硬件: Renesas FPB-RA6E2 + 板載 LED 和按鍵
目標(biāo): 實現(xiàn)按鍵控制 LED 的開關(guān)狀態(tài)，并通過 UART 輸出按鍵事件日志，驗證 GPIO 和串口通信功能。

1. 硬件連接與引腳定義

包含 GPIO 輸入輸出功能與 UART 數(shù)據(jù)傳輸引腳。

2. 軟件環(huán)境配置

2.1 Device Tree Overlay (app.overlay)

必須明確指定 GPIO 和 UART 的物理引腳綁定，并開啟外設(shè)狀態(tài)。

chosen {
    zephyr,console = &uart0;    /* in externalzephyrboardsrenesasfpb_ra6e2fpb_ra6e2.dts:22 */
    zephyr,shell-uart = &uart0; /* in externalzephyrboardsrenesasfpb_ra6e2fpb_ra6e2.dts:23 */
};

/* GPIO 配置 */
leds {
    compatible = "gpio-leds";
    led1: led1 {
        gpios = < &ioport2 7 GPIO_ACTIVE_HIGH >;
        label = "LED1";
    };
    led2: led2 {
        gpios = < &ioport2 6 GPIO_ACTIVE_HIGH >;
        label = "LED2";
    };
};

buttons {
    compatible = "gpio-keys";
    button0: s1 {
    gpios = < &ioport3 4 (GPIO_PULL_UP | GPIO_ACTIVE_LOW) >;
    label = "Push button switch 1";
        zephyr,code = < INPUT_KEY_0 >;
    };
};

/* UART 配置 */
&uart0 {
    status = "okay";
    pinctrl-0 = < &uart0_default >;
    pinctrl-names = "default";
    current-speed = < 115200 >; /* 波特率設(shè)置 */
};
};

2.2 Kconfig 配置 (prj.conf)

確保啟用了 GPIO 和 UART 驅(qū)動支持。

CONFIG_GPIO=y
CONFIG_SERIAL=y
CONFIG_UART_INTERRUPT_DRIVEN=y

3. 代碼邏輯分析

3.1 主程序代碼（main.c）

/*
 * Copyright (c) 2016 Open-RnD Sp. z o.o.
 * Copyright (c) 2020 Nordic Semiconductor ASA
 *
 * SPDX-License-Identifier: Apache-2.0
 *
 * NOTE: If you are looking into an implementation of button events with
 * debouncing, check out `input` subsystem and `samples/subsys/input/input_dump`
 * example instead.
 */

#include < zephyr/kernel.h >
#include < zephyr/device.h >
#include < zephyr/drivers/gpio.h >
#include < zephyr/sys/util.h >
#include < zephyr/sys/printk.h >
#include < inttypes.h >

#define SLEEP_TIME_MS	1

/*
 * Get button configuration from the devicetree sw0 alias. This is mandatory.
 */
#define SW0_NODE	DT_ALIAS(sw0)
#if !DT_NODE_HAS_STATUS_OKAY(SW0_NODE)
#error "Unsupported board: sw0 devicetree alias is not defined"
#endif
static const struct gpio_dt_spec button = GPIO_DT_SPEC_GET_OR(SW0_NODE, gpios,
							      {0});
static struct gpio_callback button_cb_data;

/*
 * The led0 devicetree alias is optional. If present, we'll use it
 * to turn on the LED whenever the button is pressed.
 */
static struct gpio_dt_spec led = GPIO_DT_SPEC_GET_OR(DT_ALIAS(led0), gpios,
						     {0});

void button_pressed(const struct device *dev, struct gpio_callback *cb,
		    uint32_t pins)
{
	printk("Button pressed at %" PRIu32 "n", k_cycle_get_32());
}

int main(void)
{
	int ret;

	if (!gpio_is_ready_dt(&button)) {
		printk("Error: button device %s is not readyn",
		       button.port- >name);
		return 0;
	}

	ret = gpio_pin_configure_dt(&button, GPIO_INPUT);
	if (ret != 0) {
		printk("Error %d: failed to configure %s pin %dn",
		       ret, button.port- >name, button.pin);
		return 0;
	}

	ret = gpio_pin_interrupt_configure_dt(&button,
					      GPIO_INT_EDGE_TO_ACTIVE);
	if (ret != 0) {
		printk("Error %d: failed to configure interrupt on %s pin %dn",
			ret, button.port- >name, button.pin);
		return 0;
	}

	gpio_init_callback(&button_cb_data, button_pressed, BIT(button.pin));
	gpio_add_callback(button.port, &button_cb_data);
	printk("Set up button at %s pin %dn", button.port- >name, button.pin);

	if (led.port && !gpio_is_ready_dt(&led)) {
		printk("Error %d: LED device %s is not ready; ignoring itn",
		       ret, led.port- >name);
		led.port = NULL;
	}
	if (led.port) {
		ret = gpio_pin_configure_dt(&led, GPIO_OUTPUT);
		if (ret != 0) {
			printk("Error %d: failed to configure LED device %s pin %dn",
			       ret, led.port- >name, led.pin);
			led.port = NULL;
		} else {
			printk("Set up LED at %s pin %dn", led.port- >name, led.pin);
		}
	}

	printk("Press the buttonn");
	if (led.port) {
		while (1) {
			/* If we have an LED, match its state to the button's. */
			int val = gpio_pin_get_dt(&button);

			if (val >= 0) {
				gpio_pin_set_dt(&led, val);
			}
			k_msleep(SLEEP_TIME_MS);
		}
	}
	return 0;
}

3.2 核心流程

程序采用中斷驅(qū)動的方式，實現(xiàn)了按鍵事件捕獲與 LED 狀態(tài)切換，同時通過 UART 輸出日志。

1. 初始化階段
   • 配置 GPIO 引腳：P002 設(shè)置為輸入模式，啟用內(nèi)部上拉電阻；P003 設(shè)置為輸出模式。
   • 配置 UART：波特率 115200，8N1 格式。
   • 注冊按鍵中斷回調(diào)函數(shù)。
2. 運行時邏輯
   • 按鍵按下時觸發(fā)中斷，切換 LED 狀態(tài)（開/關(guān)）。
   • 在中斷回調(diào)中，記錄按鍵事件并通過 UART 輸出日志。
   • 主循環(huán)保持空閑，等待中斷觸發(fā)。

3.1 關(guān)鍵 API 使用

以下是代碼中使用的關(guān)鍵 API：

• GPIO 初始化與控制

  gpio_pin_configure(gpio_dev, PIN_BTN, GPIO_INPUT | GPIO_PULL_UP);
  gpio_pin_configure(gpio_dev, PIN_LED, GPIO_OUTPUT);
  

• UART 數(shù)據(jù)發(fā)送

  printk(str, args...);
  

• 中斷注冊與處理

  gpio_pin_interrupt_configure(gpio_dev, PIN_BTN, GPIO_INT_EDGE_TO_ACTIVE);
  gpio_init_callback(&btn_cb, button_pressed, BIT(PIN_BTN));
  gpio_add_callback(gpio_dev, &btn_cb);
  

4. 實驗現(xiàn)象與數(shù)據(jù)分析

4.1 串口日志 (UART Output)

終端應(yīng)顯示如下數(shù)據(jù)流：

Button pressed at 91714454
Button pressed at 228051750
Button pressed at 342154106
Button pressed at 431864898
Button pressed at 514931258
...

4.2 板載 LED 行為

• 初始狀態(tài)：LED 關(guān)閉。
• 每次按鍵按下，LED 狀態(tài)翻轉(zhuǎn)（開/關(guān)）。
• 視覺效果：LED 應(yīng)與按鍵動作同步，無明顯延遲。

5. 測評總結(jié)

本程序成功演示了 Renesas RA6E2 在 Zephyr RTOS 下的 GPIO 和 UART 外設(shè)控制。通過按鍵事件驅(qū)動 LED 狀態(tài)切換，并實時記錄日志到 UART，直觀地展示了嵌入式系統(tǒng)中“輸入-處理-輸出”的基本工作流程。代碼結(jié)構(gòu)清晰，適配了最新的驅(qū)動 API，適用于初學(xué)者學(xué)習(xí)和開發(fā)者快速驗證硬件功能。