INTERRUPT, EXTI_TRIG_BOTH);                  // 初始化 EXTI 外部中断线
  exti_interrupt_enable(UINIO_KEY_EXTI_LINE);                                      // 使能 EXTI 外部中断
  exti_interrupt_flag_clear(UINIO_KEY_EXTI_LINE);                                  // 清除 EXTI 外部中断标志位
}

/** 按键中断处理函数 */
void UINIO_KEY_EXTI_IRQ_Handler(void) {
  /* 如果中断标志位为 1，那么表示按键被按下 */
  if (exti_interrupt_flag_get(UINIO_KEY_EXTI_LINE) == SET) {
    /* 当按键被按下时，执行的任务 */
    if (gpio_input_bit_get(UINIO_KEY_PORT, UINIO_KEY_PIN) == SET) {
      gpio_bit_toggle(UINIO_LED_PORT, UINIO_LED_PIN);  // 翻转 LED 电平状态
      printf("Key Press\n");                           // 串口打印 Key Press
    }
    /* 当按键被松开时，执行的任务 */
    else {
      printf("Key Release\n");                         // 串口打印 Key Release
    }
    exti_interrupt_flag_clear(UINIO_KEY_EXTI_LINE);    // 清除 EXTI 外部中断标志位
  }
}

Sources/main.c

/*========== main.c ==========*/
#include "gd32f3x0.h"
#include "main.h"
#include <stdio.h>

#include "../Drivers/LED/LED.h"
#include "../Drivers/USART/USART.h"
#include "../Drivers/EXTI-Key/EXTI-Key.h"

int main(void) {
  /* 配置优先级分组（2 位用于抢占优先级，2 位用于响应优先级） */
  nvic_priority_group_set(NVIC_PRIGROUP_PRE2_SUB2);

  UINIO_LED_GPIO_Config();         // 初始化 LED 对应的 GPIO 引脚资源
  UINIO_EXTI_Key_GPIO_Config();    // 初始化按键所对应 GPIO 引脚的中断配置
  UINIO_USART_GPIO_Config(9600U);  // 初始化 USART 串口，设置波特率为 9600

  while (1) {};
}

定时器 TIMER 概览

GD32F350RBT6 微控制器的定时器是一个可编程的无符号计数器，支持输入捕获与输出比较，可以按照功能特性被划分为六种类型：

高级定时器（TIMER0）；
通用定时器 L0（TIMER1 和 TIMER2）；
通用定时器 L2（TIMER13）；
通用定时器 L3（TIMER14）；
通用定时器 L4（TIMER15 和 TIMER16）；
基本定时器（TIMER5）；

也就是 1 个 16 位高级定时器（TIMER0），1 个 32 位通用定时器（TIMER1），5 个 16 位通用定时器（TIMER2、TIMER13 ~ TIMER16），1 个 16 位基本定时器（TIMER5）。

高级定时器 TIMER0

高级定时器（TIMER0）属于可编程的四通道定时器，包含有 16 位无符号计数器，支持输入捕获与输出比较。可以用于产生 PWM 信号控制电机（包含有死区时间插入模块）以及进行电源管理，其主要特性如下表所示：

高级定时器 TIMER0 特性	功能描述
总通道数	4 通道
计数器宽度	`TIMER0` 是 16 位
时钟源可选	内部时钟、内部触发、外部输入、外部触发
多种计数模式	向上计数、向下计数、中央计数
正交编码器接口	用于追踪运动和分辨旋转方向和位置
霍尔传感器接口	可以用于控制三相电机
可编程的预分频器	16 位（运行时可以被改变）
每个通道可配置	输入捕获模式、输出比较模式、可编程的 PWM 模式、单脉冲模式
可编程的死区时间	支持
自动重装载功能	支持
可编程的计数器重复功能	支持
中止输入功能	支持
中断输出和 DMA 请求	更新事件、触发事件、比较/捕获事件、换相事件、中止事件
多个定时器的菊链	使得一个定时器，能够同时启动多个定时器
定时器的同步	允许被选择的定时器在同一个时钟周期开始计数
定时器主-从管理	支持

下面的结构框图提供了高级定时器（TIMER0）的内部配置细节：

通用定时器 L0 - TIMER1, TIMER2

通用定时器 L0（TIMER1, TIMER2）同样属于可编程的四通道定时器，包含有 16 位无符号计数器，支持输入捕获与输出比较。可以用于产生 PWM 信号控制电机以及进行电源管理，其主要特性如下表所示：

高级定时器 TIMER1, TIMER2 特性	功能描述
总通道数	4 通道
计数器宽度	`TIMER2` 是 16 位，`TIMER1` 是 32 位
时钟源可选	内部时钟、内部触发、外部输入、外部触发
多种计数模式	向上计数、向下计数、中央计数
正交编码器接口	用于追踪运动和分辨旋转方向和位置
霍尔传感器接口	可以用于控制三相电机
可编程的预分频器	16 位（运行时可以被改变）
每个通道可配置	输入捕获模式、输出比较模式、可编程的 PWM 模式、单脉冲模式
自动重装载功能	支持
中断输出和 DMA 请求	更新事件、触发事件、比较/捕获事件
多个定时器的菊链	使得一个定时器，能够同时启动多个定时器
定时器的同步	允许被选择的定时器在同一个时钟周期开始计数
定时器主-从管理	支持

下面的结构框图提供了通用定时器 L0（TIMER1, TIMER2）的内部配置细节：

通用定时器 L2 - TIMER13

通用定时器 L2（TIMER13）属于可编程的单通道定时器，包含有 16 位无符号计数器，支持输入捕获与输出比较。可以用于产生 PWM 信号控制电机以及进行电源管理，其主要特性如下表所示：

高级定时器 TIMER13 特性	功能描述
总通道数	1 通道
计数器宽度	`TIMER13` 是 16 位
时钟源可选	内部时钟
计数模式	向上计数
可编程的预分频器	16 位（运行时可以被改变）
每个通道可配置	输入捕获模式、输出比较模式、可编程的 PWM 模式
自动重装载功能	支持
中断输出	更新事件、比较/捕获事件

下面的结构框图提供了通用定时器 L2（TIMER13）的内部配置细节：

通用定时器 L3 - TIMER14

通用定时器 L3（TIMER14）属于可编程的两通道定时器，包含有 16 位无符号计数器，支持输入捕获与输出比较。可以用于产生 PWM 信号控制电机（包含有死区时间插入模块）以及进行电源管理，其主要特性如下表所示：

高级定时器 TIMER14 特性	功能描述
总通道数	2 通道
计数器宽度	`TIMER14` 是 16 位
时钟源可选	内部时钟、内部触发、外部输入
计数模式	向上计数
可编程的预分频器	16 位（运行时可以被改变）
每个通道可配置	输入捕获模式、输出比较模式、可编程的 PWM 模式、单脉冲模式
可编程的死区时间	支持
自动重装载功能	支持
可编程的计数器重复功能	支持
中止输入功能	支持
中断输出和 DMA 请求	更新事件、比较/捕获事件、换相事件、中止事件
多个定时器的菊链	使得一个定时器，能够同时启动多个定时器
定时器的同步	使得一个定时器，能够同时启动多个定时器
定时器主-从管理	支持

下面的结构框图提供了通用定时器 L3（TIMER14）的内部配置细节：

通用定时器 L4 - TIMER15, TIMER16

通用定时器 L4（TIMER15, TIMER16）属于可编程的单通道定时器，包含有 16 位无符号计数器，支持输入捕获与输出比较。可以用于产生 PWM 信号控制电机（包含有死区时间插入模块）以及进行电源管理，其主要特性如下表所示：

高级定时器 TIMER15, TIMER16 特性	功能描述
总通道数	单通道
计数器宽度	`TIMER15` 和 `TIMER16` 都是 16 位
时钟源可选	内部时钟
计数模式	向上计数
可编程的预分频器	16 位（运行时可以被改变）
每个通道可配置	输入捕获模式、输出比较模式、可编程的 PWM 模式、单脉冲模式
可编程的死区时间	支持
自动重装载功能	支持
可编程的计数器重复功能	支持
中止输入功能	支持
中断输出和 DMA 请求	更新事件、比较/捕获事件、换相事件、中止事件

下面的结构框图提供了通用定时器 L4（TIMER15, TIMER16）的内部配置细节：

基本定时器 - TIMER5

基本定时器（TIMER5）包含有 16 位无符号计数器，支持输入捕获与输出比较。可以用于通用定时器，产生 DMA 请求，以及为 DAC 数模转换提供时钟，其主要特性如下表所示：

基本定时器 TIMER5 特性	功能描述
计数器宽度	`TIMER5` 是 16 位
时钟源可选	内部时钟
计数模式	向上计数
可编程的预分频器	16 位（运行时可以被改变）
自动重装载功能	支持
中断输出和 DMA 请求	更新事件

下面的结构框图提供了基本定时器（TIMER5）的内部配置细节：

基本定时器 TIMER5 与中断

本章节内容，将会利用基本定时器 TIMER5 以及其关联的定时器中断，来实现让 LED 每隔 1 秒不间断进行闪烁的实验。其中，定时器时钟和运行参数的配置，是两个比较重要的知识点，需要大家在实验过程当中特别留意。

定时器时钟配置

观察下面定时器相关的时钟树，可以发现如果 APB 总线的时钟分频系数为 1，那么定时器时钟频率就会与 AHB 总线保持一致。否则，定时器的时钟频率会被设定为 APB 总线频率的 2 倍：

可以看到，系统时钟 CK_SYS 在经过 AHB 预分频器之后，可以得到 AHB 总线时钟 CK_AHB。而这个 CK_AHB 再经过 APB1 和 APB2 预分频器之后，就可以得到定时器时钟 CK_TIMERx，具体请参考下面的计算公式：

\[ CK_{TIMERx} = \frac{CK_{AHB}}{APB_{x预分频值} \div 2} \]

由于固件库 system_gd32f3x0.c 源文件的 system_clock_config() 函数当中，已经将 APB1 和 APB2 的预分频值设定为 2：

/* APB2 = AHB/2 */
RCU_CFG0 |= RCU_APB2_CKAHB_DIV2;
/* APB1 = AHB/2 */
RCU_CFG0 |= RCU_APB1_CKAHB_DIV2;

根据上面的计算公式，就可以知道定时器时钟 CK_TIMERx 与 AHB 总线时钟 CK_AHB 的时钟频率值相等：

\[ CK_{TIMERx} = \frac{CK_{AHB}}{2 \div 2} = CK_{AHB} = 108MHz \]

定时器工作参数配置

官方固件库 gd32f3x0_timer.h 头文件当中定义的结构体变量 timer_parameter_struct，可以用于配置定时器的相关工作参数：

/* constants definitions */
/* TIMER init parameter struct definitions*/
typedef struct {
    uint16_t prescaler;         /*!< prescaler value */
    uint16_t alignedmode;       /*!< aligned mode */
    uint16_t counterdirection;  /*!< counter direction */
    uint16_t clockdivision;     /*!< clock division value */
    uint32_t period;            /*!< period value */
    uint8_t  repetitioncounter; /*!< the counter repetition value */
} timer_parameter_struct;

在下面的列表里，展示了这些参数的具体功能与用途：

prescaler：时钟的 16 位预分频值，取值范围为 0 ~ 65535。
alignedmode：对齐模式，可供选取的值有 TIMER_COUNTER_EDGE、TIMER_COUNTER_CENTER_DOWN、TIMER_COUNTER_CENTER_UP、TIMER_COUNTER_CENTER_BOTH。
counterdirection：计数方向，可供选取的值有 TIMER_COUNTER_UP 和 TIMER_COUNTER_DOWN。
period：周期，取值范围为 0 ~ 65535，当计数器达到周期值的时候，计数值将会清零，可以配合计数器时钟频率计算出中断时间。
clockdivision：时钟分频因子，可供选取的值有 TIMER_CKDIV_DIV1、TIMER_CKDIV_DIV2、TIMER_CKDIV_DIV4，主要用于输入捕获场景。
repetitioncounter：重复计数器值（仅限于高级定时器），取值范围为 0 ~ 255。

实验电路的搭建

类似于前面《通过 GPIO 固件库控制 LED》章节的实验电路，这里同样将 4.7K 限流电阻 R1 与 LED 发光二极管串联之后，再连接到 UINIO-MCU-GD32F350RBT6 核心板的 GPIOB8 引脚（高电平点亮，低电平熄灭）：

除此之外，还需要再将 UINIO-MCU-GD32F350RBT6 核心板的 GPIOA9 和 GPIOA10 引脚，分别连接至 UINIO-USB-UART 串口调试器的 RXD 和 TXD 引脚，这样就可以完成实验电路的搭建。

完整 Keil µVision 工程代码

本节内容的实验，主要基于 16 位的基本定时器 TIMER5 来实现 LED 每间隔 1 秒进行闪烁的效果，完成该功能大致需要经历下面六个步骤：

配置定时器时钟，由于固件库已经默认 CK_TIMERx = CK_AHB = 108MHz，所以本示例缺省该步骤。
配置并且初始化定时器，也就是设置 timer_parameter_struct 结构体的成员属性，然后调用 timer_init() 初始化定时器。
调用 nvic_irq_enable() 设置定时器中断的优先级。
调用 timer_interrupt_enable() 使能定时器更新中断事件。
调用 timer_enable() 函数使能定时器自身。
自定义基本定时器 TIMER5 相关的中断服务函数 TIMER5_DAC_IRQHandler()，该函数名称已在启动文件 startup_gd32f3x0.s 进行过声明。

注意：本节内容所涉及的全部测试代码，已保存在 UINIO-MCU-GD32F350RBT6 核心板开源项目 Examples 目录下的 8-Timer-LED 工程当中。

Drivers/Timer-LED.h

/*========== TIMER_LED.h ==========*/
#ifndef UINIO_TIMER_LED_H
#define UINIO_TIMER_LED_H

#include "gd32f3x0.h"

#define UINIO_TIMER_RCU         RCU_TIMER5             // 定时器 Timer5 时钟
#define UINIO_TIMER             TIMER5                 // 定时器 Timer5
#define UINIO_TIMER_IRQ         TIMER5_DAC_IRQn        // 定时器 Timer5 中断
#define UINIO_TIMER_IRQ_Handler TIMER5_DAC_IRQHandler  // 定时器 Timer5 中断服务函数

// #define UINIO_TIMER_RCU         RCU_TIMER2           // 定时器 Timer2 时钟
// #define UINIO_TIMER             TIMER2               // 定时器 Timer2
// #define UINIO_TIMER_IRQ         TIMER2_IRQn          // 定时器 Timer2 中断
// #define UINIO_TIMER_IRQ_Handler TIMER2_IRQHandler    // 定时器 Timer2 中断服务函数

void UINIO_Basic_Timer_Config(uint16_t pre, uint16_t per); // 基本定时器配置函数

#endif /* UINIO_TIMER_LED_H */

Drivers/Timer-LED.c

/*========== TIMER_LED.c ==========*/
#include "stdio.h"

#include "../LED/LED.h"
#include "../Timer-LED/Timer-LED.h"

/** 基本定时器配置，参数 UINIO_Clock_Prescale 为时钟预分频值，参数 UINIO_Clock_Period 为时钟周期 */
void UINIO_Basic_Timer_Config(uint16_t UINIO_Clock_Prescale, uint16_t UINIO_Clock_Period) {
  rcu_periph_clock_enable(UINIO_TIMER_RCU); // 使能定时器外设时钟
  /* CK_TIMERx = CK_AHB = 108MHz */
  timer_deinit(UINIO_TIMER);                // 复位定时器外设

  /* 配置定时器参数 */
  timer_parameter_struct TimerParameter;                // 定义 timer_parameter_struct 定时器参数结构体
  TimerParameter.prescaler = UINIO_Clock_Prescale - 1;  // 预分频值，由于该值从 0 开始计数，所以这里需要减去 1
  TimerParameter.alignedmode = TIMER_COUNTER_EDGE;      // 对齐模式，边缘对齐
  TimerParameter.counterdirection = TIMER_COUNTER_UP;   // 计数方向，向上计数
  TimerParameter.period = UINIO_Clock_Period - 1;       // 周期，同样由于该值从 0 开始计数，这里同样需要减去 1
  TimerParameter.clockdivision = TIMER_CKDIV_DIV1;      // 时钟分频因子
  TimerParameter.repetitioncounter = 0;                 // 重复计数器值，取值范围为 0 ~ 255，配置为 x 就会重复 x+1 次进入中断
  timer_init(UINIO_TIMER, &TimerParameter);             // 初始化定时器

  nvic_irq_enable(UINIO_TIMER_IRQ, 3U, 3U);             // 配置定时器中断优先级，抢占优先级 3，子优先级 2

  timer_interrupt_enable(UINIO_TIMER, TIMER_INT_UP);    // 使能定时器更新中断
  timer_enable(UINIO_TIMER);                            // 使能定时器
}

/** 基本定时器中断服务函数 */
void UINIO_TIMER_IRQ_Handler(void) {
  /* 判断定时器中断标志位 TIMER_INT_FLAG_UP 是否置位 */
  if (timer_interrupt_flag_get(UINIO_TIMER, TIMER_INT_FLAG_UP) == SET) {
    timer_interrupt_flag_clear(UINIO_TIMER, TIMER_INT_FLAG_UP);  // 清除定时器更新中断标志位
    gpio_bit_toggle(UINIO_LED_Port, UINIO_LED_Pin);              // 翻转 LED 对应 GPIO 引脚的电平状态
    printf("UinIO.com\n");                                       // 串口打印调试信息 UinIO.com
  }
}

Sources/main.c

/*========== main.c ==========*/
#include "gd32f3x0.h"
#include "main.h"
#include <stdio.h>

#include "../Drivers/LED/LED.h"
#include "../Drivers/USART/USART.h"
#include "../Drivers/Timer-LED/Timer-LED.h"

int main(void) {
  /* 配置优先级分组（2 位用于抢占优先级，2 位用于响应优先级） */
  nvic_priority_group_set(NVIC_PRIGROUP_PRE2_SUB2);

  UINIO_LED_GPIO_Config();         // 初始化 LED 对应的 GPIO 引脚资源
  UINIO_USART_GPIO_Config(9600U);  // 初始化 USART 串口，设置波特率为 9600

  /* 频率(10800/108)兆赫兹 * 周期(10000)微秒 = 闪烁间隔为 1 秒 */
  UINIO_Basic_Timer_Config(10800, 10000);    // 初始化基本定时器，第 1 个参数为时钟预分频值，第 2 个参数为时钟周期

  while (1) {};
}

通用定时器 TIMER1 与 PWM

脉冲宽度调制 PWM 简介

脉冲宽度调制（PWM，Pulse-width modulation）是一种通过将电平信号分散为离散形式，从而达到调整电压和频率，乃至于平均功率的目的。

这项技术可以用于动态控制 LED 亮度乃至于电机转速，其主要涉及到如下三个重要的参数：

频率（Frequency）：单位时间内周期性事件的重复次数，即 PWM 在 1 秒钟之内，脉冲信号完整周期的出现次数，其值等于 $频率 f = \frac{1}{周期 T}$，单位为赫兹。
周期（Period）：一个完整信号周期所持续的时间，其值等于 $周期 T = \frac{1}{频率 f}$，单位为秒。
占空比（Duty Cycle）：在一个完整的脉冲信号周期当中，高电平所占据的百分比值。

定时器 TIMER1 的 PWM 通道

GD32F350RBT6 微控制器的 TIMER1 是一个 通用定时器，拥有四路 PWM 通道，其中的每一路通道都对应着 1 个 GPIO 引脚（需要进行复用设置）。通过下面的表格，可以发现 GPIOA5 引脚的复用功能 AF2，对应的就是 TIMER1 定时器的 CH0 通道：

注意：GPIO 的复用功能可以通过固件库函数 void gpio_af_set(uint32_t gpio_periph, uint32_t alt_func_num, uint32_t pin) 进行设置。

PWM 脉冲频率的计算

根据下面通用定时器 TIMER1 的结构框图，可以观察到该定时器各个通道时钟信号的来龙去脉。其中带有层叠效果的框图，表示其对应有影子寄存器：

注意：影子寄存器可以让指令重复使用相同的寄存器编码，但是在不同模式下，这些编码对应的是不同的物理寄存器。

相比于之前基本定时器的实验，本实验需要将定时器配置函数 UINIO_PWM_Config() 的时钟分频值修改为 108，从而使得分频后的定时器时钟频率等于：

\[ 分频后的时钟频率 PSC_{CLK} = \frac{定时器时钟频率 108MHz}{预分频值108} = 1MHz \]

再根据下面的公式，就可以计算得到此时 PWM 脉冲宽度调制信号的输出频率为 100Hz：

\[ PWM 输出频率 = \frac{分频后的时钟频率 1MHz}{周期值 10000 微秒} = 100Hz \]

注意：该脉冲频率远高于肉眼可以鉴别出的 50Hz 临界闪烁频率，所以不会导致 LED 发生明显的闪烁现象，可以呈现出比较完美的呼吸灯效果。

实验电路的搭建

类似于之前《基本定时器 TIMER5 与中断》章节的实验电路，这里同样需要将 4.7K 限流电阻 R1 与 LED 发光二极管进行串联，有所不同之处在于这里需要将其连接至 UINIO-MCU-GD32F350RBT6 核心板的 GPIOA5 引脚，然后由通用定时器 TIMER1 的通道 0 输出 PWM 脉冲信号：

除此之外，依然需要把 UINIO-MCU-GD32F350RBT6 核心板的 GPIOA9 和 GPIOA10 引脚，分别连接至 UINIO-USB-UART 串口调试器的 RXD 和 TXD 引脚，从而能够使用串口上位机软件，查看到当前 LED 的亮灭状态调试信息。

完整 Keil µVision 工程代码

本实验通过 PWM 输出脉冲波来实现 LED 的呼吸灯效果，大致上需要经历如下一系列的配置过程：

调用 gpio_af_set() 配置 PWM 功能对应 GPIO 引脚的复用功能。
使用 timer_init() 配置 PWM 定时器参数。
使用 timer_channel_output_config() 配置 PWM 输出通道参数。
通过 timer_channel_output_pulse_value_config() 函数将定时器 TIMER1 通道输出的脉冲值置为 0。
使用 timer_channel_output_mode_config() 配置定时器输出通道的比较模式为 PWM 模式 0。
使用 timer_channel_output_shadow_config() 失能定时器输出通道的比较影子寄存器。
调用 timer_auto_reload_shadow_enable() 使能定时器自动重载影子寄存器。
调用 timer_enable() 使能 PWM 相关的定时器。
循环调用 timer_channel_output_pulse_value_config() 函数，通过动态设定脉冲值（介于 0 ~ 65535 范围）实现 LED 的呼吸灯效果。

Drivers/PWM-LED.h

/*========== PWM_LED.h ==========*/
#ifndef UINIO_PWM_LED_H
#define UINIO_PWM_LED_H

#include "gd32f3x0.h"

#define UINIO_PWM_RCU  RCU_GPIOA   // 定义 PWM 对应 GPIOA 端口的外设时钟
#define UINIO_PWM_PORT GPIOA       // 定义 PWM 对应的 GPIOA 端口
#define UINIO_PWM_PIN  GPIO_PIN_5  // 定义 PWM 对应的 GPIO 引脚
#define UINIO_PWM_AF   GPIO_AF_2   // 定义 PWM 对应 GPIO 引脚的复用功能 2

#define UINIO_PWM_TIMER_RCU RCU_TIMER1  // 定义通用定时器 TIMER1 的外设时钟
#define UINIO_PWM_TIMER     TIMER1      // 定义通用定时器 TIMER1 自身
#define UINIO_PWM_CHANNEL   TIMER_CH_0  // 定义定时器的通道 0

void UINIO_PWM_Config(uint16_t UINIO_Clock_Prescale, uint16_t UINIO_Clock_Period); // 预定义 PWM 工作参数配置函数
void UINIO_PWM_LED_Breathing(void);                                                // 预定义 PWM 呼吸灯控制函数

#endif /* UINIO_PWM_LED_H */

Drivers/PWM-LED.c

/*========== PWM_LED.h ==========*/
#include "stdio.h"
#include "systick.h"
#include "../PWM-LED/PWM-LED.h"

/** 配置 PWM 功能对应的 GPIO 引脚 */
static void UINIO_PWM_GPIO_Config(void) {
  rcu_periph_clock_enable(UINIO_PWM_RCU);                                                   // 使能 PWM 对应 GPIO 引脚的外设时钟
  gpio_mode_set(UINIO_PWM_PORT, GPIO_MODE_AF, GPIO_PUPD_NONE, UINIO_PWM_PIN);               // 配置 GPIO 引脚为悬空的复用功能模式
  gpio_output_options_set(UINIO_PWM_PORT, GPIO_OTYPE_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ, UINIO_PWM_PIN); // 设置 GPIO 引脚的输出模式（推挽输出）与速率（50MHz）
  gpio_af_set(UINIO_PWM_PORT, UINIO_PWM_AF, UINIO_PWM_PIN);                                 // 设置 GPIO 引脚的复用功能
}

/** 配置脉冲宽度调制 PWM 的工作参数，参数 UINIO_Clock_Prescale 为时钟预分频值，参数 UINIO_Clock_Period 为时钟周期 */
void UINIO_PWM_Config(uint16_t UINIO_Clock_Prescale, uint16_t UINIO_Clock_Period) {
  UINIO_PWM_GPIO_Config();  // 调用前面已经定义的 PWM 对应 GPIO 引脚的配置函数

  rcu_periph_clock_enable(UINIO_PWM_TIMER_RCU);  // 使能定时器 TIMER1 外设时钟
  /* CK_TIMERx = CK_AHB = 108MHz */
  timer_deinit(UINIO_PWM_TIMER);                 // 复位定时器 TIMER1

  /* 配置 PWM 定时器参数 TimerParameter */
  timer_parameter_struct TimerParameter;               // 定义 timer_parameter_struct 定时器参数结构体
  TimerParameter.prescaler = UINIO_Clock_Prescale - 1; // 预分频值，由于该值从 0 开始计数，所以这里需要减去 1
  TimerParameter.alignedmode = TIMER_COUNTER_EDGE;     // 对齐模式，边缘对齐
  TimerParameter.counterdirection = TIMER_COUNTER_UP;  // 计数方向，向上计数
  TimerParameter.period = UINIO_Clock_Period - 1;      // 周期，同样由于该值从 0 开始计数，这里同样需要减去 1
  TimerParameter.clockdivision = TIMER_CKDIV_DIV1;     // 时钟分频因子
  TimerParameter.repetitioncounter = 0;                // 重复计数器值，取值范围为 0 ~ 255，配置为 x 就会重复 x+1 次进入中断
  timer_init(UINIO_PWM_TIMER, &TimerParameter);        // 初始化 PWM 相关的定时器

  /* 配置 PWM 输出通道参数 TimerOutChannel */
  timer_oc_parameter_struct TimerOutChannel;                                         // 输出通道配置结构体 timer_oc_parameter_struct
  TimerOutChannel.ocpolarity = TIMER_OC_POLARITY_HIGH;                               // 设置通道输出极性为高电平有效
  TimerOutChannel.outputstate = TIMER_CCX_ENABLE;                                    // 使能通道输出功能
  timer_channel_output_config(UINIO_PWM_TIMER, UINIO_PWM_CHANNEL, &TimerOutChannel); // 开始配置定时器通道的输出功能

  /* 配置占空比 */
  timer_channel_output_pulse_value_config(UINIO_PWM_TIMER, UINIO_PWM_CHANNEL, 0);                  // 配置定时器输出通道的脉冲值
  timer_channel_output_mode_config(UINIO_PWM_TIMER, UINIO_PWM_CHANNEL, TIMER_OC_MODE_PWM0);        // 配置定时器输出通道的比较模式为 PWM 模式 0
  timer_channel_output_shadow_config(UINIO_PWM_TIMER, UINIO_PWM_CHANNEL, TIMER_OC_SHADOW_DISABLE); // 失能定时器输出通道的比较影子寄存器

  timer_auto_reload_shadow_enable(UINIO_PWM_TIMER); // 使能定时器自动重载影子寄存器
  timer_enable(UINIO_PWM_TIMER);                    // 使能 PWM 相关的定时器
}

/** PWM 呼吸灯控制函数 */
void UINIO_PWM_LED_Breathing(void) {
  static uint8_t Direct = 0; // 亮暗调节方向
  static uint16_t Value = 0; // 脉冲值

  /* 逐渐变亮 */
  if (Direct == 0) {
    Value += 500; // 该值越大 LED 越亮
    printf("Get brighter...\n");

    if (Value > 10000) {
      Direct = 1; // 切换至渐暗模式
      printf("Switch to dark...\n");
    }
  }
  /* 逐渐变暗 */
  else {
    Value -= 500; // 该值越小 LED 越暗
    printf("Get darker...\n");

    if (Value <= 0) {
      Direct = 0; // 切换至渐亮模式
      printf("Switch to bright...\n");
    }
  }

  timer_channel_output_pulse_value_config(UINIO_PWM_TIMER, UINIO_PWM_CHANNEL, Value); // 配置定时器通道输出的脉冲值
  delay_1ms(50);                                                                      // 系统滴答定时器延时 50 毫秒
}

Sources/main.c

/*========== main.c ==========*/
#include "gd32f3x0.h"
#include "main.h"
#include <stdio.h>

#include "../Drivers/LED/LED.h"
#include "../Drivers/USART/USART.h"
#include "../Drivers/PWM-LED/PWM-LED.h"

int main(void) {
  systick_config();

  nvic_priority_group_set(NVIC_PRIGROUP_PRE2_SUB2); // 优先级分组

  UINIO_USART_GPIO_Config(9600U); // 初始化 USART 串口，设置波特率为 9600

  /* 频率(10800/108)兆赫兹 * 周期(10000)微秒 = 亮度调整间隔为 0.01 秒 */
  UINIO_PWM_Config(108, 10000);   // PWM 初始化

  while (1) {
    UINIO_PWM_LED_Breathing(); // 调用 PWM 呼吸灯控制函数
  }
}

直接存储器存取 DMA 与中断

DMA 功能简介

直接存储器存取（DMA，Direct Memory Access）主要运用在不占用内核计算资源的情况下，进行数据的传递（外设 → 存储器、存储器 → 外设、存储器 → 存储器）。GD32F350RBT6 只拥有一个 DMA 控制器，其拥有 7 个通道，每个通道都用于处理各个外设的存储器访问请求，这些外设包括有 ADC、SPI、I2C、USART、DAC、I2S 以及定时器。

观察上面的 DMA 功能结构框图，可以发现 DMA 控制器主要由如下四个部分组成：

通过 AHB 总线从接口进行 DMA 配置。
通过 AHB 总线主接口进行数据传输。
由仲裁器（Arbiter）对 DMA 请求的优先级进行管理。
控制存储器或者外设的状态，并且管理计数器。

实验电路的搭建

本节内容的实验，需要通过 USART 输出 DMA 传输过来的数据信息，所以依然要把 UINIO-MCU-GD32F350RBT6 核心板与另外一款 UINIO 系列开源硬件 UINIO-USB-UART 串口调试器，参照下图的线路进行相互连接：

也就是把 UINIO-MCU-GD32F350RBT6 核心板的 GPIOA9 和 GPIOA10 引脚，分别连接至 UINIO-USB-UART 串口调试器的 RXD 和 TXD 引脚，然后将后者的 Type-C 接口通过 USB 线缆连接到计算机，进而可以借助 COMTransmit 等串口调试助手软件，查看到 DMA 传输过来的各种数据和日志信息。

完整 Keil µVision 工程代码

当使用 DMA 进行数据传输时，会首先从源地址读取数据，然后再将读取的数据存储到目的地址，使用时通常需要遵循如下步骤：

通过 rcu_periph_clock_enable(RCU_DMA) 使能 DMA 外设时钟。
配置 DMA 参数结构体 dma_parameter_struct。
初始化 DMA 通道 dma_init()。
调用 dma_circulation_enable/disable() 和 dma_memory_to_memory_enable/disable() 配置 DMA 相关模式。
执行 dma_interrupt_enable() 使能 DMA 中断。
执行 dma_channel_enable() 使能 DMA 通道本身。

Sources/gd32f3x0_it.c

/*========== gd32f3x0_it.c ==========*/
/* interrupt service routines */
#include "gd32f3x0_it.h"
#include "main.h"
#include "systick.h"

extern FlagStatus UINIO_Transfer_Complete;

void DMA_Channel1_2_IRQHandler(void) {
  /* 判断 DMA 通道传输是否已经完成，参数 DMA_INT_FLAG_FTF 是传输完成中断标志位 */
  if(dma_interrupt_flag_get(DMA_CH1, DMA_INT_FLAG_FTF)) {
    dma_interrupt_flag_clear(DMA_CH1, DMA_INT_FLAG_G); // 清除 DMA 通道全局中断标志位状态
    UINIO_Transfer_Complete = SET;
  }
}

Sources/main.c

/*========== main.c ==========*/
#include "gd32f3x0.h"
#include "../Drivers/USART/USART.h"

#define GetArrayNumber(arr_nanme)  (uint32_t)(sizeof(arr_nanme) / sizeof(*(arr_nanme)))

uint8_t UINIO_String[] = "UinIO.com : Copy current string from RAM to USART by DMA.\n"; // 需要通过 DMA 传输给 USART 的字符串
__IO FlagStatus UINIO_Transfer_Complete = RESET;                                        // 固件库中预定义的枚举类型变量，取值为 SET 或者 RESET

int main(void) {
  UINIO_USART_GPIO_Config(9600U);             // 调用 USART 串口配置函数

  rcu_periph_clock_enable(RCU_DMA);           // 使能 DMA 相关的外部时钟
  nvic_irq_enable(DMA_Channel1_2_IRQn, 0, 0); // 配置 DMA 中断服务程序

  /* 初始化 DMA 通道 */
  dma_deinit(DMA_CH1);
  dma_parameter_struct DMA_Init_Struct;
  DMA_Init_Struct.direction    = DMA_MEMORY_TO_PERIPHERAL;         // 设置 DMA 通道数据传输方向为【读取存储器写入外设】
  DMA_Init_Struct.memory_addr  = (uint32_t)UINIO_String;           // 设置存储器基地址为字符串首地址
  DMA_Init_Struct.memory_inc   = DMA_MEMORY_INCREASE_ENABLE;       // 配置外设地址生成算法模式为递增
  DMA_Init_Struct.memory_width = DMA_MEMORY_WIDTH_8BIT;            // 存储器数据传输宽度为 8 位（串口每次传送 1 个字节 8 位）
  DMA_Init_Struct.number       = GetArrayNumber(UINIO_String);     // 设置 DMA 通道数据传输量
  DMA_Init_Struct.periph_addr  = (uint32_t)(&USART_TDATA(USART0)); // 设置外设基地址
  DMA_Init_Struct.periph_inc   = DMA_PERIPH_INCREASE_DISABLE;      // 设置外设地址生成算法为固定地址模式
  DMA_Init_Struct.periph_width = DMA_PERIPHERAL_WIDTH_8BIT;        // 外设数据传输宽度为 8 位
  DMA_Init_Struct.priority     = DMA_PRIORITY_ULTRA_HIGH;          // 配置 DMA 传输通道优先级为最高
  dma_init(DMA_CH1, &DMA_Init_Struct);                             // 开始初始化 DMA 通道 1

  /* 配置 DMA 模式 */
  dma_circulation_disable(DMA_CH1);      // 禁用 DMA 循环模式
  dma_memory_to_memory_disable(DMA_CH1); // 禁用存储器到存储器的 DMA 传输

  usart_dma_transmit_config(USART0, USART_DENT_ENABLE); // 使能串口 USART0 的 DMA 发送功能
  dma_interrupt_enable(DMA_CH1, DMA_INT_FTF);           // 使能 DMA1 通道传输完成中断
  dma_channel_enable(DMA_CH1);                          // 使能 DMA1 通道本身

  /* 等待传输完成 */
  while(RESET == UINIO_Transfer_Complete);
}

ADC 模数转换器外设

ADC 外设简介

GD32F350RBT6 微控制器集成有 12 位逐次逼近型模数转换器（ADC，Analog Digital Converter），可以采集来自 16 个外部通道（即 MCU 引脚）、2 个内部通道，以及电池电压 VBAT 通道的模拟信号。采样转换完成之后，转换结果可以按照最低/最高有效位的对齐方式，保存在相应的数据寄存器当中。

注意：逐次逼近型 ADC 通过产生一系列比较电压，逐次与输入的模拟电压信号进行比较，以一次一次逐步接近的方式，将模似信号转换成最接近的数字信号。

ADC 内部输入信号	功能说明	ADC 输入引脚定义	功能说明
$V_{SENSE}$	内部温度传感器输出电压。	$VDDA$	模拟电源正等于 $V_{DD}$，$2.6V \le VDDA \le 3.6V$。
$V_{REFINT}$	内部参考输出电压。	$VSSA$	模拟电源负等于 $V_{SS}$，通过磁珠单点接入 `GND`。
$V_{BAT} / 2$	硬件输入电压除以二。	$ADCx_IN [15:0]$	多达 16 路外部通道。

注意：UINIO-MCU-GD32F350RBT6 核心板的模拟电源负引脚 VSSA，使用了对于 100Mhz 高频杂散信号存在 1KΩ 阻抗的磁珠进行单点接地；

ADC 采样通道与模式

GD32F350RBT6 微控制器上的这总共 19 条 ADC 采样通道，都支持如下几种运行模式：

单次转换模式：每进行 1 次 ADC 转换后，ADC 就会自动停止，并将结果保存在 ADC 数据寄存器当中。
扫描模式：用于对多个输入通道进行依次采集，ADC 会根据配置的通道采集顺序，对多个通道依次进行采样转换。
连续转换模式：当 ADC 完成 1 次转换之后，就会启动另外 1 次转换，周而复始，直至外部触发或者软件触发停止这个转换过程。
间断模式：用于在注入通道（即在规则通道转换时，需要强行插入的通道）和常规通道之间进行切换，ADC 会优先转换注入通道，完成之后再自动切换到常规通道进行转换。

ADC 采样的触发方式主要有外部触发和软件触发两种：

外部触发：在外部输入信号的上升沿 或者 下降沿，都可以触发规则组或者注入组的 ADC 转换。
软件触发：由软件控制在固定的时间点进行 ADC 转换，通常用于采集精度要求较高的场景。

ADC 性能参数

使用 ADC 模数转换器外设的时候，需要特别注意下面三个主要性能参数：

分辨率：表示 ADC 转换器的输出精度，单位为 bit 位，分辨率越高，采样精度也就越高，但是 ADC 所花费的采样转换时间就会越长。
采样率：表示 ADC 每秒对于模拟信号进行采样的次数，单位为赫兹 Hz 或者 样本数量Sample / 秒S。采样率高就表示 ADC 能够更快的将模拟信号转换为数字信号，从而更加准确的反映模拟信号的变化。
采样范围：是指 ADC 可以采集到的模拟电压输入信号范围，通常位于参考电压 $V_{REF}$ 范围之内，即 $0V \le ADC \le V_{REF}$。

实验电路的搭建

本节的实验会将 UINIO-MCU-GD32F350RBT6 核心板的 GPIOC1 作为 ADC 采样引脚，分别去获取 TP1（连接至 3V3）和 TP2（连接至 GND）两个测试点的电压数据，同时仍然将核心板与另外一款 UINIO 系列开源硬件 UINIO-USB-UART 串口调试器，参照下面的示意图相互进行连接：

即 UINIO-MCU-GD32F350RBT6 核心板的 GPIOA9 和 GPIOA10 引脚，分别连接至 UINIO-USB-UART 串口调试器的 RXD 和 TXD 引脚，然后将后者的 Type-C 接口通过 USB 线缆连接到计算机，从而借助串口调试助手软件 COMTransmit 查看 ADC 采集到的数据信息。

完整 Keil µVision 工程代码

本实验通过将 UINIO-MCU-GD32F350RBT6 核心板的 GPIOC1 作为 ADC 采样引脚，分别去获取核心板上 3V3 和 GND 引脚的电压数据，并且通过 USART 串口将这些数据打印出来。实现这个功能，需要遵循如下一系列的步骤去配置 ADC 外设：

使用 rcu_periph_clock_enable() 使能 GPIO 和 ADC 外设时钟。
通过 rcu_adc_clock_config() 配置 ADC 时钟。
通过 gpio_mode_set() 配置 GPIO 引脚为模拟输入模式。
配置 ADC 的特殊功能 adc_special_function_config()、数据对齐方式 adc_data_alignment_config()、分辨率 adc_resolution_config()、通道长度 adc_channel_length_config()。
配置 ADC 通道的触发源 adc_external_trigger_source_config()。
使能 ADC 的触发方式是软件触发还是外部触发 adc_external/software_trigger_config()。
调用 adc_enable() 使能 ADC 外设以及 adc_calibration_enable() 使能校准功能 。
配置 ADC 规则通道组或者插入通道组 adc_regular/inserted_channel_config()。
使能 ADC 外部触发或者软件触发功能 adc_external/software_trigger_enable()。
持续判断通道组转换结束标志位 ADC_FLAG_EOC，然后再通过 adc_regular_data_read() 读取范围为 0 ~ 4095 的 ADC 采样数据。

在上面的配置过程当中，adc_data_alignment_config() 函数所配置的数据对齐方式是指：

右对齐模式：ADC 采集到的数据被右对齐到最低位，不足的位数填充 0，该模式可以在不损失精度的前提下，获得更好的动态范围。
左对齐模式：ADC 采集到的数据被左对齐到最高位，不足的位数填充 0，虽然该模式可以提高采样的分辨率，但是会降低动态范围。

Drivers/ADC.h

/*========== ADC.h ==========*/
#ifndef UINIO_ADC_H
#define UINIO_ADC_H

#include "gd32f3x0.h"

void UINIO_ADC_Config(void);                         // ADC 外设配置函数
unsigned int UINIO_ADC_Value(uint8_t ADC_CHANNEL_x); // 获取指定 ADC 通道的采集值

#endif /* UINIO_ADC_H */

Drivers/ADC.c

/*========== ADC.c ==========*/
#include "stdio.h"
#include "ADC.h"

/** ADC 外设配置函数 */
void UINIO_ADC_Config(void) {
  rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOC);        // 使能 GPIOC 外设时钟
  rcu_periph_clock_enable(RCU_ADC);          // 使能 ADC 外设时钟
  rcu_adc_clock_config(RCU_ADCCK_APB2_DIV6); // 选择 APB 总线频率的 6 分频作为 ADC 的时钟源

  gpio_mode_set(GPIOC, GPIO_MODE_ANALOG, GPIO_PUPD_NONE, GPIO_PIN_1); // 配置 GPIOC1 为不带上下拉电阻的模拟输入模式

  adc_special_function_config(ADC_SCAN_MODE, ENABLE); // 使能 ADC 特殊功能的扫描模式
  adc_data_alignment_config(ADC_DATAALIGN_RIGHT);     // 配置 ADC 数据对齐方式为右对齐
  adc_resolution_config(ADC_RESOLUTION_12B);          // 配置 ADC 分辨率为 12 位
  adc_channel_length_config(ADC_REGULAR_CHANNEL, 1);  // 配置规则通道组的通道长度为 1

  adc_external_trigger_source_config(ADC_REGULAR_CHANNEL, ADC_EXTTRIG_REGULAR_NONE); // 配置规则通道组的外部触发源为软件触发（规则组）
  adc_external_trigger_config(ADC_REGULAR_CHANNEL, ENABLE);                          // 使能 ADC 外部触发

  adc_enable();             // 使能 ADC 外设
  adc_calibration_enable(); // 使能 ADC 校准
}

/** 获取 ADC 的值，参数 ADC_CHANNEL_x 用于指定采集通道 */
unsigned int UINIO_ADC_Value(uint8_t  ADC_CHANNEL_x) {
  adc_regular_channel_config(0U, ADC_CHANNEL_x, ADC_SAMPLETIME_55POINT5); // 配置 ADC 规则通道组，选择通道 0，并且指定采样时间为 1.5 个周期
  adc_software_trigger_enable(ADC_REGULAR_CHANNEL);                       // 使能 ADC 软件触发功能

  /* 根据 ADC 状态标志位，等待 ADC 采样完成 */
  while ( adc_flag_get(ADC_FLAG_EOC) == RESET ) {}

  unsigned int ADC_Value = adc_regular_data_read(); // 读 ADC 规则组的采样数据
  return ADC_Value;                                 // 返回 ADC 采样数据
}

Sources/main.c

/*========== main.c ==========*/
#include "gd32f3x0.h"
#include "stdio.h"
#include "systick.h"

#include "../Drivers/ADC/ADC.h"
#include "../Drivers/USART/USART.h"

int main(void) {
  systick_config();               // 初始化系统滴答定时器
  UINIO_USART_GPIO_Config(9600U); // 配置 USART0，并将波特率设置为 9600
  UINIO_ADC_Config();             // 配置 ADC 外设

  uint16_t Voltage = 0;           // ADC 采集到的原始值（0 ~ 4095）

  while(1) {
    Voltage = UINIO_ADC_Value(ADC_CHANNEL_11);

    /* 通过串口打印出实际电压值 */
    printf("ADC_Value = %f\n",(( Voltage / 4095.0 ) * 3.3) ); // 接入 3.3V 采集的 ADC 值为 4095，接入 GND 采集的 ADC 值为 0

    delay_1ms(1000); // 延时 1 秒
  }
}

I2C 集成电路总线

SPI 串行外设总线

兆易创新 UINIO-MCU-GD32F350 固件库开发指南

http://www.uinio.com/Project/UINIO-MCU-GD32/

作者

Hank

发布于

2024-03-18

更新于

2024-09-06

许可协议

#MCU

ADC 内部输入信号	功能说明	ADC 输入引脚定义	功能说明
\(V_{SENSE}\)	内部温度传感器输出电压。	\(VDDA\)	模拟电源正等于 \(V_{DD}\)，\(2.6V \le VDDA \le 3.6V\)。
\(V_{REFINT}\)	内部参考输出电压。	\(VSSA\)	模拟电源负等于 \(V_{SS}\)，通过磁珠单点接入 `GND`。
\(V_{BAT} / 2\)	硬件输入电压除以二。	\(ADCx_IN [15:0]\)	多达 16 路外部通道。