C语言 ESP32 直接端口操作

亲爱的堆叠花朵，

我正在尝试使用来自 Adafruit 的 HX8357D 3.5 英寸 TFT(链接(和 esp32。TFT 驱动器有两个接口：SPI 和 8 位并行。来自 Adafruit (链接(提供的库仅支持 esp32 上的 SPI。我需要更高的显示速度，所以我决定尝试自己添加对 esp32 的支持。我对这种编程完全没有经验，但我喜欢这个挑战。

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

为了对esp32进行编程，我使用了esp32 Arduino内核。此示例(链接(展示了如何将 gpio 引脚设置为输出，并直接使用寄存器使其为高电平和低电平。问题是我需要能够将 8 个引脚设置为输出，将数据写入它们，使它们输入，然后从中读取数据，所有这些都使用寄存器而不是使用 pinMode、digitalRead 和 digitalWrite 函数。

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

DDR* 用于读/写
端口*以设置 GPIO 高/低
PIN* 用于读取高/低(如果输入 GPIO(。

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

如果有人在这个话题上比我有更多的专业知识，我将非常感谢您的解释。提前谢谢。

为了在操作 8 个引脚时最大限度地减少计算负担，您需要这些引脚对应于连续的 GPIO 编号(例如 GPIO12 到 GPIO19(。下面是一个并行操作多个输入/输出引脚的实现，如果满足上述要求(连续 GPIO 编号(并且 GPIO 编号都在 0-31 范围内，则正常工作;我使用 GPIO12 到 GPIO19(GPIO12 对应于输入/输出 8 位值中的位 0(，如果您有带有 ESP-WROOM-32 或 ESP32-WROVER 模块的 ESP32 开发板，则使用起来很方便。所以我定义了对应于位 0 的 GPIO，如下所示：

#define PARALLEL_0  12

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

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

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

void parallel_set_inputs(void) {
REG_WRITE(GPIO_ENABLE_W1TC_REG, 0xFF << PARALLEL_0);
}
void parallel_set_outputs(void) {
REG_WRITE(GPIO_ENABLE_W1TS_REG, 0xFF << PARALLEL_0);
}
uint8_t parallel_read(void) {
uint32_t input = REG_READ(GPIO_IN_REG);
return (input >> PARALLEL_0);
}
void parallel_write(uint8_t value) {
uint32_t output =
(REG_READ(GPIO_OUT_REG) & ~(0xFF << PARALLEL_0)) | (((uint32_t)value) << PARALLEL_0);
REG_WRITE(GPIO_OUT_REG, output);
}

有很多方法可以做到这一点。我经常逐个引脚地做。

一种简单的方法是通过定义变量来制作自己的"寄存器"。如果寄存器为 8 位宽，则定义字节变量：

unsigned char disp_register;

然后你写到这个寄存器，就像它存在于显示硬件中一样。当然，接下来你必须将此寄存器输出到 ESP32 的 GPIO 引脚。由于引脚都结束了，因此您必须逐个引脚执行此操作。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

在程序开头的某个地方，将这些引脚设置为输出，并可能将其默认值设置为"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，您需要函数将寄存器复制到 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，在将任何内容写入寄存器后，调用函数以输出它：

disp_register = 0x2A; // example value you want to send to display
copy_register_to_GPIO_pins(disp_register);
// or, output byte WITHOUT using any register:
copy_register_to_GPIO_pins(0x2A);

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

/*
* wrote this simply for ease of understanding
*/
unsigned char copy_GPIO_pins_to_register(void)
{
unsigned char retval = 0;
retval |= gpio_get_level(REGISTER_BIT7_ON_PIN);
retval = retval << 1;
retval |= gpio_get_level(REGISTER_BIT6_ON_PIN);
retval = retval << 1;
retval |= gpio_get_level(REGISTER_BIT5_ON_PIN);
retval = retval << 1;
retval |= gpio_get_level(REGISTER_BIT4_ON_PIN);
retval = retval << 1;
retval |= gpio_get_level(REGISTER_BIT3_ON_PIN);
retval = retval << 1;
retval |= gpio_get_level(REGISTER_BIT2_ON_PIN);
retval = retval << 1;
retval |= gpio_get_level(REGISTER_BIT1_ON_PIN);
retval = retval << 1;
retval |= gpio_get_level(REGISTER_BIT0_ON_PIN);
return retval;
}

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

请参阅 ESP32 TRM 中的第 12.5.1 节和有关将外设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 [...]串行或并行输出数据，由用户配置

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