通过数组和枚举简化GPIO操作编码

在工作中，经常遇到大量使用GPIO作为数字量输入输出来控制设备或采集状态，每次定义操作不同的GPIO针脚既麻烦又容易出错，于是就想要简化操作过程。对于数字量输入来说就是采集对应针脚的状态；而输出则是根据逻辑关系置位或复位对应得针脚。

为了使用方便，我们按可复用和经常变化的部分叫软件的实现划分为2个部分。相对固定的部分我们封装成操作函数供调用，对于经常变化的部分（如硬件配置等）我们另外实现，并调用前面封装的函数实现功能。

现在我们只要实现了通用性较好的函数封装，剩下就是调用来实现具体控制的问题。那么怎么封装这些函数呢？

我们首先定义两个枚举类型分别定义如下：

//定义数字量输出通道枚举类型，规定通道的范围
typedef enum {
  DOChannel1,
  DOChannel2,
  DOChannel3,
  DOChannel4,
  DOChannel5,
  DOChannelNum
} DigitalOutput;

//定义数字量输入通道枚举类型，规定通道的范围
typedef enum {
  DIChannel1,
  DIChannel2,
  DIChannel3,
  DIChannel4,
  DIChannel5,
  DIChannelNum
} DigitalInput;

数字量输入输出的枚举主要是为了方便操作和识别，通道数量出现变化时只需要增加枚举两种的通道定义即可。此处数字量输入输出均定义了5个通道。枚举量的最后一个成员代表了通道的数量，在枚举全部通道时能够很好的避免超出范围的错误。

同时还要定义如下的结构体，用于定义需要操作GPIO目标。

//定义用于针脚操作的目标针脚类型
typedef struct{
  GPIO_TypeDef* GPIOx;
  uint16_t GPIO_Pin;
}TargetPin;

有了上述的定义则可以实现前面设想的操作了，接下来我们还需要定义两个数字量输入输出通道的TargetPin类型的数组，用于存放想要操作的目标通道，和前面枚举两种定义的通道一致，此处也是5个通道。

//定义DI通道的全部目标针脚数组
TargetPin diPin[]={{GPIOE,GPIO_Pin_2},{GPIOE,GPIO_Pin_3},{GPIOE,GPIO_Pin_4}
                  ,{GPIOE,GPIO_Pin_5},{GPIOE,GPIO_Pin_6}};

//定义DO通道的全部目标针脚数组
TargetPin doPin[]={{GPIOD,GPIO_Pin_3},{GPIOD,GPIO_Pin_4},{GPIOD,GPIO_Pin_5}
                  ,{GPIOD,GPIO_Pin_6},{GPIOD,GPIO_Pin_7}};

有了以上2个数组就可以在避免在操作过程中大量使用条件分支语句（Switch或if语句），简化编码和避免在增加通道时号要修改函数的情况。现在如果通道数量出现变化则只需要修改枚举量和数组的值就可。或者操作的管脚出现变化则只需要修改数组的值就可以了。而不需要去修改函数体，而且函数体的编码也非常简单。

对数字量输出的操作如下，在操作全部通道时，以枚举变量作为循环变量，以枚举的最后定义的数量来控制，并以枚举量的取值作为数组下标，有效避免出现超出范围的错误，同时在通道数量和通道对应的具体针脚发生变化时，无需修改函数。

//操作全部继电器DO通道
//输入参数TargetPin *doPin为要操作的DO通道列表
//输入参数BOOL *commands欲写给DO通道的值列表
void OperationAllRelayChannel(TargetPin *doPin,BOOL *commands)
{
  DigitalOutput DOChannel;
  for(DOChannel=DOChannel1;DOChannel<DOChannelNum;DOChannel++)
  {
    OperationSingleRelayChannel(doPin[DOChannel],commands[DOChannel]);
  }
}

//操作单个继电器DO通道
//输入参数TargetPin doPin为要操作的DO通道
//输入参数BOOL command欲写给DO通道的值
void OperationSingleRelayChannel(TargetPin doPin,BOOL command)
{
  if(command==True)
  {
    GPIO_SetBits(doPin.GPIOx,doPin.GPIO_Pin);
  }
  else
  {
    GPIO_ResetBits(doPin.GPIOx,doPin.GPIO_Pin);
  }
}

对数字量输入的操作函数的编写采用与数字量输出相同的思路。对于枚举之所以可以用作数组下标，是因为枚举没被指定值时，总是从0开始向上累加，正好与数组下标是一致的。这要做还有一个好处是，通道与具体的GPIO引脚是由TargetPin数组的赋值顺序决定的，修改非常方便。

//获取全部DI量状态输入值
//输入参数TargetPin *diPin为需要读取的DI通道列表
//输入参数BOOL *result为读取的通道值返回列表
void GetAllDIStatusInput(TargetPin *diPin,BOOL *result)
{
  DigitalInput DIChannel;
  for(DIChannel=DIChannel1;DIChannel<DIChannelNum;DIChannel++)
  {
    result[DIChannel]=GetSingleDIStatusInput(diPin[DIChannel]);
  }
}

//获取单个DI量状态输入值
//输入参数TargetPin diPin是需要读取的DI通道
//返回值为读取的通道值
BOOL GetSingleDIStatusInput(TargetPin diPin)
{
  uint8_t readValue;
  readValue = GPIO_ReadInputDataBit(diPin.GPIOx,diPin.GPIO_Pin);
  return (readValue>)?True:False;
}

通过以上的编码操作DI、DO已经很方便了，但在操作单个DO通道的函数中还有一个if…else语句给人的感觉比较不太好。因为操作简单就是置位和复位，所以我们定义一个指向函数的指针数组，如下：

/*定义操作GPIO管脚的函数指针*/
void (*OperationGPIOBits[])(GPIO_TypeDef *GPIOx, uint16_t GPIO_Pin)={GPIO_ResetBits,GPIO_SetBits};

有了这个指向函数的指针数组我们可以将上面的操作单个DO通道的函数简化为如下：

//操作单个继电器DO通道
//输入参数TargetPin doPin为要操作的DO通道
//输入参数BOOL command欲写给DO通道的值
void OperationSingleRelayChannel(TargetPin doPin,BOOL command)
{
  OperationGPIOBits[command](doPin.GPIOx,doPin.GPIO_Pin);
}

其中command是一个布尔变量取值为0和1，正好与指向函数的指针数组对应，实现在command取不同值时，调用复位或置位函数。

以上代码在IAR EWARM和STM32F103VET平台测试正确。