RP2040データシートのPIOブロック図を解説

RP2040(Raspberry Pi Pico)のデータシートに記載されてるPIO(Programmable I/O)のブロック図を解説します。私なりにブロック図を書き直して、それを元にPIOについて説明します。

RP2040のPIO(Programmable I/O)とは、簡単に言うとメインのCPUとは別で動く非常に小さなCPUのことです。この小さなCPU(ステートマシンと呼びます)は合計8つ存在し、IO操作等が可能です。

CPUとは独立して動作しますので、タイミングのシビアなI/O制御に向いており、プログラミング次第でUARTやSPIといった周辺回路と大体同様の機能を作成できます。

全体のブロック図は次のようになります。

ステートマシンはPIO0とPIO1の2ブロックに4つずつ、合計8つ存在します。

詳細なブロック図は次のようになります。

  • ① TX FIFO 32bit

    CPUからステートマシンにデータを送る際に使用される32bitのバッファ。CPU側はC言語の場合『pio_sm_put_blocking』関数等を利用して目的のデータをTX FIFOに入れる。PIO側は『PULL』命令によってTX FIFOからOutシフトレジスタへ値を移動できる。FIFOは他のFIFOと結合してサイズを拡張可能。(単方向では最大8×32bitまで拡張可能)
  • ② RX FIFO 32bit

    ステートマシンからCPUにデータを送る際に使用される32bitのバッファ。CPU側はC言語の場合『pio_sm_get_blocking』関数等を利用してRX FIFOから目的のデータを取得する。PIO側は『PUSH』命令によってInシフトレジスタからRX FIFOへ値を移動できる。TX FIFOと同じく結合してサイズ拡張可能。
  • ③ Outシフトレジスタ32bit

    32bitのデータを保持できるビットシフト機能の付いたレジスタ。『OUT』命令で保持データ(指定ビット数分)をGPIO等に反映し、ビットシフトする。
  • ④ Inシフトレジスタ32bit

    32bitのデータを保持できるビットシフト機能の付いたレジスタ。『IN』命令でGPIO等の値(指定ビット数分)を取得し、ビットシフトする。
  • ⑤ 汎用レジスタX 32bit

    32bitのデータを保持できる汎用レジスタ。ほとんどの命令で書込先や読込元として指定できる。
  • ⑥ 汎用レジスタY 32bit

    32bitのデータを保持できる汎用レジスタ。ほとんどの命令で書込先や読込元として指定できる。
  • ⑦ プログラムカウンタ(PC)

    命令データ(PIOのプログラム)メモリ中、どの命令を実行するかをここで指定する(0～31)。基本的に(JMP等しなければ)1クロック毎に1ずつ増えていき、最後の命令を実施後は最初の命令の番号に戻る。
  • ⑧ 分周器(Clock Dev)

    指定した値でCPUのクロック周波数を割った値がPIOプログラムの実行周波数となる。例えばCPUは通常125MHzなので、ここに10を指定すると、12.5MHzでステートマシンを実行できる。32bitデータなので最大65535で割った値まで減速できる。
  • ⑨ 命令実行回路(Control Logic)

    命令データ(PIOのプログラム)メモリ中からプログラムカウンタ(PC)で指定した番号の命令データを取得して実行する。
  • ⑩ ステートマシン用 命令データ(プログラム)メモリ

    CPUからPIO用のプログラムがここに書き込まれる。C言語の場合はpio_add_program関数で書き込む。最大32命令まで書き込み可能で、1つのPIOに4つ存在するステートマシンから参照可能。

CPU側でPIOの実行準備を行った後、C言語の場合はpio_sm_set_enabled関数で指定のステートマシンを起動します。


関連ページ

RP2040のPIOのJMP, MOV, PUSHとかの解説(C言語向け)
RP2040でPIOをプロジェクト新規作成して動かすまで(C言語)
Raspberry Pi Picoのステップ実行できる開発環境づくり

コメント

コメントを投稿

このブログの人気の投稿

v4l2-ctlで行うUSBカメラ設定方法まとめ

v4l2-ctlはv4l2-utils(Video4Linux utils)に含まれるカメラの詳細設定ツールです。色々なことができるので主な使い方を纏めておきます。ちなみに実験用に使用したUSBカメラは『LOGICOOL HD WebCam C525』です。 1. インストール v4l2-ctlを使用するには、v4l-utilsをインストールします。 // 接続されているカメラの情報を取得する為にv4l-utilsをインストール // (既にインストール済みかも) $ sudo apt install v4l-utils 2. 接続しているUSBカメラの全情報を出力するには $ v4l2-ctl --all // 接続しているUSBカメラの全情報出力 $ v4l2-ctl --all Driver Info: Driver name : uvcvideo Card type : HD Webcam C525 Bus info : usb-0000:01:00.0-1.1 Driver version : 5.10.17 Capabilities : 0x84a00001 Video Capture Metadata Capture Streaming Extended Pix Format Device Capabilities Device Caps : 0x04200001 Video Capture Streaming Extended Pix Format Media Driver Info: Driver name : uvcvideo Model : HD Webcam C525 Serial : 7928C640 Bus info : usb-0000:01:00.0-1.1 Media version : 5.10.17 Hardware revision: 0x00000010 (16) Driver version : 5.10.17 Interface Info: ID : 0x03000002 T
続きを読む

【Windows11】簡単にできるRaspberry Pi Pico 開発環境構築 (VSCode, C言語, PicoProbe)

イメージ
Windows11でのRaspberry Pi Pico(RP2040)の開発環境の構築方法を紹介します。Pico Setupインストーラーを使用すると容易に構築できます。 ターゲット 対象OS: Windows 11 Pro (Windows10もほぼ同じ方法で可) エディタ: Visual Studio Code 使用言語: C言語 デバッグ環境: PicoProbeを用いてステップ実行可能 公式PDFにも説明がありますが、容易に構築できるようツールが準備されています。 1.Pico Setup の実行 こちら から最新のPico Setupインストーラーをダウンロードします。執筆時点では0.3.4が最新でしたので、私はこれを使用しました。 pico-setup-windows-0.3.4-x64.exe ダウンロードが完了したら、インストールを行います。 インストーラーを起動して、NEXTを押下します。 何も変更せず、NEXTを押下します。 インストールフォルダを選択します。デフォルトではユーザーのドキュメントフォルダが指定されています。私はそのままInstallを押下しました。 インストールが始まります。少し時間がかかります。(私の環境では5分程度) Completeと表示されたらNEXTを押下します。 『Clone and build pico repos』 にチェックが入った状態で Finish を押下します。 コマンドプロンプトが開きます。しばらく待つと『続行するには何かキーを押してください』と表示され、Y又はNキーを押下してインストールを終了します。 インストールフォルダをエクスプローラーで開き、『Visual Studio Code for Pico』のショートカット等が存在することを確認します。 2.Visual Studio Code for Pico の実行 Pico Setupのインストールフォルダ中に『Visual Studio Code for Pico』のショートカットが存在しますので、実行します。(Picoの開発時、Visual Studio Codeはこのショートカットから起動します) 『フォルダを開く』
続きを読む

Raspberry Piでシリアル通信する方法(通信設定・通信確認)

イメージ
Raspberry Pi 4 と Raspberry Pi Zero W をシリアル(UART)で通信させた時に、少しだけ手こずったのでメモしておきます。 1. sudo raspi-config でシリアル通信を有効化 まずは以下コマンドを実施します。 $ sudo raspi-config 次に “3 Interface Options” を選択してEnter 次に “P6 Serial Port　〜” を選択してEnter 次に、”Would you like a login shell to be accessible over serial?” では <いいえ> を選択してEnter。 (ここで<はい>とするとShellコンソールとして使用できるとの事) 次に、”Would you like the serial port hardware to be enabled?” では を選択してEnter 次に以下のように表示されるので、 で Enter <Finish> でコンソールに戻り、設定が変わっていればrebootを求められるのでrebootする。 2. miniUARTではなく普通のUARTが使えるようにする Raspberry Pi には機能制限版のminiUARTと通常のUARTが存在し、デフォルトではminiUARTがピンに割り当てられている模様。 // ttyS0 : miniUART(機能制限版UART) // ttyAMA0 : 普通のUART $ ls /dev -l ... ... serial0 -> ttyS0 serial1 -> ttyAMA0 ... ... ... // serial0がGPIOピンに割り付けられる。 // その為、上記状態では ttyS0(miniUART) が使用される。 なので、 /boot/config.txt を編集して、通常のUART(ttyAMA0)が使えるようにする。 $ sudo nano /boot/config.txt # ... 最下部に追加 dtoverlay=miniuart-bt core_freq=250 保存・reboot後、再度 “ls /dev -
続きを読む