使用 i.MX RT1010 FlexIO 来模拟低功耗状态机

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使用 i.MX RT1010 FlexIO 来模拟低功耗状态机


1 介绍
这篇应用笔记主要介绍了如何使用 i.MX RT1010 FlexIO 模块来模拟状态机。FlexIO 模块模拟的状态机最多支持 8 种状态的跳转，每一种状态可以控制 8 个引脚作为输出，此外状态机的状态跳转是由三个可选的输入引脚决定的。该状态机可以在低功耗模式下运行，不需要 CPU 的参与。


2 硬件平台
为了演示 FlexIO 模拟的状态机例程，需要用到一块如 图1 所示的 i.MX RT1010 EVK 板子，涉及到的 FlexIO 引脚标注在图中。

i.MX RT1010 总共提供了 27 个 FlexIO 引脚，FlexIO 模拟的状态机支持 8 个状态，每个状态可以控制 8 个 FlexIO 引脚作为输出。在本文的例程中，使用 FlexIO 一共模拟了三个状态，每个状态控制三个引脚作为输出，这三个状态的跳转由三个引脚（FXIO[21],FXIO[22] and FXIO[23]）的输入来确定。
表 1 列举了例程中用到的 FlexIO 引脚以及具体的位置和状态：

为了使例程能够演示起来，还需要对 RT1010 EVK 板子做以下改动：
• 将电阻 R792 去掉，在用 0 欧姆电阻焊接上 R800。
• 去掉跳帽 J31 和跳帽 J32，去掉电阻 R237 和 R236。
• 确保 GPIO_AD_11 接地。
• 将 USB 插到 J41 进行供电。


3 FlexIO 状态机模拟
3.1 状态模式简介
FlexIO 模块的 Shifter 提供 6 种工作模式，本应用笔记重点介绍其状态模式。状态模式的设置是由寄存器 FLEXIOx_SHIFTCTLn的 SMOD 位决定的，将其写入 0x6 设置成状态模式。 FlexIO 的状态模式最多提供 8 个状态，该特性允许状态机的运行不需要CPU 的参与，并且在低功耗模式下得以保留。图 2 详细展示了 Shifter 的微体系结构。

图 3 总体上显示了状态机的 I/O 分配情况。 通过设置寄存器 FLEXIOx.SHIFTCTLn 的 PINSEL，用户可以选择三个连续的FlexIO 引脚作为状态机的控制输入。 状态机的下一状态和移位器的低三位相关，每个状态有八个可配置的输出，并分配给了FlexIO 引脚 FXIO [0] -FXIO [7]。 通过设置 FLEXIOx.SHIFTCFGn 寄存器的 PWIDTH [3：0]，SSTOP [1：0]和 SSTART [1：0]，可以启用或禁用 FXIO [0] -FXIO [7]这 8 个引脚，启动的情况下，还应将 FLEXIOx.SHIFTCTLn 寄存器的 PINCFG 配置为output。

3.2 状态机模拟
图 4 是本应用笔记例程的一个状态机示意图。

为了实现 图 4 所示的状态机，需要配置以下寄存器。
将 FLEXIO01.SHIFTCTL [2：0]的 PINCFG 设置为 0x03，使能 Shifter 引脚（FXIO [0]，FXIO [1]，FXIO [2]）。 将FLEXIO01.SHIFTCTL [2：0]的 PINSEL 设置为 0x15，选择 FXIO [21]，FXIO [22]，FXIO [23]作为状态输入控制引脚。 将FLEXIO01.SHIFTCTL [2：0]的 SMOD 设置为 0x06，使 Shifter0，Shifter1 和 Shifter2 处于状态模式。



• FlEXIO01.SHIFTCTL[0] = 0x00831506
• FlEXIO01.SHIFTCTL[1] = 0x00831506
• FlEXIO01.SHIFTCTL[2] = 0x00831506
将 FLEXIO01.SHIFTCTL [2：0]的 PWIDTH [3：0]设置为 0xF，禁用 FXIO [7：4]）。 将 FLEXIO01.SHIFTCTL [2：0]的 SSTOP
[1：0]设置为 0x2，禁用 FXIO [3]输出并启用 FXIO [2]输出。 将 FLEXIO01.SHIFTCTL [2：0]的 SSTART [1：0]设置为 0x0，启
用 FXIO [1：0]作为输出。
• FlEXIO01.SHIFTCFG[0] = 0x000F0020
• FlEXIO01.SHIFTCFG[1] = 0x000F0020
• FlEXIO01.SHIFTCFG[2] = 0x000F0020
在状态模式下，寄存器 FLEXIOx.SHIFTSTATE 包含了状态机当前的状态值， 默认情况下（重置后）为 0x0。当状态机正确启动后，FLEXIOx.SHIFTSTATE 指向当前状态，该状态由寄存器 FLEXIOx.SHIFTERBUFn 的值定义的。 它的 32 位值包含当前状态输出（FLEXIOx.SHIFTBUFF [31:24]）和下一个状态（FLEXIOx.SHIFTBUF [23：0]）的值。 FLEXIOx.SHIFTBUF 的低 24 位包含 8 个组，每个组包括 3 位， 这 3 位定义了根据输入组合选择的下一个状态的值。 例如，如果输入组合为 000，则FLEXIOx.SHIFTBUF [2：0]位定义的值表示要跳转的下一个状态。
• FlEXIO01.SHIFTBUF[0] = 0x00208208
• FlEXIO01.SHIFTBUF[1] = 0x02408408
• FlEXIO01.SHIFTBUF[2] = 0x06249249
图 5 显示了 SHIFTBUF [2：0]的值和状态跳转的关系。

Shifter0，Shifter1，Shifter2 使用 Timer0 作为触发源。 Timer0 被配置为 16 位计数器模式，一直使能且永不复位。 Timer0 的递
减源为 FlexIO 时钟。
• FlEXIO01.TIMCTL[0] = 0x00000003
• FlEXIO01.TIMCMP[0] = 0x0000176F



3.3 低功耗和时钟
FlexIO 状态机可以保持在低功耗模式，本文以 wait mode 为例，有两个注意点：
1. 进入低功耗模式时，确保 FlexIO 时钟使能，FlexIO 的 DOZEN 清零，则 FlexIO 应该保持功能正常。
2. 将寄存器 CCM_CCGR5 的 CG1 设置为 0x3，这就确保了在除了 STOP 模式之外，FlexIO 时钟都能被使能。

3.4 例程演示
在本文例程中，当 FXIO [23:21]的输入值为 011 时，FlexIO 模块驱动在 FXIO [2]引脚上驱动频率为 FLEXIO_CLK/12000 方波输出，如 图 6 所示。

4 总结
本应用文档介绍了 FlexIO 模块的低功耗状态机功能，并描述了 FlexIO 状态模式的详细使用方法和注意事项。 基于其低功耗特性和灵活性，用户可以脱离 CPU 的控制实现特定的功能，从而节省硬件资源。


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