nRF5芯片外設GPIO和GPIOTE介紹

nRF51/nRF52同時包含GPIO和GPIOTE兩種外設，經常有人將兩者搞混，今天我們就來介紹一下這2種外設有什么不同，及使用注意事項。

GPIO

GPIO和GPIOTE都屬於芯片外設，但兩者功能完全不一樣，使用過程中不要將兩者混淆。GPIO就是大家通常理解的普通IO口，用來對IO口進行讀寫等操作。因此，如果你需要讀某個IO口狀態，或者將某個IO口置1，那么請使用nrf_gpio.h里面的API，比如

nrf_gpio_cfg_input用來將IO口設為輸入模式

nrf_gpio_pin_set用來輸出1到IO口

Nordic GPIO口輸入模式可以配置為沒有pull，有上拉電阻，有下拉電阻，懸浮等4種狀態。GPIO輸出模式下驅動力靈活可配，可以配置為普通驅動力（2mA），高驅動力（10mA），甚至斷開狀態（跟開漏輸出很像）。

除此之外，Nordic GPIO模塊還有兩個非常重要的功能：

• sense功能。當系統進入sleep模式（也稱system OFF模式），只能通過IO口等特殊喚醒源來喚醒並產生復位。當某個IO口使能了sense功能，那么它就可以用來喚醒sleep模式了。Sense使能的時候，可以配置成高電平喚醒或者低電平喚醒。一般使用nrf_gpio_cfg_sense_input這個函數來使能IO口的sense功能。
• detect功能。Detect功能是sense功能的進一步擴展，sense除了可以喚醒sleep模式，還可以用來產生中斷，即detect功能。你可以把DETECT看成一個中斷標志位，這個中斷標志位是由每一個端口所有IO口進行或操作的結果，所以DETECT信號狀態直接跟隨外部IO口狀態，只要有一個外部IO口有效，那么DETECT信號就一直為高，只有所有外部IO口狀態都無效時，DETECT信號才會重新變成低。

GPIOTE

GPIOTE，全稱GPIO Tasks and Events，GPIOTE首先是一個外設模塊，因此它遵守芯片外設最基本規則：每一個時刻每一個GPIO口只能被一個外設使用，因此當某一個IO口被用做GPIOTE了，那么它就不能再作為普通GPIO來使用了，也就是上面提到的GPIO API將變得無效，此時必須使用nrf_drv_gpiote.h里面的API。Nordic將狀態機引入到每一個外設，也就是說，每一個外設都有自己的輸入（task），輸出（event）和狀態。GPIOTE的作用就是讓GPIO也具有task和event的功能，也就是說，對GPIOTE來說，將某一個IO口置1，其實是觸發TASKS_SET；檢測某一個IO口上升沿，其實是等待EVENTS_IN。讓IO口支持task和event機制，將為后面的PPI自動化操作打下基礎，關於PPI詳細說明，請參考“如何理解nRF5芯片外設PPI”。

GPIO模塊只能用來操作IO口輸入和輸出，如果需要處理IO口中斷，則必須通過GPIOTE模塊來做，GPIOTE支持兩種類型中斷：EVENTS_IN中斷以及EVENTS_PORT中斷。

• IN event中斷。EVENTS_IN用來檢測沿，即上升沿，下降沿或者雙沿。nRF52只有8個IN event channel（nRF51只有4個），它只能同時支持8路IN Event中斷，每一路IN Event中斷相互獨立，互不影響，基於此IN Event中斷可以用來同時捕獲多路IO口中斷。由於nRF51/52設計問題，一旦打開IN event中斷，nRF52將增加10到20微安電流，nRF51將增加幾百微安電流。（nRF53的IN event中斷和port event中斷兩者功耗差不多）
• Port event 中斷。EVENTS_PORT用來檢測IO口低電平或者高電平，從芯片本身來說，每一個IO口都可以產生Port Event中斷，但是GPIOTE驅動引入了一個宏：NRFX_GPIOTE_CONFIG_NUM_OF_LOW_POWER_EVENTS，用來控制可以同時使能多少個IO口來產生Port Event中斷，Port Event中斷功耗非常低（低於1uA），基本可以忽略不計。Port event中斷雖然屬於GPIOTE模塊，但Port event的產生卻完全取決於GPIO模塊的DETECT信號，DETECT每產生一次上升沿生成一次Port event中斷。如前所述，DETECT信號是所有IO口相或的結果（832是32個IO口，840是48個IO口），只要其中某一個IO口有效，DETECT信號就一直為高，這里容易產生一個副作用：但一個IO口產生Port event中斷后，它還保持有效，那么這個時候DETECT信號就一直為高，此時如果另一個IO口從無效變成有效（產生中斷），由於DETECT信號已經為高電平，所以這個IO口的中斷將被忽略。為此，在處理port event中斷的時候，nRF5 SDK app_button模塊將每個port event的極性設為toggle，也就是每進入一次port event ISR handler，nRF5 SDK都會把DETECT的極性翻轉一次，比如將檢測為高有效變成檢測為低有效，這就相當於將DETECT信號清0了，這樣一旦外部有第2個IO口產生中斷，DETECT將再次由低變高，從而再次生成一次Port event中斷。如果應用邏輯允許，nRF52/51推薦使用port event處理IO口中斷。

EVENTS_IN和EVENTS_PORT兩種IO口中斷初始化區別如下所示：

nrf_drv_gpiote_in_config_t config = GPIOTE_CONFIG_IN_SENSE_TOGGLE(false);  //false表示Port event中斷，每個IO口都可以作為port event中斷輸入口
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IN event中斷，nRF52總共有8個IN event中斷。注：這里檢測的是雙沿
err_code = nrf_drv_gpiote_in_init(pin_no, &config, gpiote_event_handler);

 

如上所述，IN event中斷和Port event中斷，兩者本質上是一樣的，唯一的區別是：IN event中斷每個中斷口是相互獨立的，而Port event中斷所有IO口共用同一個中斷標志位。

SDK自帶GPIOTE應用例程，感興趣的讀者請參考Keil5工程：SDK安裝目錄\examples\peripheral\pin_change_int\pca10040\blank\arm5_no_packs

SDK也自帶Sense例子，有興趣的讀者請參考Keil5工程：SDK安裝目錄\examples\peripheral\ram_retention\pca10040\blank\arm5_no_packs

關於Port event中斷使用例子，可以參考Nordic的app_button模塊，比如ble_app_hrs就會用到這個模塊，大家可以去看一下app_button是如何使用port event中斷的。