开关矩阵SWM

在前面第一个示例中，有一个更改引脚功能的函数Ext_Osc，后来由于MDK的支持，在可视化的sytem_LPC82x.c文件中把振荡修改为外部方式，就把它给取消了。其实在LPC824中，更改引脚功能是一项常用功能，不仅如此，甚至还可以把某些功能重新分配到任何一根非电源的引脚上，下面就来详细讨论一下这些功能。

在讨论之前，先要明确几个相关概念。其一，LPC824的引脚（见前面的引脚功能图）是以GPIO0_x的形式来描述的，即GPIO0_x是固定不动的。以GPIO0_13端口为例，它在HVQFN33的封装中位于芯片第1号引脚上，这是固定不变的，即不能再把GPIO_13端口分配到其他芯片引脚上，所以一般就以GPIO_13的名称来描述其所在引脚，而不以芯片第1号引脚来描述。这样做的好处是，即使改变了芯片封装（即芯片物理引脚变化了），相对的GPIO_13引脚名称是不变的，即引脚名称的描述与芯片封装无关。其二，在默认情况下，LPC824芯片第1号引脚上不仅有GPIO_13功能，还有复合有ADC_10功能，即第10路A/D转换的输入端。这样在GPIO_13引脚上就集成了两种功能，只不过在默认情况下是GPIO_13的通用输入/输出功能。再次强调一下，这里严格的描述应该是，在LPC824的GPIO_13引脚上还复用有ADC_10功能，而不要描述为，在LPC824芯片的第1号引脚上有GPIO_13和ADC_10两种功能，即不描述到具体的物理引脚上（虽然两种描述是一回事）。同时，ADC_10在GPIO_13引脚上也属于固定功能，即它也不能再被分配到其他引脚上去。因此，要确定这类具有“固定功能”引脚上的具体功能，就需要操作一个寄存器来进行选择，这个寄存器就是引脚使能寄存器PINENABLE0。这在前面的函数Ext_Osc中，也是通过操作这个寄存器，把GPIO0_8、GPIO0_9引脚配置为XTALIN、XTALOUT引脚的。其三，在LPC824中还有一些功能并没有分配到具体的引脚上，或即使分配了也可能还需要重新调整到其他引脚。比如前面时钟输出示例中的时钟输出引脚CLKOUT，在默认状态下并没有为它分配物理引脚，这样时钟信号就输不出来，而在示例中是把CLKOUT分配到了引脚GPIO0_24上，因此可以通过示波器测量GPIO0_24引脚来观察时钟波形。类似CLKOUT这样的，可分配到除电源以外的所有引脚的功能，被称为“可移动功能”，操作的寄存器是引脚分配寄存器PINASSIGN0。总结一下，“固定功能”的引脚功能只能切换不能移动，“可移动功能”可以任意分配引脚（电源引脚除外）。

在LPC824中，实现上述引脚功能的模块称为开关矩阵（SWITCH MATRIX），它是芯片的重要组成部分，除电源外的29个GPIO引脚都由开关矩阵SWM来分配功能，如下图所示。

从上图中可以看出，基本上所有的功能（如：USART、SPI、I2C、ADC……）都通过开关矩阵和外部的29根引脚相连接，具体怎么分配由开关矩阵中的两个寄存器PINENABLE0和PINASSIGN0来共同确定。下面就来详细讨论这两个寄存器的用法，先来看引脚使能寄存器PINENABLE0，下表给出了它的全部位结构，其字节地址为0x4000C1C0。

（1）第0位为PIO0_0引脚上的功能使能控制位，值为0时使能引脚上的ACMP_I1功能，值为1时禁止ACMP_I1功能（即恢复为PIO0_0功能），默认为PIO0_0功能。
（2）第1位为PIO0_1引脚上的功能使能控制位，值为0时使能引脚上的ACMP_I2功能，值为1时禁止ACMP_I2功能（即恢复为PIO0_1功能），默认为PIO0_1功能。
（3）第2位为PIO0_14引脚上的功能使能控制位，值为0时使能引脚上的ACMP_I3功能，值为1时禁止ACMP_I3功能（即恢复为PIO0_14功能），默认为PIO0_14功能。
（4）第3位为PIO0_23引脚上的功能使能控制位，值为0时使能引脚上的ACMP_I4功能，值为1时禁止ACMP_I4功能（即恢复为PIO0_23功能），默认为PIO0_23功能。
（5）第4位为PIO0_3引脚上的功能使能控制位，值为0时使能引脚上的SWCLK功能，值为1时禁止SWCLK功能（即恢复为PIO0_3功能），默认为SWCLK功能。
（6）第5位为PIO0_2引脚上的功能使能控制位，值为0时使能引脚上的SWDIO功能，值为1时禁止SWDIO功能（即恢复为PIO0_2功能），默认为SWDIO功能。
（7）第6位为PIO0_8引脚上的功能使能控制位，值为0时使能引脚上的XTALIN功能，值为1时禁止XTALIN功能（即恢复为PIO0_8功能），默认为PIO0_8功能。
（8）第7位为PIO0_9引脚上的功能使能控制位，值为0时使能引脚上的XTALOUT功能，值为1时禁止XTALOUT功能（即恢复为PIO0_9功能），默认为PIO0_9功能。
（9）第8位为PIO0_5引脚上的功能使能控制位，值为0时使能引脚上的RESETN功能，值为1时禁止RESETN功能（即恢复为PIO0_5功能），默认为RESETN功能。
（10）第9位为PIO0_1引脚上的功能使能控制位，值为0时使能引脚上的CLKIN功能，值为1时禁止CLKIN功能（即恢复为PIO0_1功能），默认为PIO0_1功能。
（11）第10位为PIO0_6引脚上的功能使能控制位，值为0时使能引脚上的VDDCMP功能，值为1时禁止VDDCMP功能（即恢复为PIO0_6功能），默认为PIO0_6功能。
（12）第11位为PIO0_11引脚上的功能使能控制位，值为0时使能引脚上的I2C0_SDA功能，值为1时禁止I2C0_SDA功能（即恢复为PIO0_11功能），默认为PIO0_11功能。
（13）第12位为PIO0_10引脚上的功能使能控制位，值为0时使能引脚上的I2C0_SCL功能，值为1时禁止I2C0_SCL功能（即恢复为PIO0_10功能），默认为PIO0_10功能。
（14）第13位为PIO0_7引脚上的功能使能控制位，值为0时使能引脚上的ADC_0功能，值为1时禁止ADC_0功能（即恢复为PIO0_7功能），默认为PIO0_7功能。
（15）第14位为PIO0_6引脚上的功能使能控制位，值为0时使能引脚上的ADC_1功能，值为1时禁止ADC_1功能（即恢复为PIO0_6功能），默认为PIO0_6功能。
（16）第15位为PIO0_14引脚上的功能使能控制位，值为0时使能引脚上的ADC_2功能，值为1时禁止ADC_2功能（即恢复为PIO0_14功能），默认为PIO0_14功能。
（17）第16位为PIO0_23引脚上的功能使能控制位，值为0时使能引脚上的ADC_3功能，值为1时禁止ADC_3功能（即恢复为PIO0_23功能），默认为PIO0_23功能。
（18）第17位为PIO0_22引脚上的功能使能控制位，值为0时使能引脚上的ADC_4功能，值为1时禁止ADC_4功能（即恢复为PIO0_22功能），默认为PIO0_22功能。
（19）第18位为PIO0_21引脚上的功能使能控制位，值为0时使能引脚上的ADC_5功能，值为1时禁止ADC_5功能（即恢复为PIO0_21功能），默认为PIO0_21功能。
（20）第19位为PIO0_20引脚上的功能使能控制位，值为0时使能引脚上的ADC_6功能，值为1时禁止ADC_6功能（即恢复为PIO0_20功能），默认为PIO0_20功能。
（21）第20位为PIO0_19引脚上的功能使能控制位，值为0时使能引脚上的ADC_7功能，值为1时禁止ADC_7功能（即恢复为PIO0_19功能），默认为PIO0_19功能。
（22）第21位为PIO0_18引脚上的功能使能控制位，值为0时使能引脚上的ADC_8功能，值为1时禁止ADC_8功能（即恢复为PIO0_18功能），默认为PIO0_18功能。
（23）第22位为PIO0_17引脚上的功能使能控制位，值为0时使能引脚上的ADC_9功能，值为1时禁止ADC_9功能（即恢复为PIO0_17功能），默认为PIO0_17功能。
（24）第23位为PIO0_13引脚上的功能使能控制位，值为0时使能引脚上的ADC_10功能，值为1时禁止ADC_10功能（即恢复为PIO0_13功能），默认为PIO0_13功能。
（25）第24位为PIO0_4引脚上的功能使能控制位，值为0时使能引脚上的ADC_11功能，值为1时禁止ADC_11功能（即恢复为PIO0_4功能），默认为PIO0_4功能。
（26）第25到31位为保留位。

从上表中可以看出，在“固定功能”中每根引脚上具有两种功能，一种是GPIO即通用输入/输出功能，另一种是附加功能。这两种功能通过寄存器PINENABLE0中相应的控制实现切换。在默认状态下（即复位后），只有PIO0_2、PIO0_3及PIO0_5等三根引脚上的功能为附加功能，其余引脚均为GPIO功能。 原因也很简单，PIO0_2、PIO0_3及PIO0_5引脚上的附加功能为芯片提供程序下载及外部复位功能，这在芯片初始状态下是必须的。而其他引脚全部为GPIO引脚，以尽可能多的提供出通用输入/输出功能。

接下来讨论“可移动功能”，下表给出的是LPC824中所有“可移动功能”及其分配寄存器。

从上表中可以看出，在LPC824中，串口USART0~2、SPI0~1、SCT、I2C1~3、ADC_PINTRIG0~1、ACMP_O、CLKOUT及GPIO_INT_BMAT等功能均为可移动功能，分配它们的寄存器从PINASSIGN0到PINASSIGN11一共12个。下面就以其中的一个来进行讨论，其他的可参照使用。

下表给出了引脚分配寄存器PINASSIGN0的全部位结构，其字节地址为0x4000C000。

 

（1）第0到7位为串口USART0中的发送端TXD分配引脚，可选范围从PIO0_0到PIO0_28一共29根引脚，默认为未分配状态。
（2）第8到15位为串口USART0中的接收端RXD分配引脚，可选范围从PIO0_0到PIO0_28一共29根引脚，默认为未分配状态。
（3）第16到23位为串口USART0中的请求发送端RTS分配引脚，可选范围从PIO0_0到PIO0_28一共29根引脚，默认为未分配状态。
（4）第24到31位为串口USART0中的清除发送端CTS分配引脚，可选范围从PIO0_0到PIO0_28一共29根引脚，默认为未分配状态。

从上表可以看出，PINASSIGN0寄存器就是用来为串口USART0的各个功能端口来分配引脚的，每一个功能端口都可以分配到29根引脚中的任意一根上，默认状态下是不分配的，即复位后LPC824的29根引脚上没有USART0的功能，要使用USART0功能必须先进行引脚分配。但需要说明一点，USART0的功能虽然在芯片复位后是没有被分配的，但由于在ISP模式下芯片是需要通过USART0的收发端口来下载程序的，所以在ISP模式下，USART0的TXD和RXD端口分别被固定在了引脚PIO0_1和PIO0_0上，但仅限于ISP模式下（即复位前PIO0_12引脚接地）。

需要强调一点，当某个引脚上被切换为附加功能时，是不能把“可移动功能”分配到该引脚上的，也就是说，“可移动功能”只能分配给具有GPIO功能的引脚。例如，要把USART0的TXD端口分配到GPIO0_8引脚上，但若此时GPIO0_8引脚为XTALIN功能，就不能进行分配，而需要先通过操作引脚使能寄存器PINENABLE0，把XTALIN功能禁用后（即恢复GPIO0_8引脚后），才能再操作引脚分配寄存器PINASSIGN0，把TXD端口分配给GPIO0_8引脚，具体过程如下图所示。 

 

此外，还需要说明的是，当“可移动功能”被分配给某个引脚时，该引脚的GPIO功能将会被禁用。另外，如果“可移动功能”是输入方向的，可以把多个输入连接到同一根引脚上，但如果是输出方向或双向的，则只能分配一个功能到一根引脚上。最后再强调一点，SWM的时钟默认是开启的，在配置完PINENABLE0及PINASSIGN0寄存器后，为了节约功耗，可在SYSAHBCLKCTRL寄存器中把SWM时钟禁用。