4、外设驱动开发（上）：GPIO、UART、I2C、SPI的裸机驱动实现，中断优先级配置。

好，咱们进入正题。这一章聊的是嵌入式开发里最基础、也最绕不开的东西——外设驱动。说白了，就是让芯片跟外面的世界“说话”。GPIO、UART、I2C、SPI，这四个家伙你肯定都打过照面。但裸机下怎么写驱动？中断优先级怎么配？这里头有不少门道。

我个人习惯，写驱动之前，先翻数据手册。别急着敲代码，先把寄存器摸清楚。你想想看，寄存器就是芯片的“开关”和“仪表盘”，不知道开关在哪，你怎么开车？

4.1 GPIO：最基础，也最容易翻车

GPIO，通用输入输出。听起来简单，不就是拉高拉低吗？但我在项目中遇到过，一个GPIO配置错了，整块板子都起不来。

裸机下，GPIO驱动核心就三件事：时钟使能、模式配置、电平读写。

来个简单的例子，配置一个LED灯（PA0）输出高电平：

// 1. 使能GPIOA时钟
RCC->AHB1ENR |= (1 << 0);

// 2. 配置PA0为输出模式
GPIOA->MODER &= ~(0x3 << (0 * 2));  // 先清零
GPIOA->MODER |= (0x1 << (0 * 2));   // 设置为01（通用输出）

// 3. 设置输出类型为推挽
GPIOA->OTYPER &= ~(1 << 0);

// 4. 设置输出速度
GPIOA->OSPEEDR |= (0x2 << (0 * 2)); // 高速

// 5. 拉高电平
GPIOA->ODR |= (1 << 0);

你看，就这么几行。但每一行都有讲究。比如MODER寄存器，每个引脚占2位，你得先清零再赋值。我曾经见过有人直接赋值，结果把相邻引脚的模式也改了，查了半天。

4.2 UART：串口通信，调试利器

UART，串口。做嵌入式的人，谁没跟它打过交道？调试信息、日志输出、甚至固件升级，都靠它。

裸机UART驱动，我一般分三步走：波特率配置、数据格式设置、收发使能。

波特率怎么算？公式在数据手册里：

USART_BRR = fCK / (16 * BaudRate)

举个例子，系统时钟84MHz，要配115200波特率：

USART1->BRR = 84000000 / (16 * 115200);  // 结果约45.57，取整45

这里有个坑。你算出来的值可能不是整数，取整后会有误差。误差超过3%，通信就可能不稳定。我建议你算一下实际波特率，确认误差在可接受范围内。

收发代码也很直接：

// 发送一个字节
void uart_send_byte(USART_TypeDef *USARTx, uint8_t data) {
    while (!(USARTx->SR & (1 << 7)));  // 等待发送缓冲区空
    USARTx->DR = data;
}

// 接收一个字节
uint8_t uart_recv_byte(USART_TypeDef *USARTx) {
    while (!(USARTx->SR & (1 << 5)));  // 等待接收数据就绪
    return USARTx->DR;
}

嗯，这里要注意。轮询方式在裸机里够用，但如果你要做复杂应用，最好用中断或DMA。不然CPU就卡死在等待循环里了。

4.3 I2C：两根线，一堆设备

I2C，两根线（SCL、SDA），能挂一堆设备。传感器、EEPROM、RTC，很多都用它。

裸机I2C驱动，核心是起始条件、停止条件、数据收发、应答检测。我习惯用状态机来写，清晰又好维护。

来个起始条件的代码：

void i2c_start(I2C_TypeDef *I2Cx) {
    // 设置起始位
    I2Cx->CR1 |= (1 << 8);   // START = 1
    // 等待起始条件发送完成
    while (!(I2Cx->SR1 & (1 << 0)));
}

发送一个字节：

void i2c_send_byte(I2C_TypeDef *I2Cx, uint8_t data) {
    // 等待发送缓冲区空
    while (!(I2Cx->SR1 & (1 << 7)));
    // 写入数据
    I2Cx->DR = data;
    // 等待发送完成
    while (!(I2Cx->SR1 & (1 << 2)));
}

还有一个容易忽略的点——应答检测。每次发送完地址或数据后，都要检查从设备是否应答。如果没应答，说明设备不在线或出错了。

4.4 SPI：高速，全双工

SPI，四根线（SCK、MOSI、MISO、CS），速度比I2C快得多。适合显示屏、SD卡、ADC这类高速设备。

裸机SPI驱动，关键参数有四个：时钟极性（CPOL）、时钟相位（CPHA）、数据顺序（MSB/LSB）、波特率。

配置代码示例：

// 配置SPI1为主机模式
SPI1->CR1 = (1 << 2)   |   // 主模式
            (1 << 3)   |   // CPOL = 1
            (1 << 4)   |   // CPHA = 1
            (1 << 5)   |   // LSBFIRST = 0 (MSB先)
            (0x3 << 3);     // 波特率分频

// 使能SPI
SPI1->CR1 |= (1 << 6);

收发一个字节：

uint8_t spi_transfer_byte(uint8_t data) {
    while (!(SPI1->SR & (1 << 1)));  // 等待发送缓冲区空
    SPI1->DR = data;
    while (!(SPI1->SR & (1 << 0)));  // 等待接收数据就绪
    return SPI1->DR;
}

你发现没有？SPI的收发是同时进行的。你发一个字节，同时也会收到一个字节。所以如果你只想收数据，也得发一个空字节（通常是0xFF）。

4.5 中断优先级配置：别让中断“打架”

外设驱动写好了，接下来就是中断。裸机下，中断优先级配置是个技术活。配不好，系统就乱套了。

ARM Cortex-M内核使用NVIC（嵌套向量中断控制器）。优先级分两种：抢占优先级和子优先级。抢占优先级高的可以打断低的，子优先级只在同抢占优先级时起作用。

配置步骤：

1. 设置优先级分组：决定抢占优先级和子优先级各占几位。
2. 设置每个中断的优先级：在NVIC中配置。
3. 使能中断：在NVIC中使能对应的中断通道。

代码示例：

// 设置优先级分组：4位抢占优先级，0位子优先级
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_4);

// 配置USART1中断优先级为2
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

还有一个原则：中断服务函数要短。别在中断里做复杂运算或延时。我一般只在中断里设标志位，具体处理放到主循环里。

4.6 小结

这一章我们聊了GPIO、UART、I2C、SPI的裸机驱动实现，还有中断优先级配置。说白了，外设驱动就是“读手册、配寄存器、调时序”这三板斧。但每一板斧都有细节，细节决定成败。

下一章，我们会继续聊外设驱动开发的下半部分——定时器、PWM、ADC和DMA。这些家伙更复杂，但也更有意思。到时候见。