ESP32直接端口操作

Question

亲爱的StackOverflowers，

我正在尝试将Adafruit的HX8357D 3.5“ TFT（链接）与esp32一起使用。TFT驱动程序具有两个接口：SPI和8位并行。Adafruit 的提供的库（链接）仅支持esp32上的SPI。我需要esp32具有更高的显示速度，所以我决定自己尝试添加对esp32的支持，虽然我完全没有这种编程经验，但是我喜欢挑战。

我通过对Arduino Uno / Mega支持进行反向工程来弄清楚8位接口是如何工作的。为了增加对esp32的支持，我需要一种直接操作控制esp32的gpio端口的寄存器的方法。我在互联网上四处张望，但是很少有如何执行此操作的示例。Espressif（link）的技术参考手册包含所有需要的信息，但是我不够熟练，无法弄清楚如何将其转换为代码。

要对esp32进行编程，我使用esp32 Arduino内核。本示例（链接）显示了如何将gpio引脚设置为输出，并直接使用寄存器将其设置为高电平和低电平。问题是我需要能够将8个引脚设置为输出，向它们写入数据，使其成为输入，然后从它们读取数据，所有这些都使用寄存器而不是使用pinMode，digitalRead和digitalWrite函数。

我知道它在Arduino Uno / Mega上的工作方式，其中有三个寄存器控制端口：

• DDR *读/写
• 端口*设置GPIO高/低
• 如果gpio为INPUT，则PIN *读取HIGH / LOW。

但是，这在esp32上如何工作？如何使用寄存器创建这种8位并行通信？

如果有人在这个主题上比我有更多的专业知识，我将不胜感激。提前致谢。

Answer 1

有很多方法可以做到这一点。我经常一针一针地做。

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

unsigned char disp_register;

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

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

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

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

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

接下来，您需要将寄存器复制到 GPIO 引脚的外部世界的函数：

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

然后，在您将任何内容写入寄存器后，调用您的函数来输出它：

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

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

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

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

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

    return retval;
}

Answer 2

为了最大程度地减少操作8个引脚时的计算负担，您将希望这些引脚对应于连续的GPIO编号（例如GPIO12至GPIO19）。以下是一种实现方式，它可以并行操作多个输入/输出引脚，并且如果满足上述要求（连续的GPIO编号）并且GPIO编号均在0-31范围内，则可以工作；我使用了GPIO12到GPIO19（GPIO12对应于输入/输出8位值中的位0），如果您的ESP32开发板带有ESP-WROOM-32或ESP32-WROVER模块，则可以方便使用。因此，我定义了与位0对应的GPIO，如下所示：

#define PARALLEL_0  12

初始化时，您需要配置所有8个GPIO引脚，例如，将它们全部设置为输入：

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

之后，可以使用以下功能将8个引脚设置为输入或输出，并读取输入值和写入输出值：

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

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

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

  return (input >> PARALLEL_0);
}

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

  REG_WRITE(GPIO_OUT_REG, output);
}