硬件: Renesas FPB-RA6E2 + 板載 LED 和按鍵
目標: 實現按鍵控制 LED 的開關狀態，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 數據傳輸引腳。

2. 軟件環境配置

2.1 Device Tree Overlay (app.overlay)

必須明確指定 GPIO 和 UART 的物理引腳綁定，并開啟外設狀態。

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 >; /* 波特率設置 */
};
};

2.2 Kconfig 配置 (prj.conf)

確保啟用了 GPIO 和 UART 驅動支持。

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

程序采用中斷驅動的方式，實現了按鍵事件捕獲與 LED 狀態切換，同時通過 UART 輸出日志。

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

3.1 關鍵 API 使用

以下是代碼中使用的關鍵 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 數據發送

  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. 實驗現象與數據分析

4.1 串口日志 (UART Output)

終端應顯示如下數據流：

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：LED 關閉。
• 每次按鍵按下，LED 狀態翻轉（開/關）。
• 視覺效果：LED 應與按鍵動作同步，無明顯延遲。

5. 測評總結

本程序成功演示了 Renesas RA6E2 在 Zephyr RTOS 下的 GPIO 和 UART 外設控制。通過按鍵事件驅動 LED 狀態切換，并實時記錄日志到 UART，直觀地展示了嵌入式系統中“輸入-處理-輸出”的基本工作流程。代碼結構清晰，適配了最新的驅動 API，適用于初學者學習和開發者快速驗證硬件功能。