GPIO

Интерфейс ввода/вывода общего назначения для связи между компонентами микроконтроллера и различными периферийными устройствами.

Общая информация

Мультиплексор GPIO_MUX для каждого вывода микроконтроллера позволяет либо соединить его с портом P процессора (использовать как вывод общего назначения), либо соединить его с одним из периферийных устройств (использовать альтернативную функцию порта). Выбор альтернативной функции осуществляется записью в регистры GPIO_ALTF0 и GPIO_ALTF1.

Если вывод используется как вывод общего назначения, то блок GPIO позволяет настроить его на вход или на выход. Выбор направления для порта осуществляется записью в регистры GPIO_DIR_SET/GPIO_DIR_CLR.

Когда порт настроен как выход общего назначения, то передаваемое во вне значение определяется значением порта P процессора. Когда порт настроен как вход общего назначения, то считать значение порта можно также через порт P процессора. Порты процессора соединены с блоками GPIO следующим образом:

• Порт P0 соединен с GPIOA;
• Порт P2 соединен с GPIOB;
• Порт P3 соединен с GPIOC.

Блок GPIO может сформировать прерывание при определенном уровне или изменении уровня на порту микроконтроллера.

Блок GPIO может зафиксировать фронт сигнала на выводе микроконтроллера, даже когда система находится в режиме «Глубокого сна» (c помощью асинхронного детектора фронта), и вывести систему из режима «SLEEP».

Структурная схема

Структурная схема GPIO для одного из выводов микроконтроллера

GPIO_MUX соединяет PAD (вывод микроконтроллера) либо с портом P процессора (CPU_PORT_P), либо с одной из альтернативных функций этого вывода. GPIO_MUX управляется регистрами ALTF. Если вывод соединен с портом процессора, то направление (вход/выход) определяется регистром DIR. Если вывод соединен с альтернативной функцией, то направление (вход/выход) определяется этой альтернативной функцией (периферийным устройством DEVICEx).

В блоке GPIO присутствуют два детектора, способных формировать прерывания - синхронный (SYNCH_EDGE_DETECTOR) и асинхронный (ASYNCH_EDGE_DETECTOR). Работа детекторов управляются регистрами INTEN, INTPOL и INTTYPE. Статус прерываний сохраняется в регистре INT.

Статусы и прерывания

GPIO поддерживает два режима регистрации событий - синхронный и асинхронный. Синхронный детектор работает в рабочем режиме и в режиме «Сон процессора», но не работает в режиме «Глубокий сон». Асинхронный детектор, наоборот работает только в режиме «Глубокий сон» и предназначен для вывода системы из него по внешнему сигналу.

Прерывание для каждого из выводов разрешается и запрещается записью в регистры GPIO_INTEN_SET/ GPIO_INTEN_CLR.

Синхронное прерывание может быть сформировано как по фронту сигнала, так и по уровню, выбор типа прерывания осуществляется записью в регистры GPIO_INTTYPE_SET/GPIO_INTTYPE_CLR. Регистры GPIO_INTPOL_SET/GPIO_INTPOL_CLR определяют, какой уровень (низкий/высокий) или какой фронт (возрастающий/спадающий) вызовет прерывание.

Асинхронный детектор не использует системную частоту, поэтому может работать в режиме «Глубокого сна» микроконтроллера. Асинхронное прерывание выводит микроконтроллер из режима «SLEEP», таким образом блок GPIO можно использовать, чтобы выйти из режима «Глубокого сна» по внешнему событию. Асинхронный детектор фронта работает с несинхронизированным на системную частоту входным сигналом, поэтому даже короткий глитч входного сигнала будет гарантированно зарегистрирован как фронт.

Асинхронное прерывание может быть сформировано только по фронту. При переходе в режим «Глубокого сна» (где работает асинхронный детектор) значение в регистрах GPIO_INTTYPE_SET/ GPIO_INTTYPE_CLR игнорируется, прерывание срабатывает по фронту сигнала (возрастающему или спадающему, в зависимости от GPIO_INTPOL_SET/GPIO_INTPOL_CLR).

Какой именно вывод вызвал прерывание можно выяснить, прочитав регистр статуса прерываний GPIO_INT. Соответствующий бит в регистре GPIO_INT выставляется в «1», только если прерывание по этому выводу разрешено.

Регистры GPIO

№	Аббревиатура	Доступ	Описание
GIOA
2300h	GPIOA_DIR_SET	RW	Установка режима работы выходного буфера
2301h	GPIOA_DIR_CLR	RW
2304h	GPIOA_ALTF0	RW	Выбор альтернативной функции
2305h	GPIOA_ALTF1	RW
2306h	GPIOA_INTEN_SET	RW	Разрешение прерываний
2307h	GPIOA_INTEN_CLR	RW
2308h	GPIOA_INTTYPE_SET	RW	Выбор типа прерывания (фронт/уровень)
2309h	GPIOA_INTTYPE_CLR	RW
230Ah	GPIOA_INTPOL_SET	RW	Выбор полярности входного сигнала, при которой формируются прерывания
230Bh	GPIOA_INTPOL_CLR	RW
230Ch	GPIOA_INT	R	Статус прерываний
GPIOB
2400h	GPIOB_DIR_SET	RW	Установка режима работы выходного буфера
2401h	GPIOB_DIR_CLR	RW
2404h	GPIOB_ALTF0	RW	Выбор альтернативной функции
2405h	GPIOB_ALTF1	RW
2406h	GPIOB_INTEN_SET	RW	Разрешение прерываний
2407h	GPIOB_INTEN_CLR	RW
2408h	GPIOB_INTTYPE_SET	RW	Выбор типа прерывания (фронт/уровень)
2409h	GPIOB_INTTYPE_CLR	RW
240Ah	GPIOB_INTPOL_SET	RW	Выбор полярности входного сигнала, при которой формируются прерывания
240Bh	GPIOB_INTPOL_CLR	RW
240Сh	GPIOB_INT	R	Статус прерываний
GPIOC
2500h	GPIOC_DIR_SET	RW	Установка режима работы выходного буфера
2501h	GPIOC_DIR_CLR	RW
2504h	GPIOC_ALTF0	RW	Выбор альтернативной функции
2505h	GPIOC_ALTF1	RW
2506h	GPIOC_INTEN_SET	RW	Разрешение прерываний
2507h	GPIOC_INTEN_CLR	RW
2508h	GPIOC_INTTYPE_SET	RW	Выбор типа прерывания (фронт/уровень)
2509h	GPIOC_INTTYPE_CLR	RW
250Ah	GPIOC_INTPOL_SET	RW	Выбор полярности входного сигнала, при которой формируются прерывания
250Bh	GPIOC_INTPOL_CLR	RW
250Сh	GPIOC_INT	R	Статус прерываний

GPIOx_DIR_SET/CLR

GPIO_DIR_SET/GPIO_DIR_CLR – парные регистры управления режимом работы выходных буферов порта.

Бит	7	6	5	4	3	2	1	0
Назначение	IO7_DIR	IO6_DIR	IO5_DIR	IO4_DIR	IO3_DIR	IO2_DIR	IO1_DIR	IO0_DIR
Начальное значение	0

Запись в IOx_DIR регистра GPIO_DIR_SET:

• 1 – включить выходной буфер на передачу;
• 0 – не меняет текущую настройку.

Запись в IOx_DIR регистра GPIO_DIR_CLR:

• 1 – выключить выходной буфер;
• 0 – не меняет текущую настройку.

Чтение IOx_DIR регистров GPIO_DIR_SET/GPIO_DIR_CLR:

• 1 – выходной буфер включен на передачу;
• 0 – выходной буфер выключен.

GPIOx_ALTF0

Бит	7	6	5	4	3	2	1	0
Назначение	IO3_ALTF		IO2_ALTF		IO1_ALTF		IO0_ALTF
Начальное значение	0

IOx_ALTF – альтернативная функция:

• 11b – включена альтернативная функция ALTF2;
• 10b – включена альтернативная функция ALTF1;
• 01b – включена альтернативная функция ALTF0;
• 00b – альтернативные функции выключены, выходным буфером управляет GPIO.

GPIOx_ALTF1

Бит	7	6	5	4	3	2	1	0
Назначение	IO7_ALTF		IO6_ALTF		IO5_ALTF		IO4_ALTF
Начальное значение	0

IOx_ALTF – альтернативная функция:

• 11b – включена альтернативная функция ALTF2;
• 10b – включена альтернативная функция ALTF1;
• 01b – включена альтернативная функция ALTF0;
• 00b – альтернативные функции выключены, выходным буфером управляет GPIO.

GPIOx_INTEN_SET/CLR

GPIO_INTEN_SET/GPIO_INTEN_CLR – парные регистры установки разрешения генерации прерываний по событиям на входах GPIO.

Бит	7	6	5	4	3	2	1	0
Назначение	IO7_IE	IO6_IE	IO5_IE	IO4_IE	IO3_IE	IO2_IE	IO1_IE	IO0_IE
Начальное значение	0

Запись в IOx_IE регистра GPIO_INTEN_SET:

• 1 – разрешить генерацию прерывания по событиям на данном входе;
• 0 – не меняет текущую настройку.

Запись в IOx_IE регистра GPIO_INTEN_CLR:

• 1 – запретить генерацию прерывания по событиям на данном входе;
• 0 – не меняет текущую настройку.

Чтение IOx_IE регистров GPIO_INTEN_SET/GPIO_INTEN_CLR:

• 1 – разрешена генерация прерывания по событиям на данном входе;
• 0 – запрещена генерация прерывания по событиям на данном входе.

GPIOx_INTTYPE_SET/CLR

GPIO_INTTYPE_SET/GPIO_INTTYPE_CLR – парные регистры установки типа прерывания (по фронту/уровню) генерируемого GPIO.

Бит	7	6	5	4	3	2	1	0
Назначение	IO7_ITYPE	IO6_ITYPE	IO5_ITYPE	IO4_ITYPE	IO3_ITYPE	IO2_ITYPE	IO1_ITYPE	IO0_ITYPE
Начальное значение	0

Запись в IOx_ITYPE регистра GPIO_INTTYPE_SET:

• 1 – установить генерацию прерывания по фронту;
• 0 – не меняет текущую настройку.

Запись в IOx_ITYPE регистра GPIO_INTTYPE_CLR:

• 1 – установить генерацию прерывания по уровню;
• 0 – не меняет текущую настройку.

Чтение IOx_ITYPE регистров GPIO_INTTYPE_SET/GPIO_INTTYPE_CLR:

• 1 – генерация прерывания осуществляется по фронту;
• 0 – генерация прерывания осуществляется по уровню.

GPIOx_INTPOL_SET/CLR

GPIO_INTPOL_SET/GPIO_INTPOL_CLR – парные регистры установки полярности события GPIO, по которому генерируется прерывание.

Бит	7	6	5	4	3	2	1	0
Назначение	IO7_IPOL	IO6_IPOL	IO5_IPOL	IO4_IPOL	IO3_IPOL	IO2_IPOL	IO1_IPOL	IO0_IPOL
Начальное значение	0

Запись в IOx_IPOL регистра GPIO_INTPOL_SET:

• 1 – установить генерацию прерывания по положительному фронту или высокому уровню (зависит от GPIO_INTTYPE_SET/CLR);
• 0 – не меняет текущую настройку.

Запись в IOx_IPOL регистра GPIO_INTPOL_CLR:

• 1 – установить генерацию прерывания по отрицательному фронту или низкому уровню (зависит от GPIO_INTTYPE_SET/CLR);
• 0 – не меняет текущую настройку.

Чтение IOx_IPOL регистров GPIO_INTPOL_SET/GPIO_INTPOL_CLR:

• 1 – генерация прерывания осуществляется по положительному фронту или высокому уровню;
• 0 – генерация прерывания осуществляется по отрицательному фронту или низкому уровню.

GPIOx_INT

Бит	7	6	5	4	3	2	1	0
Назначение	IO7_INT	IO6_INT	IO5_INT	IO4_INT	IO3_INT	IO2_INT	IO1_INT	IO0_INT
Тип статуса	EVENT
Начальное значение	0

IOx_INT – статус прерывания соответствующего вывода GPIO:

• 1 – был зафиксирован фронт или уровень (согласно заданным в регистрах GPIO_INTPOL_SET/CLR и GPIO_INTTYPE_SET/CLR условиям) на данном выводе;
• 0 – фронт или уровень не был зафиксирован.

Альтернативные функции выводов GPIO

№	Вывод	Альтернативная функция			Пяснение
		АФ1	АФ2	АФ3
Порт А
20	GPIOA_0	SPI0_MOSI	SPI1_MOSI	I_TIMER0_EXT	SPI0/1 – MOSI (направление определяется режимом работы «ведущий»/«ведомый») TIMER0 – I_TIMER0_EXT (вход)
21	GPIOA_1	SPI0_MISO	SPI1_MISO	I_TIMER1_EXT	SPI0/1 – MISO (направление определяется режимом работы «ведущий»/«ведомый»); TIMER1 – I_TIMER1_EXT (вход).
22	GPIOA_2	SPI0_SCK	SPI1_SCK	O_SLEEP	SPI0/1 – SCK (направление определяется режимом работы «ведущий»/«ведомый»); режим «Глубокий сон» – O_SLEEP (выход).
23	GPIOA_3	SPI0_I_CS	SPI1_I_CS	SPI0_O_CS	SPI0/1 – I_CS (вход); SPI0 – O_CS (выход).
24	GPIOA_4	UART0_TX	UART1_TX	SPI1_O_CS	UART0/1 – TX (выход); SPI1 – O_CS (выход).
25	GPIOA_5	UART0_RX	UART1_RX	«0»	UART0/1 – RX (вход); лог. «0» (выход).
26	GPIOA_6	I2C_SCL	UART0_CTS	UART1_CTS	I2C – SCL (направление определяется режимом работы «ведущий»/«ведомый»); UART0/1 – CTS (вход).
27	GPIOA_7	I2C_SDA	UART0_RTS	UART1_RTS	I2C – SDA (направление определяется протоколом); UART0/1 – RTS (выход).
Порт В
44	GPIOB_0>/H_S	SPI0_MOSI	SPI1_MOSI	I_TIMER0_EXT	при TM = 1 вывод принудительно работает как H/S (вход) во время обращения к внешним регистрам этот вывод работает как DATA_0 (направление определяется командой)
45	GPIOB_1/RC_CLKOUT	SPI0_MISO	SPI1_MISO	I_TIMER2_EXT	при TM = 1 вывод принудительно работает как RC_CLKOUT (выход); во время обращения к внешним регистрам этот вывод работает как DATA_1 (направление определяется командой)
46	GPIOB_2	SPI0_SCK	SPI1_SCK	O_SLEEP	Во время обращения к внешним регистрам этот вывод работает как DATA_2 (направление определяется командой)
47	GPIOB_3	SPI0_I_CS	SPI1_I_CS	SPI0_O_CS	Во время обращения к внешним регистрам этот вывод работает как DATA_3 (направление определяется командой)
48	GPIOB_4	UART0_TX	UART1_TX	SPI1_O_CS	Во время обращения к внешним регистрам этот вывод работает как DATA_4 (направление определяется командой)
1	GPIOB_5	UART0_RX	UART1_RX	«0»	Во время обращения к внешним регистрам этот вывод работает как DATA_5 (направление определяется командой)
2	GPIOB_6	I2C_SCL	UART0_CTS	UART1_CTS	Во время обращения к внешним регистрам этот вывод работает как DATA_6 (направление определяется командой)
3	GPIOB_7	I2C_SDA	UART0_RTS	UART1_RTS	Во время обращения к внешним регистрам этот вывод работает как DATA_7 (направление определяется командой)
Порт С
9	GPIOC_0/TCK	SPI0_MOSI	SPI1_MOSI	I_TIMER1_EXT	При TM = 1 вывод принудительно работает как TCK (вход) интерфейса JTAG Во время обращения к внешним регистрам этот вывод работает как WR/RD (выход)
10	GPIOC_1/TMS	SPI0_MISO	SPI1_MISO	I_TIMER2_EXT	При TM = 1 вывод принудительно работает как TMS (вход) интерфейса JTAG Во время обращения к внешним регистрам этот вывод работает как EN (выход)
11	GPIOC_2/TDI	SPI0_SCK	SPI1_SCK	O_SLEEP	При TM = 1 вывод принудительно работает как TDI (вход) интерфейса JTAG Во время обращения к внешним регистрам этот вывод работает как SEL_0 (выход)
12	GPIOC_3/TDO	SPI0_I_CS	SPI1_I_CS	SPI0_O_CS	При TM = 1 вывод принудительно работает как TDO (выход) интерфейса JTAG Во время обращения к внешним регистрам этот вывод работает как SEL_1 (выход)
13	GPIOC_4	UART0_TX	UART1_TX	SPI1_O_CS	Порт ввода-вывода микроконтроллера, разряд №4 группы C
14	GPIOC_5	UART0_RX	UART1_RX	«0»	Порт ввода-вывода микроконтроллера, разряд №5 группы C
15	I2C_SCL	UART0_CTS	UART1_CTS	«0»	Во время обращения к внешним регистрам этот вывод работает как SEL_2 (выход)
16	GPIOC_7	I2C_SDA	UART0_RTS	UART1_RTS	Во время обращения к внешним регистрам этот вывод работает как SEL_3 (выход)

Порты JTAG (TCK, TDI, TMS, TDO) мультиплексированы с портами GPIOC. Выбор назначения выводов (GPIOC или JTAG) осуществляется выводом TM.

Порты интерфейсов (SPI, UART и т.д.) также мультиплексированы с портами GPIO. Выбор назначения выводов осуществляется с помощью альтернативных функций во время работы микроконтроллера.