nRF5芯片外设GPIO和GPIOTE介绍

Posted 2020-12-24 iini

nRF51/nRF52同时包含GPIO和GPIOTE两种外设，经常有人将两者搞混，今天我们就来介绍一下这2种外设有什么不同，及使用注意事项。

GPIO和GPIOTE都属于芯片外设，但两者功能完全不一样，使用过程中不要将两者混淆。GPIO就大家通常理解的普通IO口，用来对IO口进行读写等操作。因此，如果你需要读某个IO口状态，或者将某个IO口置1，那么请使用nrf_gpio.h里面的API，比如

nrf_gpio_cfg_input用来将IO设为输入模式

nrf_gpio_pin_set用来输出1到IO

除此之外，GPIO模块还有两个非常重要的功能：

• sense功能。当系统进入sleep模式（也称system OFF模式），只能通过IO口唤醒复位。当某个IO口使能了sense功能，那么它就可以用来唤醒sleep模式了。Sense使能的时候，可以配置高电平唤醒或者低电平唤醒。一般使用nrf_gpio_cfg_sense_input这个函数来使能IO口的sense功能。
• port event功能。通俗来说，port event其实就是IO口中断，而且32个IO口共用同一个中断标志位：port event，检测port event只需要内部低频时钟在工作，因此功耗非常低：0.2微安左右，但内部低频时钟只能用来检测低精度的中断事件，也就是说IO口的中断脉冲要比较宽，比如像按键这种事件，就可以用port event来检测，功能达到了功耗又低，两全其美。这里特别说明一下，port event状态（一个中断flag）是跟随IO口电平的，比如检测高电平有效，那么只要IO口电平一直为高，那么port event一直有效，该中断标志位无法通过软件清除。这会产生两个副作用：一是不断进入port event中断例程，二是前面也提到，port event是被32个IO口共用的，因此只要其中一个IO口一直有效，别的IO产生的port event就会被忽略。为此，在处理port event中断的时候，nRF5 SDK app_button模块将每个port event的极性设为toggle，也就是每进入一次port event handler，nRF5 SDK都会把port event的极性翻转一次，比如将检测为高有效变成检测为低有效，这就相当于清除了port event中断flag，从而避开上述描述的两个副作用场景。由于GPIO模块不能处理中断，所以port event中断实际是交给GPIOTE模块来一起处理的。

GPIOTE，全称GPIO Tasks and Events，GPIOTE首先是一个外设模块，因此它遵守芯片外设最基本规则：每一个时刻每一个GPIO口只能被一个外设使用，因此当某一个IO口被用做GPIOTE了，那么它就不能再作为普通GPIO来使用了，也就是上面提到的GPIO API将变得无效，此时必须使用nrfx_gpiote.h（老版本为nrf_drv_gpiote.h）里面的API。Nordic将状态机引入到每一个外设，也就是说，每一个外设都有自己的输入（task），输出（event）和状态。GPIOTE的作用就是让GPIO也具有task和event的功能，也就是说，对GPIOTE来说，将某一个IO口置1，其实是触发TASKS_SET；检测某一个IO口上升沿，其实是等待EVENTS_IN。让IO口支持task和event机制，将为后面的PPI自动化操作打下基础，关于PPI详细说明，请参考“如何理解nRF5芯片外设PPI”。

 

前面也提到过，处理IO口中断，必须通过GPIOTE模块来做，GPIOTE支持两种类型中断：高精度的EVENTS_IN中断以及低精度的EVENTS_PORT中断（就是前面GPIO章节提到的Port event）。EVENTS_PORT主要用来检测IO口高电平或者低电平，而EVENTS_IN用来检测沿，即上升沿，下降沿或者双沿。EVENTS_IN可以清0，EVENTS_PORT无法清0，两者都是在GPIOTE_irq_handler里面处理。EVENTS_IN和EVENTS_PORT两者初始化区别如下所示：

nrf_drv_gpiote_in_config_t config = GPIOTE_CONFIG_IN_SENSE_TOGGLE(false);  //false表示低精度低功耗的Port event，每个IO口都可以作为port event，52832总共有32个port event

err_code = nrf_drv_gpiote_in_init(pin_no, &config, gpiote_event_handler);

 

nrf_drv_gpiote_in_config_t config = GPIOTE_CONFIG_IN_SENSE_TOGGLE(true);  //true表示高精度高功耗的IN event，52832总共有8个IN event。注：这里检测的是双沿

err_code = nrf_drv_gpiote_in_init(pin_no, &config, gpiote_event_handler);

 

IN event需要高频时钟，所以功耗比较高，在精度可以接受的情况下，优先推荐使用port event。

 

SDK自带GPIOTE应用例程，感兴趣的读者请参考Keil5工程：SDK安装目录examplesperipheralgpiotepca10040lankarm5_no_packs

SDK也自带Sense例子，有兴趣的读者请参考Keil5工程：SDK安装目录examplesperipheral am_retentionpca10040lankarm5_no_packs

关于Port event使用例子，可以参考Nordic的app_button模块，比如ble_app_hrs就会用到这个模块，大家可以去看一下app_button是如何使用port event的。