GPIO และอุปกรณ์ต่อพ่วงผ่าน Driver API

หลักสูตร

TESA Firmware SDK สำหรับ Edge AI · GPIO และอุปกรณ์ต่อพ่วงพื้นฐาน

ระดับ

L3 ทำได้เอง

เวลาโดยประมาณ

75 นาที (แนวคิด 45 · ฝึก 20 · เช็กความเข้าใจ 10)

อุปกรณ์

Dev Kit · Eva Kit

ทักษะที่ฝึก

• GPIO ขาเข้า–ออกทั่วไป ถึง L2
• UART ถึง L2
• I2C ถึง L2
• PWM ถึง L1
• ADC และ DAC ถึง L1
• SPI ถึง L1
• อินเทอร์รัปต์ ถึง L1

ควรเรียนก่อน

• แล็บ: สร้าง build flash และ debug โปรเจกต์เฟิร์มแวร์

สถานะ

ทดลองใช้ (alpha)

• เปิดสไลด์
• ไฟล์ของบทเรียนบน GitHub

Course 1 · Module 3
Suggested time: ประมาณ 3 ชั่วโมง (อ่าน + lab บนบอร์ด)
Format: บทเรียนเชิงปฏิบัติ — เรียก Driver API ของ TESA Firmware SDK บนโปรเจกต์ที่ build/flash ได้จาก M02

Lab · Cheatsheet · ← Table of Contents · ← M02 · M04 →

หมายเหตุ: โค้ดในบทนี้เขียนสำหรับเฟิร์มแวร์ชุดใด (ตรวจสอบเมื่อ 26 ก.ย. 2026)

โค้ด C ในบทนี้เรียก API ของเฟิร์มแวร์ TESAIoT Bitstream ที่ต้นฉบับเรียกว่า “TESA Firmware SDK” ซึ่งเผยแพร่เป็นไฟล์ HEX สำเร็จรูป (tesaiot-bitstream-<version>.hex) คู่กับ Bitstream Studio ในแพ็กแล็บ TESAIoT_Hackathon ซอร์สโค้ดของเฟิร์มแวร์ชุดนี้ยังไม่เปิดเผยต่อสาธารณะ ฟังก์ชันอย่าง led_controller_*, cm55_button_*, cm55_uart_send, sensor_sht40_*, cm55_i2c_manager_i2c_lock, bitstream_led_pwm_*, cm55_adc_* จึงยังไม่มี header ให้เปิดดูหรือนำไป build เอง ให้อ่าน snippet เป็นแนวคิดและลำดับการเรียกใช้ ส่วนการเรียก FreeRTOS และ Infineon PDL (เช่น xTaskCreate, vTaskDelay, Cy_GPIO_*) เป็น API สาธารณะตามปกติ

ถ้าต้องการโค้ดที่อ่านและ build ได้จากซอร์สเปิด ให้ดู tesaiot-pse84-devkit-sdk (Apache-2.0) ซึ่งเป็นคนละโค้ดเบสและตั้งชื่อ API ต่างกัน ตัวอย่างที่ตรวจแล้วว่าทำงานเรื่องเดียวกับบทนี้ (commit ef72c1b):

• proj_cm33_ns/examples/io/04_gpio_led_button.c — LED และปุ่มด้วย PDL Cy_GPIO_* บนพิน CYBSP_USER_LED1 / CYBSP_USER_BTN1 (ตรงกับหัวข้อ 2.2)
• proj_cm33_ns/examples/io/03_read_potentiometers.c — อ่าน potentiometer ผ่าน SAR ADC (potentiometer_read_raw / _percent / _voltage)
• proj_cm55/examples/io/02_pots_and_capsense.c — อ่าน knob VR1–VR4 บน CM55 (cm55_pot_read_all)
• proj_cm33_ns/examples/sensors/04_read_environment.c — อ่าน SHT40 / DPS368 ทาง I²C พร้อมล็อกบัสด้วย sensor_i2c_lock / sensor_i2c_unlock
• proj_cm33_ns/examples/sensors/01_i2c_bus_scan.c — สแกนบัส I²C ภายใต้ mutex ตัวเดียวกัน

ยังไม่พบตัวเทียบใน SDK สาธารณะ: PWM หรี่ไฟ (bitstream_led_pwm_*) และ cm55_uart_send

---

เป้าหมาย (Learning Outcomes)

เมื่อเรียนจบ คุณควรทำได้ดังนี้:

1. อธิบายพื้นฐาน GPIO และทดลองบนบอร์ดด้วย API ของหลักสูตร (led_controller_*, cm55_button_*, หรือ Cy_GPIO_*)
2. อธิบายบทบาทของ peripheral หลัก: Timer, UART, I²C, SPI, PWM, ADC
3. ใช้ Driver API ของ TESA Firmware SDK เพื่อควบคุมอุปกรณ์ต่อพ่วงอย่างเป็นระบบ
4. ทำแบบฝึกแยกบล็อกแล้วรวมเป็นวงจรเล็ก ๆ พร้อมจดชื่อฟังก์ชันจริงที่เรียกใช้

โมดูลนี้พาคุณจาก “โปรเจกต์รันได้” ใน M02 ไปสู่การ คุยกับฮาร์ดแวร์ผ่านชั้น Driver ตามแผนที่ใน M01

เกี่ยวกับ snippet ในบทนี้
ตัวอย่างภาษา C ด้านล่างดึงจาก TESA Firmware SDK (wrapper บน CM55 + FreeRTOS)
ในแล็บให้เรียกชื่อฟังก์ชันเหล่านี้ตามโปรเจกต์ที่คุณล็อกเวอร์ชันไว้ — ดูตัวอย่างเพิ่มบน TESAIoT Developer Hub (Domain: GPIO / Sensors / Embedded)

Naming map (course-facing)

งานในแล็บ	API ที่แนะนำให้เรียก	ชั้นด้านล่าง (รู้ไว้พอ)
LED on/off / toggle	led_controller_set / led_controller_toggle	Cy_GPIO_* + BSP pin
ปุ่ม + event	cm55_button_init / cm55_button_on_pressed	GPIO IRQ + FreeRTOS task
Log ข้อความ	printf / LOG_INFO หลัง bring-up	init_retarget_io · cm55_uart_*
เซ็นเซอร์ I²C	sensor_sht40_* (หรือเซ็นเซอร์อื่นใน SDK)	cm55_i2c_manager_* · mtb_hal_i2c_*
อ่าน POT (Eval)	cm55_adc_read_pot_mv	Autonomous Analog SAR
หรี่ไฟ PWM	bitstream_led_pwm_set_brightness	Cy_TCPWM_PWM_*
หน่วงเวลาใน task	vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(...))	FreeRTOS (ลงลึกใน M04)
SPI ทั่วไปใน lab	แนวคิด + ตัวอย่าง Infineon / Hub	ใน SDK ปัจจุบัน path SPI หลักอยู่ที่ radar (Cy_SCB_SPI_*)

อย่าใช้ cyhal_gpio_* เป็นเส้นทางหลักของหลักสูตรนี้ — สแต็ก TESA ใช้ wrapper + PDL / MTB HAL

Read alongside this chapter

เอกสาร	ใช้เมื่อ
TESAIoT Developer Hub	ตัวอย่างโค้ดหลักสูตร + API Reference
AN241775 — HAL on PSOC™ Edge (PDF)	PDL / HAL / Device Configurator
AN235935 — Getting started on ModusToolbox™ (PDF)	build / program / UART terminal
mtb-example-psoc-edge-hello-world	LED + UART (Infineon เสริม)
mtb-example-psoc-edge-gpio-interrupt	GPIO interrupt (Infineon เสริม)
mtb-example-psoc-edge-spi-dma	SPI CE เมื่อต้องการแล็บ SPI แยก
retarget-io	แนวคิด printf → UART
TESAIoT_Hackathon	HEX / Flasher / web-app
Bitstream Studio	telemetry บนโฮสต์ (เสริม)

---

1. From Application Down to Driver API

Application  →  TESA Driver API (led_controller_*, cm55_*, sensor_*)
                    →  MTB HAL / Infineon PDL  →  Hardware pins / blocks

หลักการในหลักสูตร	ทำไมสำคัญ
เรียก wrapper ของ SDK ก่อน	โค้ดแล็บตรงกับผลิตภัณฑ์ / โปรเจกต์ตัวอย่าง
Init ให้ครบก่อน read/write	บัสและพินพร้อม
ตรวจค่าคืน / timeout	แยกบั๊กซอฟต์แวร์กับฮาร์ดแวร์
ใช้ mutex รอบบัสร่วม (I²C)	หลาย task แชร์บัสเดียวกันได้อย่างปลอดภัย

Key phrase
Application ตัดสินใจ — Driver คุยกับฮาร์ดแวร์ — อย่ากระโดดไปแตะ register ในแบบฝึกมาตรฐาน

---

2. GPIO Fundamentals

GPIO คือขาที่ตั้งเป็นอินพุตหรือเอาต์พุตดิจิทัลได้

โหมด	ใช้ทำอะไร	ใน SDK หลักสูตร
Output	ขับ LED	led_controller_* หรือ Cy_GPIO_Write / Cy_GPIO_Inv
Input / event	อ่านปุ่ม	cm55_button_*
Interrupt	ขอบขา → callback	ภายใน cm55_button (GPIO IRQ + task)

แนวคิด: active-high/low, pull-up/down, debounce (ในปุ่มของ SDK มักจัดการในโมดูลปุ่ม)

2.1 LED output (TESA wrapper)

#include "led_controller.h"

void lab_led_demo(void)
{
    (void)led_controller_init();          /* optional; BSP มัก init พินไว้แล้ว */
    led_controller_set(LED_RED, true);
    led_controller_toggle(LED_GREEN);
    led_controller_off_all();
}

led_id_t: LED_RED, LED_GREEN, LED_BLUE

2.2 Raw GPIO (เมื่อต้องการแตะพินตรง)

#include "cybsp.h"
#include "cy_gpio.h"

/* ตัวอย่าง: สลับ USER LED1 ด้วย PDL */
Cy_GPIO_Inv(CYBSP_USER_LED1_PORT, CYBSP_USER_LED1_PIN);
Cy_GPIO_Write(CYBSP_USER_LED1_PORT, CYBSP_USER_LED1_PIN, 1U);

2.3 Button events

#include "sensor_button.h"   /* public API: cm55_button_* */

static void on_btn_pressed(cm55_button_t handle, const button_event_t *evt)
{
    (void)handle;
    led_controller_toggle(LED_BLUE);
    printf("button %lu pressed (count=%lu)\r\n",
           (unsigned long)evt->button_id,
           (unsigned long)evt->press_count);
}

void lab_button_setup(void)
{
    (void)cm55_button_init();
    (void)cm55_button_on_pressed(BUTTON_ID_0, on_btn_pressed);
}

บนคิตบางรุ่นมีปุ่มเดียว (BUTTON_ID_0); Eval อาจมี BUTTON_ID_1 ตาม BSP

---

3. Core Peripherals

3.1 Timer / delay (lab mindset)

สำหรับแล็บหลาย task / คาบเวลา ให้ใช้ FreeRTOS (ลงรายละเอียดใน M04):

#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"

void blink_task(void *arg)
{
    (void)arg;
    for (;;) {
        led_controller_toggle(LED_RED);
        vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(500));
    }
}

TCPWM ระดับต่ำ (Cy_TCPWM_Counter_* / mtb_hal_timer_*) มีในสแต็ก แต่แล็บพื้นฐานไม่จำเป็นต้องเรียกตรง

3.2 UART / logging

หลัง bring-up ของแอป (cm55_initialize ในโปรเจกต์มาตรฐาน) มักมี retarget IO แล้ว — ใช้:

#include <stdio.h>
#include "app_log.h"

void lab_uart_log(void)
{
    printf("hello from CM55\r\n");
    LOG_INFO("LAB", "btn toggled");
}

ส่งบัฟเฟอร์ดิบเมื่อต้องการ:

#include "cm55_uart.h"

const char msg[] = "raw uart\r\n";
cm55_uart_send((const uint8_t *)msg, sizeof(msg) - 1U);

Terminal มักเป็นพอร์ต KitProg3 — baud ตามโปรเจกต์/คู่มือ (ตัวอย่าง Infineon มัก 115200 8N1)

3.3 I²C (sensor path)

#include "sensor_sht40.h"

void lab_i2c_sht40(void)
{
    if (sensor_sht40_startup() != CY_RSLT_SUCCESS) {
        printf("SHT40 startup failed\r\n");
        return;
    }

    sht40_sample_t sample;
    if (sensor_sht40_read(&sample)) {
        printf("T=%.2f C  RH=%.2f %%\r\n",
               (double)sample.temperature,
               (double)sample.humidity);
    }
}

เมื่อเขียนไดรเวอร์ระดับต่ำเองบนบัสร่วม ให้ล็อก:

cm55_i2c_manager_i2c_lock();
/* mtb_hal_i2c_controller_write / read ... */
cm55_i2c_manager_i2c_unlock();

เซ็นเซอร์อื่นใน SDK ตามแนวเดียวกัน: sensor_bmi270_*, sensor_dps368_*, sensor_bmm350_* (รายละเอียดใน M05)

3.4 SPI

ในผลิตภัณฑ์ปัจจุบัน path SPI ที่เห็นชัดในไลบรารีอยู่ที่โมดูล radar (Cy_SCB_SPI_Init / Cy_SCB_SPI_Enable / Cy_SCB_SPI_Transfer)
สำหรับแล็บ SPI ทั่วไป: ใช้ตัวอย่างบน Developer Hub หรือ mtb-example-psoc-edge-spi-dma

แนวคิดที่ต้องรู้: CS, CPOL/CPHA, MOSI/MISO/SCK

3.5 PWM (LED brightness)

#include "bitstream_led_pwm.h"

void lab_pwm_brightness(void)
{
    if (bitstream_led_pwm_init() != 0) {
        return;
    }
    (void)bitstream_led_pwm_set_brightness(0 /* led_id */, 20);  /* ~20% */
    (void)bitstream_led_pwm_set_brightness(0, 80);               /* ~80% */
}

LED เปิด/ปิดแบบดิจิทัลยังใช้ led_controller_* ได้ — PWM ใช้เมื่อต้องการความสว่างต่อเนื่อง

3.6 ADC (potentiometer on Eval kit)

#include "sensor_adc.h"

void lab_adc_pot(void)
{
    if (!cm55_adc_init()) {
        printf("ADC init failed or POT N/A on this kit\r\n");
        return;
    }

    int32_t counts = cm55_adc_read_pot_counts();
    int16_t mv = cm55_adc_read_pot_mv();
    printf("POT counts=%ld  mV=%d\r\n", (long)counts, (int)mv);
}

บนคิตที่ไม่มี POT (เช่น AI kit บางคอนฟิก) ฟังก์ชันอาจเป็น no-op / คืน 0 — ให้ยึดคิตที่ใช้

3.7 Peripheral map

Application
   ├── led_controller_* / Cy_GPIO_*     → LED
   ├── cm55_button_*                    → button events
   ├── printf / LOG_* / cm55_uart_*     → UART log
   ├── sensor_* + cm55_i2c_manager_*    → I²C sensors
   ├── bitstream_led_pwm_*              → PWM brightness
   ├── cm55_adc_*                       → POT (Eval)
   └── vTaskDelay / xTaskCreate         → timing & tasks (M04)

---

4. How to Use Driver API in Practice

ลำดับมาตรฐาน:

1. Init / configure (*_init, *_startup)
2. Enable / start (ถ้าแยก)
3. Transfer (read/write/set)
4. ตรวจค่าคืน
5. Deinit เมื่อเลิกใช้ (แอปจริง)

แผ่นจดชื่อ API: peripheral-api-map.md

4.1 Finding more examples

แหล่ง	วิธีใช้
TESAIoT Developer Hub	Domain GPIO / Sensors / Embedded
โปรเจกต์ตัวอย่างที่คุณใช้	header ของโมดูลเดียวกันกับ snippet ในบทนี้
Infineon CE	เปรียบเทียบแนวทางผู้ผลิต (เสริม)

---

5. Worked Integration Scenarios

Scenario A — Button toggles LED + UART

static void on_pressed(cm55_button_t h, const button_event_t *evt)
{
    (void)h;
    (void)evt;
    led_controller_toggle(LED_GREEN);
    printf("btn toggled\r\n");
}

void app_lab_ab(void)
{
    (void)led_controller_init();
    (void)cm55_button_init();
    (void)cm55_button_on_pressed(BUTTON_ID_0, on_pressed);
}

Scenario B — ADC drives PWM brightness

void app_lab_adc_pwm(void)
{
    (void)cm55_adc_init();
    (void)bitstream_led_pwm_init();

    for (;;) {
        int16_t mv = cm55_adc_read_pot_mv();
        /* map 0..1800 mV → 0..100% (ปรับตาม Vref จริงของคิต) */
        uint8_t duty = (uint8_t)((mv * 100) / 1800);
        if (duty > 100U) {
            duty = 100U;
        }
        (void)bitstream_led_pwm_set_brightness(0, duty);
        vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(50));
    }
}

Scenario C — I²C sample to UART (preview of M05)

ใช้ sensor_sht40_read + printf ตาม §3.3 — ต่อไปจัดหน้าต่างข้อมูลใน M05 / ดูบน Bitstream Studio เมื่อเฟิร์มแวร์ส่ง telemetry

---

6. Board Reality Checks

• ตรวจ alias LED / ปุ่มจาก BSP ของคิตในมือ
• I²C บนบอร์ดส่วนใหญ่มี pull-up แล้ว — ล็อกบัสเมื่อหลาย task
• ADC POT ใช้ได้บน Eval ตามที่ SDK รองรับ
• แพ็ก HEX / Flasher: TESAIoT_Hackathon

Lab หลักวัดผลที่ LED / UART / ค่าที่อ่านได้
Host เสริม: Bitstream Studio

---

7. Module Summary

1. เรียก TESA Driver API (led_controller_*, cm55_*, sensor_*) เป็นหลัก
2. Timer ในแล็บพื้นฐาน = vTaskDelay (FreeRTOS) — M04 ขยาย multi-task
3. UART = printf / LOG_* / cm55_uart_send
4. I²C / ADC / PWM มี wrapper พร้อมใช้ใน SDK
5. SPI เป็นแนวคิด + ตัวอย่าง Hub/Infineon

Next Steps

1. ทำแบบฝึก: Lab
2. จดชื่อ API จริง: Cheatsheet
3. เมื่อพร้อม ไปต่อ M04 — RTOS Programming (บทเรียน M04)

---

References and Further Reading

Course portals

1. TESAIoT Developer Hub
2. Bitstream Studio (Marketplace)
3. TESAIoT_Hackathon

Infineon (เสริม)

4. AN241775 (PDF)
5. AN235935 (PDF)
6. mtb-example-psoc-edge-hello-world
7. mtb-example-psoc-edge-gpio-interrupt
8. mtb-example-psoc-edge-spi-dma
9. retarget-io
10. KIT_PSE84_EVAL

FreeRTOS (preview for M04)

11. FreeRTOS task control — vTaskDelay
12. FreeRTOS xTaskCreate

---

เช็กความเข้าใจ

คำถามสั้นสามข้อใน quiz.yaml ผูกกับเป้าหมายของบทเรียนนี้ข้อละหนึ่งคำถาม ลองตอบเองก่อน แล้วค่อยเทียบกับเฉลยและคำอธิบายในไฟล์

แล็บ

ลงมือต่อที่ แล็บ: GPIO และอุปกรณ์ต่อพ่วงบนฮาร์ดแวร์จริง

Lab · Cheatsheet · ← Table of Contents · ← M02 · M04 →

ตัวอย่างบน TESAIoT Developer Hub

ลองของจริงบน TESAIoT Dev Kit: เปิดตัวอย่างบน Developer Hub เพื่ออ่านโค้ด ดาวน์โหลด หรือ flash เฟิร์มแวร์สำเร็จรูป

• QWA309 — Push Button Monitor — อ่านปุ่มกด SW9 (P17.5) และ SW10 (P17.7) แบบ active-low pull-up แสดงสถานะกด/ปล่อย + นับจำนวนครั้งบน LVGL
• QWA309 — Potentiometer Monitor — อ่าน 4 potentiometers (P15.4–P15.7) ผ่าน AUTANALOG SAR ADC 12-bit (Vref 1.8V) แสดงเป็น bar + แรงดัน + เปอร์เซ็นต์ real-time — practise แรกที
• QWA309 — 4-Channel ADC Scope — plot ค่า pot 4 ตัว (P15.4-7, SAR 12-bit) เป็นเส้น scrolling บน LVGL chart 0-100% — analog oscilloscope

คำถามทบทวน

ลองตอบเองก่อน แล้วค่อยเปิดดูเฉลย

1. ในสแต็กของบทเรียนนี้ ข้อใดถูกระบุว่า “อย่าใช้เป็นเส้นทางหลัก” ของหลักสูตร (เป้าหมายข้อ 1)

   1. `cyhal_gpio_*`
   2. `led_controller_*`
   3. `Cy_GPIO_Write` / `Cy_GPIO_Inv`
   4. `cm55_button_*`
   ดูเฉลย

   คำตอบ: A. `cyhal_gpio_*`

   ท้ายตาราง Naming map: สแต็กของหลักสูตรใช้ wrapper + PDL / MTB HAL ไม่ใช้ `cyhal_gpio_*` เป็นเส้นทางหลัก

2. เรียงลำดับการใช้ Driver API มาตรฐานตามหัวข้อ 4 (เป้าหมายข้อ 2)

   1. ตรวจค่าคืน
   2. Init / configure
   3. Deinit เมื่อเลิกใช้
   4. Transfer (read / write / set)
   5. Enable / start
   ดูเฉลย

   ลำดับที่ถูก: B. Init / configure → E. Enable / start → D. Transfer (read / write / set) → A. ตรวจค่าคืน → C. Deinit เมื่อเลิกใช้

   หัวข้อ 4: Init/configure → Enable/start → Transfer → ตรวจค่าคืน → Deinit

3. ทำไมต้องล็อกบัส I²C รอบการอ่านเขียนระดับต่ำ (เป้าหมายข้อ 3)

   1. เพราะหลาย task แชร์บัสเดียวกัน การล็อกทำให้ใช้บัสร่วมกันได้อย่างปลอดภัย
   2. เพื่อเพิ่มความเร็วของบัส
   3. เพราะบอร์ดไม่มีตัวต้านทาน pull-up
   4. เพื่อให้ PWM ทำงานพร้อม I²C ได้
   ดูเฉลย

   คำตอบ: A. เพราะหลาย task แชร์บัสเดียวกัน การล็อกทำให้ใช้บัสร่วมกันได้อย่างปลอดภัย

   ตารางหลักการในหัวข้อ 1 และหัวข้อ 3.3: ใช้ mutex รอบบัสร่วม เพื่อให้หลาย task ใช้บัสเดียวกันได้อย่างปลอดภัย

อ้างอิงบทเรียนนี้

ถ้านำบทเรียนนี้ไปสอน ทำสไลด์ หรือทำเอกสารต่อ ให้อ้างอิงด้วยข้อความนี้ ถ้าดัดแปลงเนื้อหา ให้เติม (ดัดแปลง)ต่อท้ายชื่อบทเรียน

"GPIO และอุปกรณ์ต่อพ่วงผ่าน Driver API" จาก TESA Open Knowledge โดยสมาคมสมองกลฝังตัวไทย (Thai Embedded Systems Association: TESA) https://github.com/tesaiot/tesa-qualification-program สัญญาอนุญาต CC BY-NC 4.0

ข้อความอ้างอิงภาษาอังกฤษ: "GPIO and Peripherals through a Driver API" from TESA Open Knowledge by the Thai Embedded Systems Association (TESA), https://github.com/tesaiot/tesa-qualification-program, licensed under CC BY-NC 4.0

ลิงก์บทเรียน: https://tesaiot.github.io/tesa-qualification-program/courses/firmware-sdk-edge-ai/m03-gpio-peripherals/l01-gpio-and-peripherals/

บทเรียนนี้ดัดแปลงจากต้นฉบับด้านล่าง เมื่ออ้างอิงให้คงเครดิตต้นฉบับไว้ด้วย
https://github.com/drsanti/TESAIoT-Courses/blob/287c21814ba8c75f693136616dcd270349a15966/C1/M03/README.md · Original content by Asst. Prof. Dr. Santi Nuratch (ผศ.ดร.สันติ นุราช), KMUTT. Course 1 (C1/) of drsanti/TESAIoT-Courses. TESA funded the work and holds the rights; published here under CC BY-NC 4.0. The upstream repository carries no licence file. Text kept faithful; structure, front matter, quizzes and notes added by TESA Open Knowledge.

วิธีอ้างอิง TESA ฉบับเต็ม