nRF5芯片外设GPIO和GPIOTE介绍

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

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就是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口设为输入模式

nrf_gpio_pin_set用来输出1到IO口

Nordic GPIO口输入模式可以配置为没有pull，有上拉电阻，有下拉电阻，悬浮等4种状态。GPIO输出模式下驱动力灵活可配，可以配置为普通驱动力（2mA），高驱动力（10mA），甚至断开状态（跟开漏输出很像）。

除此之外，Nordic 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口等特殊唤醒源来唤醒并产生复位。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，可以配置成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。
• detect功能。Detect功能是sense功能的进一步扩展，sense除了可以唤醒sleep模式，还可以用来产生中断，即detect功能。你可以把DETECT看成一个中断标志位，这个中断标志位是由每一个端口所有IO口进行或操作的结果，所以DETECT信号状态直接跟随外部IO口状态，只要有一个外部IO口有效，那么DETECT信号就一直为高，只有所有外部IO口状态都无效时，DETECT信号才会重新变成低。

GPIOTE

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”。

GPIO模块只能用来操作IO口输入和输出，如果需要处理IO口中断，则必须通过GPIOTE模块来做，GPIOTE支持两种类型中断：EVENTS_IN中断以及EVENTS_PORT中断。

• IN event中断。EVENTS_IN用来检测沿，即上升沿，下降沿或者双沿。nRF52只有8个IN event channel（nRF51只有4个），它只能同时支持8路IN Event中断，每一路IN Event中断相互独立，互不影响，基于此IN Event中断可以用来同时捕获多路IO口中断。由于nRF51/52设计问题，一旦打开IN event中断，nRF52将增加10到20微安电流，nRF51将增加几百微安电流。（nRF53的IN event中断和port event中断两者功耗差不多）
• Port event 中断。EVENTS_PORT用来检测IO口低电平或者高电平，从芯片本身来说，每一个IO口都可以产生Port Event中断，但是GPIOTE驱动引入了一个宏：NRFX_GPIOTE_CONFIG_NUM_OF_LOW_POWER_EVENTS，用来控制可以同时使能多少个IO口来产生Port Event中断，Port Event中断功耗非常低（低于1uA），基本可以忽略不计。Port event中断虽然属于GPIOTE模块，但Port event的产生却完全取决于GPIO模块的DETECT信号，DETECT每产生一次上升沿生成一次Port event中断。如前所述，DETECT信号是所有IO口相或的结果（832是32个IO口，840是48个IO口），只要其中某一个IO口有效，DETECT信号就一直为高，这里容易产生一个副作用：但一个IO口产生Port event中断后，它还保持有效，那么这个时候DETECT信号就一直为高，此时如果另一个IO口从无效变成有效（产生中断），由于DETECT信号已经为高电平，所以这个IO口的中断将被忽略。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 ISR handler，nRF5 SDK都会把DETECT的极性翻转一次，比如将检测为高有效变成检测为低有效，这就相当于将DETECT信号清0了，这样一旦外部有第2个IO口产生中断，DETECT将再次由低变高，从而再次生成一次Port event中断。如果应用逻辑允许，nRF52/51推荐使用port event处理IO口中断。

EVENTS_IN和EVENTS_PORT两种IO口中断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Port event中断，每个IO口都可以作为port event中断输入口
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中断，nRF52总共有8个IN event中断。注：这里检测的是双沿
err_code = nrf_drv_gpiote_in_init(pin_no, &config, gpiote_event_handler);

 

如上所述，IN event中断和Port event中断，两者本质上是一样的，唯一的区别是：IN event中断每个中断口是相互独立的，而Port event中断所有IO口共用同一个中断标志位。

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\examples\peripheral\pin_change_int\pca10040\blank\arm5_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\examples\peripheral\ram_retention\pca10040\blank\arm5_no_packs

关于Port event中断使用例子，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中断的。