小猫爪：i.MX RT1050学习笔记4-IO系统
小猫爪：i.MX RT1050学习笔记4-IO系统
- 1 前言
- 2 PAD
- 2.1 IORING
- 2.2 IOMUX
- 2.3 IOMUXC
- 3 GPIO
- 4 应用实例
1 前言
在介绍GPIO之前，不得不先提一下IOMUX和IOMUXC，先简单的介绍一下IOMUX和IOMUXC的关系，简单的来说就是IOMUXC控制着IOMUX，两者相当于是RT1050的两个部件。
2 PAD
因为i.MX RT1050与i.MX6ULL源自一个平台，所外设基本上相同，所以在GPIO上也是沿用了i.MX6ULL一个机制。下图为IO的结构图。
从上图可以看出整个GPIO结构主要有三个部分，分别是IOMUXC、IOMUX、IORING三个部分，下面我们具体来介绍一下三个部分分别代表着什么。
2.1 IORING
这个部分可以理解成为GPIO的模拟硬件部分，接收来自其他模块的控制数据以及具体通道信号。除了我们常见的方向控制、输出控制等，具体还包括其他的各种电气属性配置，具体包括有 ：
①输出部分
a) DSE 驱动能力
DSE 可以调整芯片内部与引脚串联电阻R0 的大小，从而改变引脚的驱动能力。例如，R0 的初始值为260 欧姆，在3.3V 电压下其电流驱动能力为12.69mA，通过DSE 可以把R0 的值配置为原值的1/2、1/3…1/7 等。
b) SRE 压摆率配置
压摆率是指电压转换速率，可理解为电压由波谷升到波峰的时间。增大压摆率可减少输出电压的上升时间。RT1052 的引脚通过SRE 支持低速和高速压摆率这两种配置。
c) SPEED 带宽配置
通过SPEED 可以设置IO 的带宽，分别可设置为50MHz、100MHz 以及200MHz。带宽的意思是能通过这个IO 口最高的信号频率，通俗点讲就是方波不失真，如果超过这个频率方波就变正弦波。但是这个带宽要区别于IO 的翻转速率，IO 的翻转速率的信号来自于GPIO 这个外设，而IO 的带宽只是限制了IO 口引脚的物理特性，IO 口的信号可以来自于内部定时器输出的PWM信号，也可以来自于GPIO 翻转输出的信号，两者相比之下，PWM信号的频率是远远高于GPIO 翻转输出的信号频率。
d) ODE 开漏输出配置
通过ODE 可以设置引脚是否工作在开漏输出模式。在该模式时引脚可以输出高阻态和低电平，输出高阻态时可由外部上拉电阻拉至高电平。开漏输出模式常用在一些通讯总线中，如I2C。
②输入部分
a) HYS 滞后使能
RT1052 的输入检测可以使用普通的CMOS 检测或施密特触发器模式（滞后模式）。施密特触发器具有滞后效应，对正向和负向变化的输入信号有不同的阈值电压，常被用于电子开关、波形变换等场合。
b) 上下拉、保持器的功能。
芯片内部的上拉和下拉电阻可以将不确定的信号钳位在高、低电平，或小幅提高的电流输出能力，上拉提供输出电流，下拉提供输入电流。注意这些上下拉配置只是弱拉，对于类似I2C 之类的总线，还是必须使用外部上拉电阻。RT1052 芯片的电源模块中包含转换器，当转换器停止工作时，保持器会保持输入输出电压。上下拉、保持器可以通过如下属性配置：
PUS 上下拉配置
PUS 可配置项可选为100K 欧下拉以及22K 欧、47K 欧及100K 欧上拉。
PUE 上下拉、保持器选择
上下拉功能和保持器功能是二选一的，可以通过PUE 来选择。
PKE 上下拉、保持器配置
上下拉功能和保持器还通过PKE 来控制是否使能。
2.2 IOMUX
IOMUX是RT1050的多路复用器，它控制着每个引脚的信号通道切换。RT1052 的芯片每个GPIO 都通过IOMUX 支持多种功能，例如一个IO 可用于网络外设ENET 的数据接收引脚，也可以被配置成PWM外设的输出引脚，这样的设计大大增加了芯片的适用性，这样可选的功能就是由IOMUX 实现的。IOMUX 相当于增加了多根内部信号线与IO 引脚相连，最多有8 根，也就是说一个IO 最多可支持8 种可选的功能。
2.3 IOMUXC
IOMUXC是整个IO系统的核心部分，不仅控制着IOMUX的信号通道开关，而且还控制着IORING中的各种电气属性。不同于一般MCU，一个寄存器可能控制很多IO口, 对于RT1050，每一个IO口都有两个寄存器，分别是负责配置复用功能的MUX寄存器和负责配置IO电气属性的PAD寄存器。命名规则如下：
| 控制类型 | 寄存器名称 |
|---|---|
| MUX Mode | IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_XXXX |
| Pad Settings | IOMUXC_SW_PAD_CTL_PAD_XXXX |
上表中，XXXX代表具体IO的引脚名字，例如在NXP官网DEMO板中，使用引脚GPIO_AD_B0_09驱动LED灯，我们则可以在参考手册的IOMUXC 章节中找到它的这两个寄存器：IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_ GPIO_AD_B0_09 以及IOMUXC_SW_PAD_CTL_PAD_ GPIO_AD_B0_09。
下面以这两个寄存器为例说明一下每个寄存器的作用。
①IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_ GPIO_AD_B0_09
可以看到，该寄存器主要有两个可配置项，分别是SION 和MUX_MODE，其中SION
用于设置引脚在输出模式下同时开启输入通道；MUX_MODE 可配置该引脚为ALT0~ALT7 这8 个复用功能，其中就包括了接下来我们所用的GPIO1_IO09功能，也就是GPIO功能。
②IOMUXC_SW_PAD_CTL_PAD_ GPIO_AD_B0_09
可以看出通过配置PAD寄存器就可以配置这个IO的具体电气属性，也就是之前说到的各种属性。
3 GPIO
GPIO就是RT1050众多外设中的其中一个外设，这也是所有MCU最为常见的一个外设，相比较于其他MCU也是相差无几，无外乎配置GPIO的方向、控制GPIO输出电平以及读取GPIO状态，相关寄存器有：
| 名称 | 描述 |
|---|---|
| GDIR（方向寄存器） | GDIR 寄存器的每一个数据位代表一个引脚的方向，对应的位被设置为0 时该引脚为输入模式，被设置为1 时该引脚为输出模式 |
| DR（数据寄存器） | DR 数据寄存器直接代表了引脚的电平状态，它也使用1 个数据位表示1 个引脚的电平，每位用1 表示高电平，用0 表示低电平 |
| PSR（引脚状态寄存器） | DR 数据寄存器直接代表了引脚的电平状态，它也使用1 个数据位表示1 个引脚的电平，每位用1 表示高电平，用0 表示低电平 |
4 应用实例
下面我们结合官方的DEMO来介绍一下使用RT1050 GPIO功能的步骤（因为官方DEMO的使用的SDK库操作，封装层较多，在这里就不贴代码了）。
①配置GPIO时钟。（关于GPIO使用的时钟分支大家可以参考官方文档《i.MX RT1050 Processor Reference Manual》中的“Table 14-4. System Clocks, Gating, and Override”查阅，然后进行时钟配置，时钟相关知识大家可参考我的上一篇文章：小猫爪：i.MX RT1050学习笔记3-CCM）
②配置IO复用，NXP官方SDK包提供函数IOMUXC_SetPinMux来进行配置，实际操作的是MUX寄存器。
③配置IO电气属性，NXP官方SDK包提供函数IOMUXC_SetPinConfig来进行配置，实际操作的是PAD寄存器。
④配置IO方向以及状态等。
END
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