【HC32F460开发板测评】（第四篇）通信端口映射测评—I2C自由映射到GPIO端口
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本帖最后由 梦溪开物 于 2021-5-10 20:03 编辑
一、引言
评估产品简介上写道：所有串口通信（UART，I2C，SPI，CAN，I2S）端口可自由映射到64个GPIO，轻松应对PCB制板【1】，这句话具有一定吸引了，看了一些其它的资料，包括论坛上的一些帖子，很多中端的单片机也有重映射的功能【2】。这个特性的作用是广泛并且是显著的，尤其在一些需要人机交互应用中的PCB板的通信接口的布线上带来了极大的灵活性，这对于解决实际工程问题具有很大帮助。
二、测评内容
本次测评的主要内容是：I2C自由映射到GPIO端口测评。主要测评步骤为：1、运行官方原有的IC例程，熟悉HC32F460单片机的I2C外设资源；2、在例程上进行修改，将原有定义的I2C引脚映射到功能组内的其它GPIO端口，展现测试结果，完成测评。
2.1 HC32F460的I2C外设资源
HC32F460系列单片机具有3个独立的I2C外设模块，包括I2C1~I2C3，数据传输速度支持10Kbps~100Kbps，可以设定2个从机地址。I2C 模块的系统框图如图2.1所示，包含ACK 控制单元、仲裁单元、波特率控制单元、超时控制单元、中断控制单元、发送接收控制单元和仲裁单元，数据输出时，输出寄存器I2CDTR 通过移位寄存器I2CDSR 传送数据；数据输入时，输入寄存器I2CDRR 从移位寄存器I2CDSR 中得到输入数据【3】。I2C外设模块的硬件连接图如图2.2所示，由图中可以看到，本系列的I2C模块支持一主多从的模式。
图2.1 I2C系统框图
图2.2 I2C总线结构图
2.1 I2C自由映射GPIO端口测评
I2C自由映射GPIO端口是有前提的，它只支持64个GPIO引脚，这64个GPIO引脚支持Func32~63功能选择，其中 Func32~63主要为串行通信功能（包含 USART，SPI，I2C，I2S，CAN），所以HC32F460系列单片机的I2C必须要在功能组内任意端口进行映射【4】。 Func32~63表如图2-3所示，另外，HC32F460系列单片机的数据手册的引脚功能表太长了，这里就不进行粘贴了。
图2.3 Func32~63表
打开样例程序hc32f46x_ddl_Rev1.3.0，进入example文件夹，打开里面的i2c文件夹，使用IAR打开i2c_at24c02工程，本来里面是有5个工程的，但是除了i2c_at24c02的其它四个工程都是需要2个及2个以上的HC32F460开发板，所以选择在i2c_at24c02的基础上进行测评。i2c_at24c02工程下的主程序里包含了几个宏定义，用来定义HC32F460的I2C输出引脚（HC32F460引脚图如图2.4所示），包括组数位数，如下所示：
#define I2C1_SCL_PORT (PortC)
#define I2C1_SCL_PIN (Pin03)
#define I2C1_SDA_PORT (PortC)
#define I2C1_SDA_PIN (Pin04)
图2.4 HC32F460引脚图
其中一个函数可以用来实现映射功能，该函数为：PORT_SetFunc(I2C1_SCL_PORT, I2C1_SCL_PIN, Func_I2c1_Scl, Disable)，可以根据HC32F460系列单片机的数据手册的引脚功能表，改变I2C1_SCL_PORT、I2C1_SCL_PIN的宏定义来选择要映射到的GPIO端口。该函数的定义如下图所示：
en_result_t PORT_SetFunc(en_port_t enPort, uint16_t u16Pin, en_port_func_t enFuncSel,
en_functional_state_t enSubFunc)
{
stc_port_pfsr_field_t *PFSRx;
uint8_t u8PinPos = 0u;
/* parameter check */
DDL_ASSERT(IS_VALID_PORT(enPort));
DDL_ASSERT(IS_VALID_FUNC(enFuncSel));
DDL_ASSERT(IS_FUNCTIONAL_STATE(enSubFunc));
PORT_Unlock();
for (u8PinPos = 0u; u8PinPos < 16u; u8PinPos ++)
{
if (u16Pin & (uint16_t)(1ul<<u8PinPos))
{
PFSRx = (stc_port_pfsr_field_t *)((uint32_t)(&M4_PORT->PFSRA0) \
+ 0x40ul * enPort + 0x4ul * u8PinPos);
/* main function setting */
PFSRx->FSEL = enFuncSel;
/* sub function enable setting */
PFSRx->BFE = (Enable == enSubFunc ? Enable : Disable);
}
}
PORT_Lock();
return Ok;
}
i2c_at24c02工程主函数的功能流程图如图2.5所示，通过I2C实现对EEPROM芯片AT24C02D的读写，并通过不同LED灯的状态来判断是否读写成功，其中AT24C02D在开发板中的位置如图2.6所示：
如图2.5 i2c_at24c02工程功能流程图
如图2.6 AT24C02位置图
下载例程程序到开发板，运行程序，开发板的现象为：绿灯LED1闪烁，实物结果如附件1所示；将原SCL引脚改为PD1，将原SDA引脚改为PD2，编译、下载和运行程序后，开发板的现象为：红灯LED0闪烁，如附件2所示；用杜邦线将PC4（原SCK引脚）与PD1引脚相连，PC4（原SDA引脚）与PD2相连，编译、下载和运行程序后，开发板的现象为：绿灯LED1闪烁，如附件3所示。PC4和PC5是 AT24C02的通信引脚，如图2.7所示，更换单片机的通信引脚后，原来PCB上的AT24C02与HC32F460的通信线路就不管用了，需要用杜邦线等引线将AT24C02的通信引脚引出来。红灯LED0闪烁说明I2C通信不成功，绿灯闪烁证明映射的端口通信成功，实现了本次I2C自由映射GPIO端口的测评。
如图2.7 AT24C02通信引脚图
三、测评心得
本次测评验证了HC32F460具有和市面上的STM32单片机相似的功能——串口通信端口可以自由映射到GPIO口，在需要用到串口通信的应用中，用HC32F460系列单片机替换STM32的某些M4系列单片机未尝不失为一种选择，比较这具有成本上的优势。
本次测评实现了将HC32F460单片机的I2C通信外设的输入输出自由映射到其它GPIO端口，其它通信外设的映射还没有尝试，至少I2C外设的映射是成功的。另外，以前没有接触更没有学会使用单片机的这个特性，所以学习起来比较有感触，重映射的功能在PCB布线上大有用处，虽然过孔和跳线可以解决很多问题，但是在PCB面积受限的时候该怎么办呢？或许重映射是一个不错的解决办法。
四、参考文献
【1】电子工程世界.华大M4内核单片机 HC32F460开发板[DB/OL].(2021)[2021-5-4].https://bbs.eeworld.com.cn/forum.php?mod=post&action=newthread&fid=265.
【2】电子工程世界,常见泽1.【AT-START-F403A测评】第5篇 F403A 复用和重映射[DB/OL].(2021)[2021-5-4].https://bbs.eeworld.com.cn/thread-1145885-1-1.html.
【3】华大半导体有限公司.HC32F460系列的集成电路总线I2C Rev1.1.pdf[DB/OL].(2021)[2021-5-4].https://www.hdsc.com.cn/cn/Index/downloadFile/modelid/65/id/48/key/1.
【4】华大半导体有限公司.HC32F460系列数据手册Rev1.21.pdf[DB/OL].(2020)[2021-5-2].https://www.hdsc.com.cn/cn/Index/downloadFile/modelid/65/id/47/key/0.
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