[STM32] GPIO 레지스터를 주소로 직접 접근하여 GPIO 제어

- 개발 환경

개발 보드 : NUCLEO-F103RB

개발 프로그램

- STM32 CubeMX : 6.12.0

- STM32 CubeIDE : 1.16.0

- 관련 자료

1) RM0008 메뉴얼

https://www.st.com/resource/en/reference_manual/rm0008-stm32f101xx-stm32f102xx-stm32f103xx-stm32f105xx-and-stm32f107xx-advanced-armbased-32bit-mcus-stmicroelectronics.pdf

1. 서론

STM32를 개발할 때 STM32에서 제공하는 라이브러리를 사용하여 주변장치를 초기화 및 제어합니다. 그러므로 직접적으로 레지스터를 제어할 이유가 거의 없습니다. 그리고 직접적으로 레지스터를 제어하여 개발하기에는 기능이 너무 방대하여 비효율적입니다. 하지만 개발하는데 있어서 단순히 제공하는 라이브러리만을 가지고 개발하는 것보다 MCU의 내부 메모리 구조를 확인하면서 직접 제어를 해보는 것이 해당 기능을 이해하는데 큰 도움이 된다고 생각합니다. 이번 포스트에서는 CMSIS Library를 사용하지 않고 메모리 주소를 직접 접근하여 GPIO를 제어해보도록 하겠습니다.

2. GPIO 출력 관련 레지스터 확인

Nucleo-F103RB 보드는 기본적으로 PA5핀에 LED가 연결되어 있습니다.

그러므로 PA5을 출력을 담당하는 레지스터의 주소를 확인 해보도록 하겠습니다.

void HAL_GPIO_WritePin(GPIO_TypeDef *GPIOx, uint16_t GPIO_Pin, GPIO_PinState PinState)
{
  /* Check the parameters */
  assert_param(IS_GPIO_PIN(GPIO_Pin));
  assert_param(IS_GPIO_PIN_ACTION(PinState));

  if (PinState != GPIO_PIN_RESET)
  {
    GPIOx->BSRR = GPIO_Pin;
  }
  else
  {
    GPIOx->BSRR = (uint32_t)GPIO_Pin << 16u;
  }
}

Driver/STM321xx_HAL_Driver/Src/stm32f1xx_hal_gpio.c

위 함수는 우리가 자주 사용하는 HAL_GPIO_WritePin함수입니다. 함수를 확인해보니 GPIOx의 맴버 변수인 BSRR을 통해 출력을 제어하고 있음을 확인 할 수 있습니다. 사실 BSRR이 우리가 제어해야 할 레지스터 이름입니다.

위 Datasheet의 내용을 정리하면 다음과 같습니다.

여기서 먼저 알아두어야 하는 것이 있습니다.

Set의 의미는 1로 설정하는 것이고, Reset의 의미는 0으로 설정하는 것입니다.

Address offset의 주소가 0x10라는 것 ( 어떠한 주소로 부터 0x10만큼 떨어져 있다는 뜻입니다. 어떠한 주소의 값은 아래 내용에서 확인할 예정입니다.)
Reset value: 0x0000 0000 라는 것 (해당 레지스터의 초기 값이 0x0000 0000 라는 뜻입니다.)
GPIOx_BSRR의 크기가 32bit라는 것입니다. (해당 의미는 우리가 개발하고 있는 MCU의 아키텍쳐가 32bit 라는 것입니다.)
모든 bit들이 Read Only라는 것입니다. (만약 Read 도 가능하다면 , "rw"라고 적혀 있을 것입니다.)
BRy를 1로 설정하면 해당하는 ODRx의 비트가 0이 설정된다는 것입니다.
예를 들어, 지금 우리는 PA5에 연결된 LED를 끄고 싶습니다.
그렇다면, GPIOA_BSRR 레지스터의 BR5 비트를 1로 설정하면, GPIOA_ODR레지스터의 ODR5 비트가 자동적으로 0으로 설정되어 LED의 불이 꺼지는 것입니다.
BSy를 1로 설정하면 해당하는 ODRx의 비트가 1로 설정된다는 것입니다.
예를 들어, 지금 우리는 PA5에 연결된 LED를 켜고 싶습니다.
그렇다면, GPIOA_BSRR 레지스터의 BS5 비트를 1로 설정하면, GPIOA_ODR레지스터의 ODR5 비트가 자동적으로 1으로 설정되어 LED의 불이 켜지게 되는 것입니다.

이제 우리가 어떠한 레지스터를 제어해야할지 확인하였으니 해당 레지스터의 주소를 확인하도록 하겠습니다.