13 管脚管理（PINCTRL）

13.1 功能概述

PINCTRL 模块管理芯片所有 IO 管脚的功能，包括外设 IO 的映射，上拉、下拉选择，输入模式控制，输出驱动能力设置等。

每个 IO 管脚都可以配置为数字或模拟模式，当配置为数字模式时，特性如下：

每个 IO 管脚可以映射多种不同功能的外设
每个 IO 管脚都支持上拉或下拉
每个 IO 管脚都支持施密特触发输入方式
每个 IO 管脚支持四种输出驱动能力

鉴于片内外设丰富、IO 管脚多，进行管脚全映射并不现实，为此，PINCTRL 尽量保证灵活性的前提下做了一定取舍、优化。部分常用外设的输入、输出功能管脚可与 \(\{{0 .. 17, 21, 22, 31, 34, 35\}}\) 这 23 个常用 IO 之间任意连接（全映射），这部分常用外设功能管脚总结于表 13.1。表 13.2 列出了其它外设功能管脚支持映射到哪些 IO 管脚上。除此以外，所有 IO 管脚都可以配置为 GPIO 或者 DEBUG 模式。GPIO 模式的输入、输出方向由 GIO_SetDirection 控制。 DEBUG 模式为保留功能，具体功能暂不开放。

表 13.1: 支持与常用 IO 全映射的常用功能管脚
外设	功能管脚
I2C	I2C0_SCL_I, I2C0_SCL_O, I2C0_SDA_I, I2C0_SDA_O, I2C1_SCL_I, I2C1_SCL_O, I2C1_SDA_I, I2C1_SDA_O
I2S	I2S_BCLK_I, I2S_BCLK_O, I2S_DIN, I2S_DOUT, I2S_LRCLK_I, I2S_LRCLK_O
IR	IR_DATIN, IR_DATOUT, IR_WAKEUP
PCAP	PCAP0_IN, PCAP1_IN, PCAP2_IN, PCAP3_IN, PCAP4_IN, PCAP5_IN
PDM	PDM_DMIC_IN, PDM_DMIC_MCLK
QDEC	QDEC_INDEX, QDEC_PHASEA, QDEC_PHASEB
SPI0	SPI0_CLK_IN, SPI0_CLK_OUT, SPI0_CSN_IN, SPI0_CSN_OUT, SPI0_HOLD_IN, SPI0_HOLD_OUT, SPI0_MISO_IN, SPI0_MISO_OUT, SPI0_MOSI_IN, SPI0_MOSI_OUT, SPI0_WP_IN, SPI0_WP_OUT
SPI	SPI1_CLK_IN, SPI1_CLK_OUT, SPI1_CSN_IN, SPI1_CSN_OUT, SPI1_HOLD_IN, SPI1_HOLD_OUT, SPI1_MISO_IN, SPI1_MISO_OUT, SPI1_MOSI_IN, SPI1_MOSI_OUT, SPI1_WP_IN, SPI1_WP_OUT
SWD	SWDO, SW_TCK, SW_TMS
UART0	UART0_CTS, UART0_RTS, UART0_RXD, UART0_TXD
UART1	UART1_CTS, UART1_RTS, UART1_RXD, UART1_TXD

表 13.2: 其它外设功能管脚的映射关系
外设功能管脚	可连接到的 IO 管脚
KEY_IN_COL_0	0, 23
KEY_IN_COL_1	1, 24
KEY_IN_COL_2	2, 25
KEY_IN_COL_3	3, 29
KEY_IN_COL_4	4, 30
KEY_IN_COL_5	5, 31
KEY_IN_COL_6	6, 32
KEY_IN_COL_7	7, 33
KEY_IN_COL_8	8, 34
KEY_IN_COL_9	9, 35
KEY_IN_COL_10	10, 36
KEY_IN_COL_11	11, 37
KEY_IN_COL_12	12, 38
KEY_IN_COL_13	13, 39
KEY_IN_COL_14	14, 40
KEY_IN_COL_15	15, 41
KEY_IN_COL_16	16
KEY_IN_COL_17	17
KEY_IN_COL_18	21
KEY_IN_COL_19	22
KEY_OUT_ROW_0	0, 23
KEY_OUT_ROW_1	1, 24
KEY_OUT_ROW_2	2, 25
KEY_OUT_ROW_3	3, 29
KEY_OUT_ROW_4	4, 30
KEY_OUT_ROW_5	5, 31
KEY_OUT_ROW_6	6, 32
KEY_OUT_ROW_7	7, 33
KEY_OUT_ROW_8	8, 34
KEY_OUT_ROW_9	9, 35
KEY_OUT_ROW_10	10, 36
KEY_OUT_ROW_11	11, 37
KEY_OUT_ROW_12	12, 38
KEY_OUT_ROW_13	13, 39
KEY_OUT_ROW_14	14, 40
KEY_OUT_ROW_15	15, 41
KEY_OUT_ROW_16	16
KEY_OUT_ROW_17	17
KEY_OUT_ROW_18	21
KEY_OUT_ROW_19	22
ANT_SW0	0, 3, 6, 9, 12, 15, 21, 34
ANT_SW1	1, 4, 7, 10, 13, 16, 22, 35
ANT_SW2	2, 5, 8, 11, 14, 17, 31
ANT_SW3	0, 3, 6, 9, 12, 15, 21, 34
ANT_SW4	1, 4, 7, 10, 13, 16, 22, 35
ANT_SW5	2, 5, 8, 11, 14, 17, 31
ANT_SW6	0, 3, 6, 9, 12, 15, 21, 34
ANT_SW7	1, 4, 7, 10, 13, 16, 22, 35
PA_RXEN	11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 34, 35
PA_TXEN	4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 34, 35
TIMER0_PWM_0A	0, 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 21, 31, 35
TIMER0_PWM_0B	1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17, 22, 34
TIMER0_PWM_1A	0, 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 21, 31, 35
TIMER0_PWM_1B	1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17, 22, 34
TIMER1_PWM_0A	0, 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 21, 31, 35
TIMER1_PWM_0B	1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17, 22, 34
TIMER1_PWM_1A	0, 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 21, 31, 35
TIMER1_PWM_1B	1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17, 22, 34
TIMER2_PWM_0A	0, 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 21, 31, 35
TIMER2_PWM_0B	1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17, 22, 34
TIMER2_PWM_1A	0, 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 21, 31, 35
TIMER2_PWM_1B	1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17, 22, 34
PWM_0A	0, 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 21, 31, 35
PWM_0B	1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17, 22, 34
PWM_1A	0, 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 21, 31, 35
PWM_1B	1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17, 22, 34
PWM_2A	0, 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 21, 31, 35
PWM_2B	1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17, 22, 34
QDEC_EXT_IN_CLK	3, 9
QDEC_TIMER_EXT_IN1_A	1, 7
QDEC_TIMER_EXT_IN2_A	2, 8
QDEC_TIMER_EXT_IN2_B	5, 11
QDEC_TIMER_EXT_OUT0_A	0, 6
QDEC_TIMER_EXT_OUT1_A	1, 7
QDEC_TIMER_EXT_OUT2_A	2, 8
QDEC_TIMER_EXT_OUT0_B	3, 9
QDEC_TIMER_EXT_OUT1_B	4, 10
QDEC_TIMER_EXT_OUT2_B	5, 11
SPI0_CLK_IN	19
SPI0_CLK_OUT	19
SPI0_CSN_IN	18
SPI0_CSN_OUT	18
SPI0_HOLD_IN	20
SPI0_HOLD_OUT	20
SPI0_MISO_IN	27
SPI0_MISO_OUT	27
SPI0_MOSI_IN	28
SPI0_MOSI_OUT	28
SPI0_WP_IN	26
SPI0_WP_OUT	26
SPI2AHB_CS	16
SPI2AHB_DI	17
SPI2AHB_DO	17
SPI2AHB_SCLK	15

13.2 使用说明

13.2.1 为外设配置 IO 管脚

将外设输出连接到 IO 管脚

通过 PINCTRL_SetPadMux 将外设输出连接到 IO 管脚。注意按照表 13.1 和表 13.2 确认硬件是否支持。对于不支持的配置，显然无法生效，函数将返回非 0 值。
```
int PINCTRL_SetPadMux(
  const uint8_t io_pin_index, // IO 序号 (0 .. IO_PIN_NUMBER - 1)
  const io_source_t source    // IO 源
);
```
例如将 IO 管脚 10 配置为 GPIO 模式：

PINCTRL_SetPadMux(10, IO_SOURCE_GPIO);

将 IO 管脚连接到外设的输入

对于有些外设的输入同样通过 PINCTRL_SetPadMux 配置。对于另一些输入， PINCTRL 为不同的外设分别提供了 API 用以配置输入。比如 UART 的数据输入 RXD 和用于硬件流控的 CTS，需要通过 PINCTRL_SelUartIn 配置：

int PINCTRL_SelUartIn(
  uart_port_t port,     // UART 序号
  uint8_t io_pin_rxd,   // 连接到 RXD 输入的 IO 管脚
  uint8_t io_pin_cts);  // 连接到 CTS 输入的 IO 管脚

对于不需要配置的输入，可在对应的参数上填入值 IO_NOT_A_PIN。

表 13.3 罗列了为各外设提供的输入配置函数。

表 13.3: 各外设的输入配置函数
外设	配置函数
KeyScan	`PINCTRL_SelKeyScanColIn`
I2C	`PINCTRL_SelI2cIn`
I2S	`PINCTRL_SelI2sIn`
IR	`PINCTRL_SelIrIn`
PDM	`PINCTRL_SelPdmIn`
PCAP	`PINCTRL_SelPCAPIn`
QDEC	`PINCTRL_SelQDECIn`
SWD	`PINCTRL_SelSwIn`
SPI	`PINCTRL_SelSpiIn`
UART	`PINCTRL_SelUartIn`
USB	`PINCTRL_SelUSB`

13.2.2 配置上拉、下拉

IO 管脚的上拉、下拉模式通过 PINCTRL_Pull 配置：

void PINCTRL_Pull(
  const uint8_t io_pin_index,     // IO 管脚序号
  const pinctrl_pull_mode_t mode  // 模式
  );

表 13.4 列出了各管脚默认的上下拉配置。

表 13.4: 管脚上下拉默认配置
管脚	默认配置
1	上拉
2	上拉
3	上拉
4	上拉
15	下拉
16	下拉
17	下拉
其它	禁用上下拉

13.2.3 配置驱动能力

通过 PINCTRL_SetDriveStrength 配置 IO 管脚的驱动能力：

void PINCTRL_SetDriveStrength(
  const uint8_t io_pin_index,
  const pinctrl_drive_strength_t strength);

默认驱动能力共分 4 档，分别为 \(2mA\)、\(4mA\)、\(8mA\)、\(12mA\)。除了 IO1 驱动能力默认为 \(12mA\) 之外，其它管脚驱动能力默认 \(8mA\)。

13.2.4 配置天线切换控制管脚

支持最多 8 个管脚用于天线切换控制，相应地，天线切换模板（switching pattern）内每个数字包含 8 个比特，取值范围为 \(0..255\)。这 8 个比特可依次通过 IO_SOURCE_ANT_SW0、……、IO_SOURCE_ANT_SW7 选择。例如，查表 13.2 可知管脚 0 能够映射为 ANT_SW0，即比特 0。通过下面这行代码就可将管脚 0 映射为 ANT_SW0：

PINCTRL_SetPadMux(0, IO_SOURCE_ANT_SW0);

通过函数 PINCTRL_EnableAntSelPins 可批量配置用于天线切换控制的管脚：

int PINCTRL_EnableAntSelPins(
  int count,                // 数目
  const uint8_t *io_pins);  // 管脚数组

管脚数组 io_pins 里的第 n 个元素代表第 n 个比特所要映射的管脚。如果不需要为某个比特配置管脚，则在 io_pins 的对应位置填入 IO_NOT_A_PIN。比如，只选用第 0、第 2 等两个比特用作控制，分别映射到管脚 0 和 5：

const uint8_t io_pins[] = {0, IO_NOT_A_PIN, 5};
PINCTRL_EnableAntSelPins(sizeof(io_pins), io_pins);

13.2.5 配置模拟模式

通过以下 3 步可将一个管脚配置为模拟模式：

配置为 GPIO 模式；
禁用上下拉；
将 GPIO 配置为高阻态。

函数 PINCTRL_EnableAnalog 封装了以上步骤：

void PINCTRL_EnableAnalog(const uint8_t io_index);

模拟模式适用于以下几种外设。

USB

函数 PINCTRL_SelUSB() 内部封装了 PINCTRL_EnableAnalog，开发者不需要再为 USB 管脚调用该函数配置模拟模式。

ADC

开发者需要调用该函数使能某管脚的 ADC 输入功能。支持 ADC 输入功能的管脚如表 13.5 所示。

表 13.5: 支持 ADC 输入的管脚
管脚	单端模式	差分模式
7	AIN 0	AIN 0 P
8	AIN 1	AIN 0 N
9	AIN 2	AIN 1 P
10	AIN 3	AIN 1 N
11	AIN 4	AIN 2 P
12	AIN 5	AIN 2 N
13	AIN 6	AIN 3 P
14	AIN 7	AIN 3 N

其它还有模拟比较器，32k 晶体引脚等。