ESP32直接端口操作

Question

亲爱的 Whosebugers，

我正在尝试使用 Adafruit 的 HX8357D 3.5" TFT (link) with an esp32. The TFT driver has two interfaces: SPI and 8-bit parallel. The provided library from Adafruit (link) 仅支持 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.我对这种编程一点经验都没有，但我喜欢挑战。

我通过逆向工程 Arduino Uno/Mega 支持弄清楚了 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。我在互联网上四处张望，但很少有关于如何做到这一点的例子。 Espressif (link) 的技术参考手册包含了所有需要的信息，但我还不够熟练，不知道如何将其转化为代码。

为了对 esp32 进行编程，我使用了 esp32 Arduino 内核。此示例 (link) 展示了如何将 gpio 引脚设置为输出并直接使用寄存器将它们设置为高电平和低电平。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，使它们成为输入，然后从中读取数据，所有这些都使用寄存器而不是使用 pinMode、digitalRead 和 digitalWrite 函数。

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

DDR* 到 read/write
PORT* 设置 gpio HIGH/LOW
PIN* 读取 HIGH/LOW 如果 gpio 是输入。

但这在 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？

如果有人比我更了解这个话题，我将非常感谢您的解释。提前致谢。

Answer 1

有很多方法可以做到这一点。我经常一个接一个地做。

一种简单的方法是通过定义一个变量来创建您自己的 'register'。如果寄存器是8位宽，定义byte变量：

unsigned char disp_register;

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

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

在程序开头的某处，将这些引脚设置为输出，并可能将它们的默认值设置为“0”：

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

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

接下来你需要你的函数来将你的寄存器复制到 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，调用您的函数将其输出：

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

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

希望您可以自己做相反的事情，读取引脚是由另一个函数完成的，您可以在其中复制每个 GPIO 引脚值并将其 assemble 到字节变量中。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

为了在操作 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 编号（例如 GPIO12 到 GPIO19）。下面是一个并行操作多个 input/output 引脚的实现，如果满足上述要求（连续的 GPIO 编号）并且 GPIO 编号都在 0-31 范围内，则可以工作；我使用了 GPIO12 到 GPIO19（GPIO12 对应于 input/output 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，则可以方便地使用它们。所以我定义了bit 0对应的GPIO如下：

#define PARALLEL_0  12

在初始化时，您需要将所有 8 个引脚配置为 GPIO，例如通过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 的 I2S 外设的 LCD 模式。

请参阅 ESP32 TRM 中的第 12.5.1 节和第 4 章，了解如何将外设映射到所需的引脚。这种方法的好处是您可以将最多 24 位的输出从外设映射到输出引脚。

第 12.4.4 节指出：

The ESP32 I2S module carries out a data-transmit operation [...] Clock out data serially, or in parallel, as configured by the user

Answer 4

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

ESP32直接端口操作

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