F280049C General-Purpose Input/Out(GPIO)
文章目录
- GPIO
-
- 8.1 简介
- 8.2 配置概述
- 8.3 ADC引脚上的数字输入（AIO）
- 8.4 数字通用I/O控制
- 8.5 输入限定
-
- 8.5.1 异步输入
- 8.5.2 仅与SYSCLKOUT同步
- 8.5.3 使用采样窗口进行鉴定
- 8.6 SPI信号
- 8.7GPIO和外设引脚复用
-
- 8.7.1GPIO复用
- 8.7.2 外设复用
- 8.8 内部上拉配置要求
- 总结
- 参考资料
GPIO
GPIO模块控制设备的数字和模拟I/O多路复用，使用共享引脚来最大化应用灵活性。引脚由其通用I/O名称命名（例如，GPIO0、GPIO25、GPIO58）。这些引脚可以单独选择作为数字I/O（也称为GPIO模式）操作，或连接到几个外围I/O信号之一。输入信号可以被限定为去除不需要的噪声。
8.1 简介
除了CPU控制的I/O能力外，多达12个独立的外围信号在单个GPIO使能引脚上复用。每个引脚输出可以由外围设备或两个CPU主机（CPU1、CPU1.CLA）之一控制。有两个I/O端口：
- Port A: GPIO0~GPIO31
- Port B: GPIO32~ GPIO59
该设备上的模拟信号与数字输入复用。这些模拟IO（AIO）引脚不具有数字输出能力。模拟IO（AIO）引脚分配给单个端口：
- Port H: GPIO224~GPIO24
图8-1中有两个关键特征需要注意。第一个是输入和输出路径完全分开，只在引脚处连接。第二个是外设复用发生在远离引脚的地方。因此，CPU和CLA总是可以独立于CPU主控和外设复用读取管脚的物理状态。同样，外部中断也可以从外设活动中产生。所有引脚选项（如输入限定和漏极开路输出）均适用于所有主机和外围设备。然而，外设复用、CPU复用和引脚选项只能由CPU1配置。
8.2 配置概述
IO口配置步骤
- 规划设备引脚
列出应用程序所需的所有外设。使用设备数据手册中的外设多路复用器信息，选择用于外围信号的GPIO。决定将剩余的GPIO中的哪一个用作每个CPU和CLA的输入和输出。
一旦选择了外围复用，就可以通过将适当的值写入GPyMUX1/2和GPyMMUX1/2寄存器来实现复用。当更改引脚的GPyMUX值时，请始终先将相应的GPyMUX位设置为零，以避免多路复用器中出现故障。默认情况下，所有引脚都是通用I/O，而不是外设信号。 - （可选）启用内部上拉电阻器
要启用或禁用上拉电阻器，请写入GPIO上拉禁用寄存器（GPyPUD）中的相应位。默认情况下禁用所有上拉。当没有外部信号驱动输入引脚时，可以使用引体向上将其保持在已知状态 - 选择输入限定
如果引脚用作输入，请指定所需的输入资格（如果有）。输入限定采样周期在GPyCTRL寄存器中选择，而限定类型在GPyQSEL1和GPyQSEL 2寄存器中选择。默认情况下，所有资格与等于PLLSYSCLK的采样周期同步。 - 选择任何通用I/O引脚的方向
对于配置为GPIO的每个引脚，使用GPyDIR寄存器将引脚的方向指定为输入或输出。默认情况下，所有GPIO引脚都是输入。在将引脚更改为输出之前，通过将要驱动的值写入GPySET、GPyCLEAR或GPyDAT寄存器来加载输出锁存器。加载锁存后，写入GPyDIR以更改引脚方向。默认情况下，所有输出锁存器均为零。 - 选择低功耗模式唤醒源
GPIO 0-63可用于将系统从低功耗模式唤醒。要选择一个或多个GPIO进行唤醒，请写入GPIOLPMSEL0和GPIOLPMSEL1寄存器中的相应位。这些寄存器是CPU系统寄存器空间的一部分。有关低功耗模式和GPIO唤醒的更多信息，请参阅“系统控制和中断”一章中的“低功耗模式”部分 - 选择外部中断源
配置外部中断是一个两步过程。首先，必须启用中断本身，并且必须使用XINTnCR寄存器配置其极性。其次，必须通过分别选择输入X-BAR信号4、5、6、13和14的源来设置XINT1-5 GPIO引脚。有关输入X-BAR架构的更多信息，请参阅Crossbar（X-BAR）一章。
8.3 ADC引脚上的数字输入（AIO）
端口H上的GPIO（GPIO224–GPIO253）与模拟引脚复用。这些也被称为AIO。这些引脚只能在输入模式下工作。默认情况下，这些引脚用作模拟引脚，GPIO处于高阻抗状态。GPHAMSEL寄存器用于为数字或模拟操作配置这些引脚。
8.4 数字通用I/O控制
通过使用以下寄存器，可以更改配置为GPIO的引脚上数字电平。
- GPyDAT寄存器
每个I/O端口都有一个数据寄存器。数据寄存器中的每个位对应于一个GPIO引脚。无论管脚如何配置（GPIO或外围功能），数据寄存器中的相应位都反映了限定后管脚的当前状态。写入GPyDAT寄存器会清除或置位相应的输出锁存器，如果该引脚被启用为通用输出（GPIO输出），则该引脚也会被驱动为低电平或高电平。如果引脚未配置为GPIO输出，则该值被锁存，但引脚未被驱动。只有当该引脚后来被配置为GPIO输出时，锁存值才被驱动到该引脚上。
使用GPyDAT寄存器更改输出引脚的电平时，请小心不要意外更改另一个引脚的电平。例如，为了通过使用读-修改-写指令写入GPADAT寄存器位0来改变GPIOA1的输出锁存器电平，如果另一个I/O端口a信号在指令的读和写阶段之间改变电平，则会出现问题。以下是发生这种情况的原因分析：
GPyDAT寄存器反映引脚的状态，而不是锁存器的状态。这意味着寄存器反映实际引脚值。然而，当寄存器被写入时，新的管脚值被反映回寄存器时，两者之间存在延迟。当在随后的程序语句中使用该寄存器来改变GPIO引脚的状态时，这可能会造成问题。下面显示了一个示例，其中两个程序语句试图驱动两个不同的GPIO引脚，这两个引脚当前处于低到高状态。
如果在GPyDAT寄存器上使用读-修改-写操作，由于第一条指令（I1）的输出和输入之间的延迟，第二条指令（I2）读取旧值并将值写回。
GpioDataRegs.GPADAT.bit.GPIO1 = 1; //I1 performs read-modify-write of GPADAT
GpioDataRegs.GPADAT.bit.GPIO2 = 1; //I2 also a read-modify-write of GPADAT
//GPADAT gets the old value of GPIO1 due to the delay
第二条指令等待第一条指令完成写入，这是因为在该外围帧上进行了写入之后进行了读取保护。然而， 在写入（I1）到GPyDAT位这反映了上的新值（1）存在一定的延迟。在此滞后期间，第二条指令读取GPIO1（0）的旧值，并将该值与GPIO2（1）的新值一起写回。因此，GPIO1引脚保持低位。
一个答案是在指令之间插入一些NOP。更好的答案是使用GPySET/GPYLEAR/GPyTOGGLE寄存器而不是GPyDAT寄存器。这些寄存器总是读取0并写入0无效。仅可指定需要更改的位，而不干扰目前正在改变其他位。 - GPySET寄存器
该寄存器用于在不干扰其他引脚的情况下将指定的GPIO引脚驱动为高电平。每个I/O端口有一个设置寄存器，每个位对应一个GPIO引脚。设置寄存器总是读回0。如果相应的引脚被配置为输出，则将1写入设置寄存器中的该位，将输出锁存器设置为高电平，相应的引脚将被驱动为高电平。**如果引脚未配置为GPIO输出，则该值被锁存，但引脚未被驱动。只有当该引脚后来被配置为GPIO输出时，锁存值才被驱动到该引脚上。**将0写入设置寄存器中的任何位都无效。 - GPyCLEAR寄存器
该寄存器用于在不干扰其他引脚的情况下将指定的GPIO引脚驱动为低电平。每个I/O端口都有一个清除寄存器。清除寄存器总是读回0。如果相应的引脚被配置为通用输出，则向清除寄存器中的相应位写入1将清除输出锁存器，引脚被驱动为低电平。如果引脚未配置为GPIO输出，则该值被锁存，但引脚未被驱动。只有当该引脚后来被配置为GPIO输出时，锁存值才被驱动到该引脚上。将0写入清除寄存器中的任何位都无效。 - GPyTOGGLE寄存器
触发寄存器用于将指定的GPIO引脚驱动到相反的电平，而不会干扰其他引脚。每个I/O端口都有一个切换寄存器。切换寄存器总是读回0。如果相应的管脚被配置为输出，则将1写入触发寄存器中的该位会翻转输出锁存器，并沿相反方向拉动相应的管。也就是说，如果输出引脚被驱动为低电平，那么将1写入触发寄存器中的相应位会将引脚拉高。同样，如果输出引脚为高，则向触发寄存器中的相应位写入1将引脚拉低。如果引脚未配置为GPIO输出，则该值被锁存，但引脚未被驱动。只有当该引脚后来被配置为GPIO输出时，锁存值才被驱动到该引脚上。将0写入切换寄存器中的任何位都无效
8.5 输入限定
输入确认方案设计得非常灵活。通过配置GPyQSEL1和GPyQSEL 2寄存器，为每个GPIO引脚选择输入资格类型。在GPIO输入引脚的情况下，可以将鉴定指定为仅与SYSCLKOUT同步或通过采样窗口进行鉴定。对于配置为外围输入的引脚，除了与SYSCLKOUT同步或由采样窗口限定外，输入也可以是异步的。
8.5.1 异步输入
此模式用于不需要输入同步或由外围设备本身执行同步的外围设备。示例包括通信端口McBSP、SCI、SPI和I2C。此外，ePWM跳闸区（TZn）信号的功能与SYSCLKOUT的存在无关。
注意：当外围设备本身执行同步时，使用输入同步可能会导致意外结果。在这种情况下，用户必须确保GPIO引脚配置为异步。
8.5.2 仅与SYSCLKOUT同步
这是复位时所有引脚的默认确认模式。在此模式下，输入信号仅与系统时钟（SYSCLKOUT）同步。因为输入信号是异步的，所以需要一个SYSCLKOUT延迟周期来改变设备的输入。未对信号进行进一步鉴定。
8.5.3 使用采样窗口进行鉴定
在此模式下，信号首先与系统时钟（SYSCLKOUT）同步，然后在允许输入改变之前，通过指定的周期数进行限定。图8-2和图8-3显示了如何执行输入确认以消除不需要的噪声。用户为此类鉴定指定了两个参数：
- 采样周期或信号采样频率
- 采样数量。
（原文To qualify the signal，感觉不知道怎么翻译才更妥帖一点）为了使采集到的信号真正是外部输入的电平值，CPU以规则的周期采样输入信号。采样周期由用户指定，并确定采样之间的持续时间，或相对于CPU时钟（SYSCLKOUT）采样信号的频率。以下使是几个关键指标：
- 采样率
采样周期由GPxCTRL寄存器中的限定周期（QUALPRDn）位指定。采样周期可配置为8个输入信号的组。例如，GPIO0至GPIO7使用GPATRL[QUALPRD0]设置，GPIO8至GPIO15使用GPATRL[QUALPRD 1]。表8-1和表8-2显示了采样周期或采样频率与GPxCTRL[QUALPRDn]设置之间的关系。
- 采样次数
信号的采样次数是限定选择（GPAQSEL1、GPAQSEL2、GPBQSEL1和GPBQSSEL2）寄存器中指定的三次采样或六次采样。当三个或六个连续采样的结果相同时，输入变化将传递到设备。 - 总采样窗宽
采样窗口是对输入信号进行采样的时间，如图8-3所示。通过使用采样周期的方程以及要采集的样本数量，可以确定窗口的总宽度。
为了使输入限定符检测输入中的变化，信号的电平必须在采样窗口宽度的持续时间内稳定或更长。
窗口内的采样周期数总是比采样的数量少一个。对于三个采样窗口，采样窗口宽度为两个采样周期宽度，采样周期定义见表8-1。同样，对于六个采样窗口，采样窗口宽度为五个采样周期宽。表8-3和表8-4显示了用于根据GPxCTRL[QUALPRDn]和采样数量确定总采样窗口宽度的计算结果。
A处的扰动比采样窗口短，所以被滤除了。
8.6 SPI信号
该设备上的SPI模块具有高速模式，可实现40 Mbps通信。为了实现最高可能的速度，在每个SPI的单个GPIO多路复用器选项上使用特殊的GPIO配置。当不处于高速模式（HS_mode=0）时，SPI也可以使用这些GPIO。
8.7GPIO和外设引脚复用
8.7.1GPIO复用
多达12个不同的外围功能与通用输入/输出（GPIO）功能一起复用到每个引脚。这允许您选择最适合特定应用程序的外围设备混合和引脚输出。复用组合和定义请参见表8-5。
8.7.2 外设复用
例如，通过向GPAGMUX[13:12]和GPAMUX[13:12]写入来控制GPIO6引脚的多路复用。通过写入这些位，GPIO6被配置为通用数字I/O或四种不同外围
这些设备具有不同的复用方案。如果外围设备在特定设备上不可用，则该多路复用器选择将保留在该设备上，无法使用。
一些外围设备可以通过多路复用寄存器分配给多个引脚。例如，OUTPUTXBAR1可以分配给GPIO 2、24、34或58，具体取决于各个系统要求。表8-7显示了一个示例。
8.8 内部上拉配置要求
复位时，GPIO处于输入模式，并禁用内部上拉。未驱动的输入可以浮动到中轨电压，并在输入缓冲器上造成浪费的直通电流，或者说电平不确定。用户应始终将每个GPIO置于以下配置之一：
- 输入模式，由另一个组件在板上驱动至高于Vih或低于Vil的水平，即确定的高电平或低电平
- 启用GPIO内部上拉的输入模式，使电平确定
- 输出模式
在具有较少引脚数封装的设备上，默认启用未绑定GPIO上的上拉，以防止浮动输入。用户应注意避免在应用程序代码中禁用这些下拉菜单。
在176 PTP封装中的设备上，必须启用任何内部未绑定GPIO的上拉，以防止浮动输入。TI在controlSUITE/C2000Ware中提供了一些函数，用户可以调用这些函数来启用所使用封装的任何未绑定GPIO上的上拉。此函数GPIO_EnabledUnboundIOPullups()位于（Device）_Sysctrl.c文件中，默认情况下从InitSysCtrl（）调用。用户应注意避免在应用程序代码中禁用这些下拉菜单。
总结
- GPIO有数字GPIO和模拟GPIO之分，通常称前者为GPIO，后者为AIO以作区分。
- GPIO具有输入输出两种功能，并且每一个GPIO都能进行引脚复用，选择性地工作在简单IO以输出电平或外设如ePWM、eCAP、SPI、I2C等。
- 手册上说AIO只能工作在输入模式，感觉这里有点欠妥。AIO231，也就是A0/B15/C15/DACA_OUT。这个引脚就是能输出DACA_OUT信号的。不知道是不是我理解的有点问题。
- GPIO输出模式时，可以通过写GPxSET，GPxCLEAR，GPxTOGGLE以设置引脚的电平值。
- GPIO输入模式时，必须使能内部上拉，并选择输入限定方式。
参考资料
[1] TMS320F28004x Real-Time Microcontrollers
[2] TMS320F280049C: AIO是否有引脚复用
[3] TMS320F280049C的AIO是否只允许输入?