STM32学习(四)-端口复用(AF)与重映射(Remap)

对于单片机而言，GPIO引脚配置是最基本的，也是最重要的，因为所有的（信号）输入和（控制）输出都是通过这些配置起作用的。这里就不得不提到单片机的复用功能AF（Alternate Function），这篇文章我们说一说复用功能。

 

STM32Fxx系列单片机的GPIO可以配置为浮空输入（input floating）、上拉输入（input pull-up）、下拉输入（input pull-down）

、模拟输入（analog）、开漏输出（output open-drain）、推挽输出（ouput push-pull）、复用开漏输出（alternate function open-drain）、复用推挽输出（alternate function push-pull）等8种模式。

先说明一下开漏输出和推挽输出的区别。

STM32Fxx系列单片机的输出电路由两个MOS管，分别是P-MOS和N-MOS。

在开漏输出模式下，P-MOS管不工作，只有N-MOS管工作。若输入数据寄存器的值为0，则N-MOS导通，IO口输出低电平；若输出数据寄存器的值为1,则N-MOS截止；由于P-MOS不工作，此时IO口既不是高电平，也不是低电平，这种状态被称为高阻态。

STM32F1xx  IO口基本结构

在推挽输出模式下，若输出数据寄存器的值为0，则N-MOS导通，P-MOS截止，IO口输出低电平；若输出数据寄存器的值为1，则N-MOS截止，P-MOS导通，IO口输出高电平。

上面提到了STM32Fxx系列单片机还有复用开漏输出和复用推挽输出，它们和上面讲到的（通用）开漏输出和（普通）推挽输出有什么区别？

这就涉及到引脚复用的功能。

使用过单片机的工程师都了解，STM32Fxx内部集成了很多的外设控制器，比如USART、SPI、CAN等，这些外设控制器，也需要通过引脚与外设连接。复用功能就是相对于单片机的引脚而言，所谓“复用功能”，是指单片机的引脚既可以作为普通GPIO使用，也可以作为内部外设控制的引脚使用。

比如看STM32F103xx 单片机的PA5引脚，如下图：

首先，PA5可以作为普通GPIO使用；其次，如果作为外设的引脚，它也可以作为SPI1的时钟（SPI1_SCK）使用、DAC的输出通道2(DAC_OUT2)或者作为ADC的输入通道5(ADC12_IN5)。PA5支持三种外设（SPI1,DAC,ADC）在同一时刻只能选择其中一种，选择的方法是开启响应外设的时钟，并使其它外设的时钟保持关闭状态。如果PA5被配置为复用功能，但是没有开启它支持任何外设的时钟，它的输出是不确定的。

复用推挽输出和通用推挽输出在输出时都用到了N-MOS和P-MOS，其输出电路是相同的，区别在于控制输出的信号来源：普通推挽输出控制MOS管的信号来自输出数据寄存器，而复用推挽输出的控制信号来自单片机的内置外设控制器。

复用开漏输出和普通开漏输出是一样的道理。

下面两张图，分别是普通GPIO输出的引脚配置图（其输出信号来自输出数据寄存器）和复用功能的引脚配置图（其输出信号来自芯片内置的外设控制器）。

虽然复用模式的控制信号来自内置的外设控制器，但是单片机依然可以读取相应的数据。在复用推挽输出模式下，单片机可以通过输出数据寄存器（output data register）的数据获取上次输出的值，在复用开漏输出模式下，单片机可以通过读取输入数据寄存器（input data register）的值来获取引脚的状态。

引脚的重映射（Remap）

在STM32Fxx单片机上，为了是不同器件封装的外设IO口功能数量达到最优，可以把一些复用功能重新映射到其他一些引脚上，目的是为了让工程师更好安排引脚走向和功能，每一个外设的引脚除了具有默认的端口外，还可以通过设置重映射寄存器的方式，把这个外设的引脚映射到其他的端口。简而言之，就是管脚不够用的条件下，把这个外设功能映射到另外一个管脚去使用。

以串口3为例

上图中，Remap对应的IO就是可以重映射到的IO,default就是该IO默认可复用的功能。上图中可以看到，串口3可以重映射到PC10和PC11引脚，也就是说如果PB10,PB11引脚不好用的时候，或者被占用了，就可以用PC10和PC11实现串口3的功能。

映射也分为部分重映射和完全重映射

-部分重映射：功能外设的部分引脚重新映射，还有一部分引脚是原来的默认引脚

-完全重映射：功能外设的所有引脚都重新映射。

 

引脚重映射配置过程（串口3为例）： 
1. 使能GPIO时钟（重映射后的IO); 

   RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);
2. 使能功能外设时钟（例如串口3); 

   RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART3,ENABLE);

3. 使能AFIO时钟。重映射必须使能AFIO时钟： 

   RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);

4. 开启重映射。

    RCC_PinRemapConfig(GPIO_Remap_USART3,ENABLE);

注意以下要点：

1）对于复用的输入功能，配置必须为上拉/下拉或者浮空；

2）对于复用输出功能，配置必须为复用功能输出模式（推挽，开漏）。

对于双向复用功能，必须配置为复用功能输出模式（推挽或者开漏），此时输入驱动器配置为浮空输入模式。

如果将一端口配置成复用输出功能，会将引脚和输入寄存器断开，并和片上外设的输出信号连接，

如果软件将一GPIO 口配置为复用输出功能，但外设没有被激活，它的输出将不确定。

要正常使用GPIO 复用功能，分三步来配置：

第一步，位寄存器配置；

第二步，开启对应的外设时钟；

第三步，激活该端口。

二、端口重映射

优点：优化电路设计；扩展功能，减少外设芯片资源；