LGPIO

介绍

Nuclei LGPIO（逻辑通用输入输出）描述了逻辑通用输入输出控制器（LGPIO）的操作。LGPIO控制器是映射在内部存储器映射中的外设。通用输入输出（GPIO）端口的每个端口位都可以通过软件在多种模式下进行单独配置（方向、上拉使能、驱动值等），以及在这些信号的各种控制源之间进行选择（硬件I/O功能）。

主要特性

LGPIO的主要特性如下：

• 输出状态：推挽或开漏+上拉/下拉。

• 输出数据来自输出数据寄存器（GPIOx_OVAL）或外设（复用功能输出）。

• 输入状态：浮空、上拉/下拉。

• 输入数据到输入数据寄存器（GPIOx_IVAL）或外设（复用功能输入）。

• 对每个LGPIO的位操作敏捷：

  • 位设置（GPIOx_BIT_SET寄存器），

  • 位复位（GPIOx_BIT_RESET寄存器），

  • 位翻转（GPIOx_BIT_TOGGLE寄存器）。

• 锁定机制（GPIOx_MASK）提供冻结I/O端口输出值的功能。

• 高度灵活的引脚复用允许将I/O引脚用作LGPIO或多个外设功能之一。

• 支持噪声滤波器功能，噪声长度可通过软件配置。

功能描述

根据数据表中列出的每个I/O端口的具体硬件特性，通用输入输出（GPIO）端口的每个端口位都可以通过软件在多种模式下进行单独配置：

• 输入浮空。

• 输入上拉。

• 输入下拉。

• 开漏输出，具有上拉或下拉能力。

• 推挽输出，具有上拉或下拉能力。

• 复用功能推挽，具有上拉或下拉能力。

• 复用功能开漏，具有上拉或下拉能力。

每个I/O端口位都可以自由编程，但是I/O端口寄存器必须作为32位字进行访问。

中断

每个LGPIO位可以生成一个中断位。中断可以由上升沿或下降沿驱动，或由电平值驱动，每个都可以单独使能。

输入在被中断逻辑采样之前进行同步，因此输入脉冲宽度必须足够长才能被同步逻辑检测到。

要使能中断，请将RISE_IE和/或FALL_IE和/或HIGH_IE和/或LOW_IE中的相应位设置为1。 如果RISE_IP或FALL_IP或HIGH_IP或LOW_IP中的相应位被设置，则会产生中断引脚。

所有端口都具有外部中断能力。要使用外部中断线，端口必须配置为输入模式。

注：此结构对每个引脚重复。

I/O端口控制寄存器

• GPIOx_IE：用于使能I/O输入模式。

• GPIOx_MODE0，GPIOx_MODE1：用于选择输出类型（推挽或开漏）。

• GPIOx_PULL_MODE0，GPIOx_PULL_MODE1：用于选择上拉/下拉，无论I/O方向如何。

I/O端口数据寄存器

• GPIOx_IVAL：存储通过I/O输入的输入数据，只读寄存器。

• GPIOx_OVAL：存储要输出的数据，可读/写访问。

I/O数据位操作处理

• GPIOx_SET/GPIOx_RESET：允许应用程序在输出数据寄存器中设置和复位每个单独的位。

• GPIOx_TOGGLE：允许应用程序在输出数据寄存器中翻转每个单独的位。

• GPIOx_MASK：允许应用程序在输出数据寄存器中屏蔽每个单独的位。

I/O复用功能输入/输出

提供这些寄存器来为每个I/O选择可用的复用功能输入/输出之一。使用这些寄存器，用户可以根据应用程序的需要将复用功能连接到其他引脚。

这意味着使用GPIOx_AFIO_SEL0、GPIOx_AFIO_SEL1和GPIOx_AFIO_SEL2复用功能寄存器，在每个LGPIO上复用多个可能的外设功能。因此，应用程序可以为每个I/O选择任何一个可能的功能。AF选择信号对复用功能输入和复用功能输出是通用的，为给定I/O的复用功能输入/输出选择单个通道。

驱动强度

当配置为输出时，每个引脚都有一个软件可控的驱动强度： {GPIOx_DS3，GPIOx_DS2，GPIOx_DS1，GPIOx_DS0}。

输出反转

当配置为输出（软件或IOF控制）时，软件可写的输出异或寄存器（GPIOx_OUT_XOR）与输出组合以反转它。

噪声滤波器

在LGPIO中，用户可以根据需要配置噪声滤波器。每个PAD可以独立打开/关闭滤波器功能（通过GPIO_GRP*_DIGITAL_FILTER_EN寄存器）。

噪声长度可以通过GPIO_DIGITAL_NOISE_FILTER_LENGTH寄存器设置，单位是LGPIO的时钟。

小于GPIO_DIGITAL_NOISE_FILTER_LENGTH的信号长度将被视为噪声， 等于或大于GPIO_DIGITAL_NOISE_FILTER_LENGTH的信号长度将被视为正常功能信号。

数字功能的延迟是GPIO_DIGITAL_NOISE_FILTER_LENGTH+1。

中断

表 7.1 显示了LGPIO中断请求。

表 7.1: LGPIO中断请求

中断事件	事件标志	使能控制位
LGPIO PAD的上升沿	RISE_IP	RISE_IE
LGPIO PAD的下降沿	FALL_IP	FALL_IE
LGPIO PAD的高电平	HIGH_IP	HIGH_IE
LGPIO PAD的低电平	LOW_IP	LOW_IE

注：

1. 每个LGPIO位可以从PAD采样四种类型的外部中断事件：上升沿、下降沿、高电平或低电平。

2. 但LGPIO只向CPU生成高电平中断类型。

寄存器

LGPIO寄存器

注：

1. 表 8.1 和 8.2 中的”i”是GPIO_NUM除以32。 例如：如果GPIO_NUM配置为35，则i=floor(35/32)=1。

2. 表 8.1 和 8.2 中所有寄存器的最大宽度是32位，这是GPIO_NUM为32且地址4字节对齐的配置示例。 如果GPIO_NUM小于32，寄存器的宽度取决于实际的GPIO_NUM配置。 如果GPIO_NUM大于32，每个寄存器的实际地址应加上特定偏移：”i” * 0x100。

寄存器及其在LGPIO中的相应偏移如表 8.1 所示。

表 8.1: LGPIO中寄存器的偏移地址

偏移	寄存器名称	功能描述
0x0	GPIO_GRP0_IVAL	来自LGPIO的输入数据。
0x8	GPIO_GRP0_MODE0	LGPIO的工作模式。
0xC	GPIO_GRP0_MODE1	LGPIO的工作模式。
0x10	GPIO_GRP0_OVAL	到LGPIO的输出数据。
0x14	GPIO_GRP0_RISE_IE	每个LGPIO的上升中断使能。
0x18	GPIO_GRP0_RISE_IP	每个LGPIO的上升中断挂起。
0x1C	GPIO_GRP0_FALL_IE	每个LGPIO的下降中断使能。
0x20	GPIO_GRP0_FALL_IP	每个LGPIO的下降中断挂起。
0x24	GPIO_GRP0_HIGH_IE	每个LGPIO的高电平中断使能。
0x28	GPIO_GRP0_HIGH_IP	每个LGPIO的高电平中断挂起。
0x2C	GPIO_GRP0_LOW_IE	每个LGPIO的低电平中断使能。
0x30	GPIO_GRP0_LOW_IP	每个LGPIO的低电平中断挂起。
0x44	GPIO_GRP0_OUT_MASK	每个LGPIO的输出数据掩码。
0x48	GPIO_GRP0_BIT_SET	每个LGPIO的单独位设置。
0x4C	GPIO_GRP0_BIT_RESET	每个LGPIO的单独位复位。
0x50	GPIO_GRP0_BIT_TOGGLE	每个LGPIO的单独位翻转。
0x54	GPIO_GRP0_PULL_MODE0	每个LGPIO的上拉/下拉模式。
0x58	GPIO_GRP0_PULL_MODE1	每个LGPIO的上拉/下拉模式。
0x74	GPIO_GRP0_SW_KEEP	使能软件总线保持。
0x84	GPIO_GRP0_EVENT_RISE_EN	使能上升事件。
0x88	GPIO_GRP0_EVENT_FALL_EN	使能下降事件。
0x8C	GPIO_GRP0_DIGITAL_NOISE_FILTER_EN	使能pad_ival同步的数字滤波电路。
0x90	GPIO_GRP0_IRQ_STATUS	所有LGPIO的中断状态。
0x94	GPIO_VERSION	IP版本。
0x98	GPIO_GRP0_EVENT_HIGH	使能高电平事件
0x9C	GPIO_GRP0_EVENT_LOW	使能低电平事件
0xA0	GPIO_DIGITAL_NOISE_LENGTH	LGPIO将滤除的噪声长度

GPIO_GRP0_IVAL

地址偏移：0x0。

表 8.2: GPIO_GRP0_IVAL格式

字段	位	访问	复位值	描述
GPIO_GRP0_IVAL	31:0	RO	0x0	从 PAD 到内核的接收数据

GPIO_GRP0_MODE0

地址偏移：0x8。

表 8.3: GPIO_GRP0_MODE0格式

字段	位	访问	复位值	描述
GPIO_GRP0_MODE0	31:0	RW	0x0	为每个特定 PAD 选择发送器类型。此寄存器应与 GPIO_GRP0_MODE1 配合使用 例如： 对于 PAD0，设置如下： {GPIO_GRP0_MODE1[0], GPIO_GRP0_MODE0[0]}： 2’b00：高阻 2’b01：推挽 2’b10：开漏 2’b11：保留

GPIO_GRP0_MODE1

地址偏移：0xC。

表 8.4: GPIO_GRP0_MODE1格式

字段	位	访问	复位值	描述
GPIO_GRP0_MODE1	31:0	RW	0x0	为每个特定 PAD 选择发送器类型。此寄存器应与 GPIO_GRP0_MODE0 配合使用 例如： 对于 PAD0，设置如下： {GPIO_GRP0_MODE1[0], GPIO_GRP0_MODE0[0]}： 2’b00：高阻 2’b01：推挽 2’b10：开漏 2’b11：保留

GPIO_GRP0_OVAL

地址偏移：0x10。

表 8.5: GPIO_GRP0_OVAL格式

字段	位	访问	复位值	描述
GPIO_GRP0_OVAL	31:0	RW	0x0	从内核到 PAD 的发送数据

GPIO_GRP0_RISE_IE

地址偏移：0x14。

表 8.6: GPIO_GRP0_RISE_IE格式

字段	位	访问	复位值	描述
GPIO_GRP0_RISE_IE	31:0	RW	0x0	上升中断使能 1’b0：禁用上升中断 1’b1：使能上升中断

GPIO_GRP0_RISE_IP

地址偏移：0x18。

表 8.7: GPIO_GRP0_RISE_IP格式

字段	位	访问	复位值	描述
GPIO_GRP0_RISE_IP	31:0	RW	0x0	上升中断挂起

GPIO_GRP0_FALL_IE

地址偏移：0x1C。

表 8.8: GPIO_GRP0_FALL_IE格式

字段	位	访问	复位值	描述
GPIO_GRP0_FALL_IE	31:0	RW	0x0	下降中断使能 1’b0：禁用下降中断 1’b1：使能下降中断

GPIO_GRP0_FALL_IP

地址偏移：0x20。

表 8.9: GPIO_GRP0_FALL_IP格式

字段	位	访问	复位值	描述
GPIO_GRP0_FALL_IP	31:0	RW	0x0	下降中断挂起

GPIO_GRP0_HIGH_IE

地址偏移：0x24。

表 8.10: GPIO_GRP0_HIGH_IE格式

字段	位	访问	复位值	描述
GPIO_GRP0_HIGH_IE	31:0	RW	0x0	高电平中断使能 1’b0：禁用高电平中断 1’b1：使能高电平中断

GPIO_GRP0_HIGH_IP

地址偏移：0x28。

表 8.11: GPIO_GRP0_HIGH_IP格式

字段	位	访问	复位值	描述
GPIO_GRP0_HIGH_IP	31:0	RW	0x0	高电平中断挂起

GPIO_GRP0_LOW_IE

地址偏移：0x2C。

表 8.12: GPIO_GRP0_LOW_IE格式

字段	位	访问	复位值	描述
GPIO_GRP0_LOW_IE	31:0	RW	0x0	低电平中断使能 1’b0：禁用低电平中断 1’b1：使能低电平中断

GPIO_GRP0_LOW_IP

地址偏移：0x30。

表 8.13: GPIO_GRP0_LOW_IP格式

字段	位	访问	复位值	描述
GPIO_GRP0_LOW_IP	31:0	RW	0x0	低电平中断挂起

GPIO_GRP0_OUT_MASK

地址偏移：0x44。

表 8.14: GPIO_GRP0_OUT_MASK格式

字段	位	访问	复位值	描述
GPIO_GRP0_OUT_MASK	31:0	RW	0xFFFF_FFFF	每个 PAD 的输出数据掩码 1’b0：当软件设置 LGPIO_GPRx_OVAL 时，PAD 的电平将保持旧值 1’b1：当软件设置 LGPIO_GPRx_OVAL 时，PAD 的电平将同时改变

GPIO_GRP0_BIT_SET

地址偏移：0x48。

表 8.15: GPIO_GRP0_BIT_SET格式

字段	位	访问	复位值	描述
GPIO_GRP0_BIT_SET	31:0	WO	0x0	为每个 PAD 设置输出值 1’b0：无效果 1’b1：为每个 PAD 设置输出值

GPIO_GRP0_BIT_RESET

地址偏移：0x4C。

表 8.16: GPIO_GRP0_BIT_RESET格式

字段	位	访问	复位值	描述
GPIO_GRP0_BIT_RESET	31:0	WO	0x0	为每个 PAD 复位输出值 1’b0：无效果 1’b1：为每个 PAD 复位输出值

GPIO_GRP0_BIT_TOGGLE

地址偏移：0x50。

表 8.17: GPIO_GRP0_BIT_TOGGLE格式

字段	位	访问	复位值	描述
GPIO_GRP0_BIT_TOGGLE	31:0	WO	0x0	为每个 PAD 翻转输出值 1’b0：无效果 1’b1：为每个 PAD 翻转输出值

GPIO_GRP0_PULL_MODE0

地址偏移：0x54。

表 8.18: GPIO_GRP0_PULL_MODE0格式

字段	位	访问	复位值	描述
GPIO_GRP0_PULL_MODE0	31:0	RW	0x0	为每个特定 PAD 选择输出类型。此寄存器应与 GPIO_GRP0_PULL_MODE1 配合使用 例如： 对于 PAD0，设置如下： {GPIO_GRP0_PULL_MODE1[0], GPIO_GRP0_PULL_MODE0[0]}： 2’b00：PULL_UP = 0, PULL_DOWN = 0 2’b01：PULL_UP = 1, PULL_DOWN = 0 2’b10：保留 2’b11：PULL_UP = 0, PULL_DOWN = 1

GPIO_GRP0_PULL_MODE1

地址偏移：0x58。

表 8.19: GPIO_GRP0_PULL_MODE1格式

字段	位	访问	复位值	描述
GPIO_GRP0_PULL_MODE1	31:0	RW	0x0	为每个特定 PAD 选择输出类型。此寄存器应与 GPIO_GRP0_PULL_MODE0 配合使用 例如： 对于 PAD0，设置如下： {GPIO_GRP0_PULL_MODE1[0], GPIO_GRP0_PULL_MODE0[0]}： 2’b00：PULL_UP = 0, PULL_DOWN = 0 2’b01：PULL_UP = 1, PULL_DOWN = 0 2’b10：保留 2’b11：PULL_UP = 0, PULL_DOWN = 1

GPIO_GRP0_SW_KEEP

地址偏移：0x74。

表 8.20: GPIO_GRP0_SW_KEEP格式

字段	位	访问	复位值	描述
GPIO_GRP0_SW_KEEP	31:0	RW	0x0	使能 PAD 的软件总线保持

GPIO_GRP0_EVENT_RISE_EN

地址偏移：0x84。

表 8.21: GPIO_GRP0_EVENT_RISE_EN格式

字段	位	访问	复位值	描述
GPIO_GRP0_EVENT_RISE_EN	31:0	RW	0x0	如果 PAD 有上升沿且工作在发送器模式时，使能上升事件

GPIO_GRP0_EVENT_FALL_EN

地址偏移：0x88。

表 8.22: GPIO_GRP0_EVENT_FALL_EN格式

字段	位	访问	复位值	描述
GPIO_GRP0_EVENT_FALL_EN	31:0	RW	0x0	如果 PAD 有下降沿且工作在发送器模式时，使能下降事件

GPIO_GRP0_DIGITAL_FILTER_EN

地址偏移：0x8C。

表 8.23: GPIO_GRP0_DIGITAL_NOISE_FILTER_EN格式

字段	位	访问	复位值	描述
GPIO_GRP0_DIGITAL_NOISE_FILTER_EN	31:0	RW	0x0	使能 pad_ival 同步的数字滤波电路 1’b1：为接收数据（来自 PAD）使能数字噪声滤波器功能 1’b0：禁用数字噪声滤波器功能

GPIO_GRP0_IRQ_STATUS

地址偏移：0x90。

表 8.24: GPIO_GRP0_IRQ_STATUS格式

字段	位	访问	复位值	描述
GPIO_GRP0_IRQ_STATUS	31:0	RO	0x0	此字段代表所有 PAD 的中断状态 例如：如果 GPIO_NUM 为 32，此寄存器的每一位是 PAD0~PAD31 的中断状态 当 [n] 为”1”：PADn 的中断活跃；当 [n] 为”0”：PADn 的中断不活跃

GPIO_VERSION

地址偏移：0x94。

表 8.25: GPIO_VERSION格式

字段	位	访问	复位值	描述
VERSION_NUM	31:0	RO	0x0001_0300	LGPIO 的 IP 版本

GPIO_GRP0_EVENT_HIGH

地址偏移：0x98。

表 8.26: GPIO_GRP0_EVENT_HIGH格式

字段	位	访问	复位值	描述
HIGH_EN	31:0	RW	0x0	如果 PAD 有高电平且工作在发送器模式时，使能高电平事件

GPIO_GRP0_EVENT_LOW

地址偏移：0x9C。

表 8.27: GPIO_GRP0_EVENT_LOW格式

字段	位	访问	复位值	描述
LOW_EN	31:0	RW	0x0	如果 PAD 有低电平且工作在发送器模式时，使能低电平事件

GPIO_DIGITAL_NOISE_FILTER_LENGTH

地址偏移：0xA0。

表 8.28: GPIO_DIGITAL_NOISE_LENGTH格式

字段	位	访问	复位值	描述
VALUE	24:0	RW	0x0	数字噪声的长度 这些位用于配置 PAD 输入上的数字噪声长度 数字滤波器滤除长度高达 digital_noise_filter_num[24:0] * t_lgpioclk 的尖峰