ESP32直接端口操作

Question

亲爱的StackOverflowers：

我正在尝试使用HX8357D 3.5“来自Adafruit (链接)的TFT和esp32。TFT驱动程序有两个接口: SPI和8位并行。由Adafruit (链接)提供的库只支持esp32上的SPI。我需要更高的显示速度，所以我决定自己尝试添加对esp32的支持。我对这种编程完全没有经验，但我喜欢挑战。

我弄清楚了8位接口是如何通过反向工程实现的，Arduino Uno/Mega支持。要添加esp32支持，我需要一种直接操作寄存器、控制esp32的gpio端口的方法。我在网上环顾四周，但很少有例子说明如何做到这一点。Espressif (链接)的技术参考手册包含了所需的所有信息，但我还不够熟练，无法理解如何将其转换为代码。

要编程esp32，我使用esp32 Arduino内核。此示例(链接)演示如何将gpio引脚设置为输出，并直接使用寄存器使其高低。问题是，我需要设置8个引脚作为输出，向它们写入数据，让它们输入，然后从它们中读取数据，所有这些都使用寄存器而不是使用pinMode、digitalRead和digitalWrite函数。

我清楚它在Arduino Uno/Mega上的工作方式，有三个寄存器控制一个端口：

• DDR*读/写
• 端口*将gpio设置为高/低
• 如果输入gpio，则引脚*读取高/低。

但是这是如何在esp32上工作的，我如何利用寄存器创建这个8位并行通信呢？

如果在这个问题上有比我更了解的人，我将非常感谢你的解释。提前谢谢。

Answer 1

有很多方法可以做到这一点。我经常一针见血。

一个简单的方法是通过定义一个变量来创建您自己的“寄存器”。如果寄存器宽为8位，则定义字节变量：

unsigned char disp_register;

然后写到这个寄存器，就像它会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。由于引脚都已经用完了，所以你必须一针见血地做这个.为可读性定义硬件引脚：

/* 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，并将其默认值设置为“0”：

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

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

接下来，您需要使用您的函数将您的寄存器复制到GPIO引脚的外部世界：

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

然后，在您将任何内容写入寄存器后，调用您的函数输出它：

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

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

希望您可以自己做相反的操作，读取引脚是由另一个函数完成的，在这个函数中，您复制每个GPIO引脚值并将其组装到字节变量中。当然，在这一点上，引脚必须设置为输入。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

为了在操作这8个引脚时最小化计算负担，您将希望这些引脚对应于连续的GPIO数字(例如，GPIO12到GPIO19)。下面是一个并行操作多个输入/输出引脚的实现，如果满足上述要求(连续的GPIO号)，如果GPIO数字都在0-31范围内，则可以工作；我使用GPIO12来实现GPIO19 (GPIO12对应于输入/输出8位值中的位0)，如果您有一个带有ESP 32或ESP 32-WROVER模块的ESP32开发板，则使用起来非常方便。因此，我将对应于位0的GPIO定义如下：

#define PARALLEL_0  12

在初始化时，您需要配置所有8个引脚一个GPIOs，例如将它们全部设置为输入：

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

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

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);
}

Answer 3

对于高带宽并行数据输出，您可能需要研究ESP32 32的I2S外围设备的液晶显示模式。

请参阅ESP32 TRM中的12.5.1节和关于将外围设备映射到所需引脚的第4章。这种方法的好处是，您可以将多达24位的输出从外设映射到输出引脚。

第12.4.4节规定：

ESP32 I2S模块执行数据传输操作.按用户配置的顺序或并行方式时钟数据。