开发环境：

IDE：MKD 5.30

开发板：RA-Eco-RA4M2

MCU：R7FA4M2AD3CFP

1 GPIO工作原理

熟悉单片机的朋友都知道，学习的第一个例程就是流水灯，要想实现流水灯，首先必须了解GPIO的工作原理。GPIO的基本结构如下图所示。

和其他Cortex-M系列的MCU一样，RA4M2的I/O也有多种模式：输入模式，输出模式，模拟输入模式，复用模式。

1.1 通用输入输出模式

通用输入输出模式也就是普通GPIO模式。

1.1.1 通用输入模式

通用输入模式分为浮空输入和上拉/下拉输入。

浮空输入：

浮空（floating）就是逻辑器件的输入引脚即不接高电平，也不接低电平。由于逻辑器件的内部结构，当它输入引脚悬空时，相当于该引脚接了高电平。一般实际运用时，引脚不建议悬空，易受干扰。通俗讲就是让管脚什么都不接，浮空着。信号进入芯片内部后，既没有接上拉电阻也没有接下拉电阻，经由触发器输入。配置成这个模式后，用电压变量引脚电压为1点几伏，这是个不确定值。由于其输入阻抗比较大，一般把这种模式用于标准的通讯协议，比如IIC、USART的等。

上拉输入：

上拉就是把电位拉高，比如拉到Vcc。上拉就是将不确定的信号通过一个电阻嵌位在高电平，电阻同时起限流作用，弱强只是上拉电阻的阻值不同，没有什么严格区分。上拉输入就是信号进入芯片后加了一个上拉电阻，再经过施密特触发器转换成0、1信号，读取此时的引脚电平为高电平。

下拉输入：

就是把电压拉低，拉到GND。与上拉原理相似。下拉输入就是信号进入芯片后加了一个下拉电阻，再经过施密特触发器转换成0、1信号，读取此时的引脚电平为低电平；

1.1.3 通用输出模式

通用输出模式推挽模式和开漏模式。

开漏输出：

一般用在电平不匹配的场合，如需要输出5V的高电平。输出端相当于三极管的集电极，要得到高电平状态需要上拉电阻才行。适合于做电流型的驱动,其吸收电流的能力相对强(一般20mA以内)。

推挽输出：

可以输出高、低电平，连接数字器件；推挽结构一般是指两个三极管分别受两个互补信号的控制，总是在一个三极管导通的时候另一个截止。高低电平由IC的电源决定。推挽电路是两个参数相同的三极管或MOSFET，以推挽方式存在于电路中，各负责正负半周的波形放大任务，电路工作时，两只对称的功率开关管每次只有一个导通，所以导通损耗小、效率高。输出既可以向负载灌电流，也可以从负载抽取电流。推拉式输出级既提高电路的负载能力，又提高开关速度。

1.2 模拟输入模式

信号进入后不经过上拉电阻或者下拉电阻，关闭施密特触发器，经由另一线路把电压信号传送到片上外设模块。模拟输入是指传统方式的输入，数字输入是输入PCM数字信号，即0、1的二进制数字信号，通过数模转换，转换成模拟信号，经前级放大进入功率放大器，功率放大器还是模拟的。比如传送给ADC模块，由ADC采集电压信号。所以可以理解为模拟输入的信号是未经处理的信号，是原汁原味的信号。

1.3 复用模式

复用开漏输出：

可以理解为GPIO口被用作第二功能时的配置情况（即并非作为通用IO口使用）。端口必须配置成复用开漏功能输出模式。

复用推挽输出：

可以理解为GPIO口被用作第二功能时的配置情况（即并非作为通用IO口使用）。端口必须配置成复用推挽功能输出模式。

2 GPIO流水灯硬件电路分析

发光二极管是属于二极管的一种，具有二级管单向导电特性，即只有在正向电压（二极管的正极接正，负极接负）下才能导通发光。P415引脚接发光二极管(LED1)的正极，所以P415引脚输出高电平LED1亮，P415引脚输出低电平LED1熄灭，其他LED同理。

值得注意的，不同的开发板，LED连接的GPIO一般是不同的，请注意修改。

3 GPIO 流水灯实现

3.1 配置LED GPIO

在前面一章，已经搭建了RA4M2的开发环境，接下来在第一章的基础上配置GPIO。

首先打开RA Smart Configurator，按照下图所示操作，即可打开RA Smart Configurator。

然后即可配置参数。这里将3个LED配置后才能输出模式。

然后最后点右上角的 “Generate Project Content” 图标生成工程即可。

3.2 编译代码

打开工程，在hal_entry.c添加如下代码。

/* Exported macro ------------------------------------------------------------*/
#define GPIO_LED1 BSP_IO_PORT_04_PIN_15
#define GPIO_LED2 BSP_IO_PORT_04_PIN_04
#define GPIO_LED3 BSP_IO_PORT_04_PIN_05

/*******************************************************************************************************************/
/**

* main() is generated by the RA Configuration editor and is used to generate threads if an RTOS is used.  This function
* is called by main() when no RTOS is used.
  **********************************************************************************************************************/
void hal_entry(void)
{
/* TODO: add your own code here */
  while(1)
  {
  R_BSP_SoftwareDelay(500, BSP_DELAY_UNITS_MILLISECONDS);
  R_IOPORT_PinWrite(&g_ioport_ctrl, GPIO_LED3, BSP_IO_LEVEL_LOW);
  R_IOPORT_PinWrite(&g_ioport_ctrl, GPIO_LED1, BSP_IO_LEVEL_HIGH);
  
  R_BSP_SoftwareDelay(500, BSP_DELAY_UNITS_MILLISECONDS);
  R_IOPORT_PinWrite(&g_ioport_ctrl, GPIO_LED1, BSP_IO_LEVEL_LOW);
  R_IOPORT_PinWrite(&g_ioport_ctrl, GPIO_LED2, BSP_IO_LEVEL_HIGH);

R_BSP_SoftwareDelay(500, BSP_DELAY_UNITS_MILLISECONDS);
R_IOPORT_PinWrite(&g_ioport_ctrl, GPIO_LED2, BSP_IO_LEVEL_LOW);
R_IOPORT_PinWrite(&g_ioport_ctrl, GPIO_LED3, BSP_IO_LEVEL_HIGH);


}
#if BSP_TZ_SECURE_BUILD
/* Enter non-secure code */
R_BSP_NonSecureEnter();
#endif
}

应用代码很简单，就是不断改变LED引脚的高低电平，再加上延时，从而实现流水灯的效果。

4 实验现象

将编译好的程序下载到板子中，可以看到三个LED灯依次闪烁。