品味树莓派：GPIO口定义、电气特性、启动状态等基础说明

目录

树莓派相比成品化的电脑来说有很多独立的GPIO口可供开发使用，可以方便的实现很多实物相关的功能。本文将对树莓派开放给用户的GPIO口的针脚定义、电气特性、启动状态等基础内容做个说明。

GPIO口定义

目前主流的树莓派型号通常都有40针GPIO口可供使用，通常定义如下图：

从图上可以看到树莓派的GPIO主要分为5V、3.3V、接地以及通用GPIO口，其中通用的GPIO口大多又可以复用为其它外设使用（注意GPIO 0和1有特殊作用，一般不要操作）。

对于有桌面环境的Raspbian系统还可以在终端中输入 pinout 来获取针脚定义：

更多IO口定义查询可以参考下面链接：
https://pinout.xyz
https://github.com/splitbrain/rpibplusleaf

电气特性

树莓派上可供编程使用的GPIO口的电气特性基础的如下：

Symbol	Parameter	Conditions	Min	Typical	Max	Unit
VIL	Input Low Voltage	VDD IO = 3.3V	–	–	0.9	V
VIH	Input high voltage	VDD IO = 3.3V	1.6	–	–	V
IIL	Input leakage current	TA = +85◦C	–	–	5	µA
CIN	Input capacitance	TA = +85◦C	–	5	–	pF
VOL	Output low voltage	VDD IO = 3.3V, IOL = -2mA	–	–	0.14	V
VOH	Output high voltage	VDD IO = 3.3V, IOH = 2mA	3.0	–	–	V
IOL	Output low current	–	–	–	–	mA
IOH	Output high current	–	–	–	–	mA
RPU	Pullup resistor	–	50	–	65	kΩ
RPD	Pulldown resistor	–	50	–	65	kΩ

上面表格中我没有填写输出电流参数，树莓派主控芯片的GPIO口输出电流强度是可以配置的（最小2mA，最大16mA，默认为8mA）。这里强度并不是指只能输出设定值的电流，而是能力，比如设定为8mA时也可以输出到16mA，只不过输出电压会下降的比较厉害：

上面是一方面的电流相关因素，另一方面树莓派17个用户IO口总共可以输出实际电流为51mA，即如果各个IO口同时输出的话平均每个IO口输出电流为3mA。
总之输出电流这一项还是需要综合来考虑。

更多内容可以参考下面链接：
https://www.raspberrypi.org/documentation/hardware/raspberrypi/gpio/README.md
https://www.raspberrypi.org/documentation/hardware/raspberrypi/gpio/gpio_pads_control.md

启动状态

树莓派在上电运行进入系统前GPIO会尽经历好几个阶段：

1. 芯片上电时GPIO口会处于带上下拉电阻的输入状态；
2. 由bootrom控制；
3. 由bootcode.bin控制；
4. 由dt-blob.bin控制；
5. 由config.txt文件中的GPIO command设置（根据需求自行编写）；
6. 特定功能针脚初始化（如UART）；
7. 内核/设备树；

对于大部分针脚而言在进入系统后的GPIO口状态其实就是芯片上电时的 带有上下拉电阻的输入状态 ，下面是树莓派4B的IO口功能复用表其中 Default Pull 列即为上电时默认的上下拉状态：

目前其它的同为40Pin的树莓派默认状态基本都是一样的。

更多内容可以参考下面文档：
《Raspberry Pi 4 Model B Datasheet》

总结

树莓派GPIO口的基础说明主要就是上面那些内容了，更多内容可以参考官方说明：
https://www.raspberrypi.org/documentation/usage/gpio/README.md