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【Nordic随笔】nRF54L15的引脚说明

nRF54L15的引脚说明

不同于Nordic的nRF51、nRF52和53系列,nRF54系列,为了功耗做到更加的极致,再nRF54系列上只有一域的概念,通过不同的域管理电源,这样让整个CPU处于一个极致高效低能的状态,达到更低的功耗。
不过这样子做也带来了一个小的麻烦,就是不同的域如果跨域使用的话功耗会更高,而且有些引脚是专用引脚,不同于以往的nRF系列IO口自由映射的,所以需要用户仔细对比芯片规格书的引脚分配章节

所以本篇博客主要是说明nRF54L15&nRF54L10&nRF54L05的引脚分配说明,给大家在前期设计上面避免一些误区

电源域的划分

先看一下系统框图
可以看到整个nRF54L15是划分了多个区域,接下来讲一下各个域的区别
image

MCU域:这个域主要包含128M 的Arm Cortex-M33和128M的RISC-V的协处理器,以及调试接口,所以他是一个高速域,还包括高速外设(UARTE和HS-SPIM),MCU 域在 128 MHz 时钟上运行。此域中具有数字 ID 的外围设备将以数字 0 开头(例如,UARTE00)。此域有一个专用的 GPIO 端口,即Port2(P2)
LP域:这个是一个低功耗域,他的主频是16M,主要用作CPU唤醒,这个域可以在MCU睡眠的时候运行,同时这个域只支持数字为30的外设,例如(UART30,SPIS30),注意这个域只用作P0端口
RADIO域:这个域主要是处理Radio的协议栈以及一些其他的短距离协议,例如Thread,2.4G私有协议等。它以32M速率运行,主要是处理RADIO,所以它没有其他外围设备处理,也没有相对应的GPIO端口

PERI域:外设域,这个域主要是处理芯片上面的大部分外设,速率是16MHz,它对应的外设编号是20,例如(UART20,SPI20,TWI20)等,对应的GPIO端口是P1。

上面就是nRF54域的构成和说明,详细可以看nRF54的规格书

端口功能说明

GPIO port0(P0):

  • QFN48有5个IO
  • P0的GPIO通信速率最大8M
  • 只支持Standard 和 High Drive
  • 支持CPU在SYSTEAM_OFF&SYSTEM_ON模式下唤醒
  • 支持GPIO唤醒和GPIO口中断(GPIOTE30)
  • 有GRTC的专用引脚,支持PWM_OUT和Colck

GPIO port1(P1):

  • QFN48一共有15个引脚:P1.00-P1.14
  • 是外设域的专用GPIO口
  • 支持8M速率通信
  • 只支持Standard 和 High Drive
  • 支持CPU在SYSTEAM_OFF&SYSTEM_ON模式下唤醒
  • 支持GPIO唤醒和GPIO口中断(GPIOTE20)
  • PWM只能在P1上面使用
  • 支持TAMPC(我暂时还不知道是啥)
  • 支持模拟输入引脚 (AIN0-AIN7),由 LP 域中的 ADC (SAADC) 和 COMP/LPCOMP 共享
  • 有专用的NFC引脚和RESET引脚,可以设置为通用GPIO(具体怎么设置看我之前的博客)
  • 特殊的:如果使用AOA测向和CS信道检测需要用到搭配RADIO的多天线控制引脚,也是在PI端口上面
  • GPIO port2(P2):

  • QFN48一共有11个引脚:P2.00-P0.10
  • 此端口上的引脚是芯片上最快的,最大速率支持64M
  • 注意用于高速的外设,所以功耗会更高
  • 支持standard, high drive, and extra high drive
  • P2引脚不能作为唤醒引脚,同时也不能作为GPIO中断,例如GPIO输入检测
  • 支持专用外设(UARTE00&SPIM00)
  • 有专用的FLPR引脚,可以用来模拟QSPI外设,GPIO口要对应
  • P2的部分固定引脚也可以用来做其他外设,但是功耗比较高
    下面贴一张图片总结:
    image

引脚分配规则

正常来说,外设编号和CPU域是一一对应的,但是也有例外
1、低功耗(LP)域中的比较器(COMP)/ 低功耗比较器(LPCOMP)必须使用 P1 端口的模拟引脚
2、当外设(PERI)中的通用实时时钟(GRTC)使用时钟和 PWM 输出功能时,需使用 P0 端口的专用引脚
3、P2 端口的部分选定引脚也可被外设(PERI)中的某些串行接口(如 SPIM、SPIS、UARTE)使用,尽管这种配置功耗较高

4、专用时钟引脚:某些带有时钟信号的外设(如 SPI、TWI 和 TRACE)需要使用特定的专用时钟引脚。这些引脚针对时序进行了优化,并在引脚分配表中用红色交叉符号标记。所有带时钟信号的外设必须使用这些专用引脚,具体看规格书

  • 通用 GPIO 用法:所有端口引脚均可作为 GPIO 引脚使用。但 P2 端口的引脚不支持 Sense/DETECT(感知 / 检测)或 GPIOTE(通用输入 / 输出定时器扩展)功能
  • 专用引脚分配:
    1、FLPR引脚只有P2才有,而且是指定IO口
    2、SPIM00(主模式 SPI 接口 00)/UARTE00(增强型 UART 接口 00):必须使用 P2 端口的专用引脚
    3、GRTC:若使用时钟和 PWM 输出功能,需使用 P0 的专用引脚(P0.03&P0.04);若使用 16MHz 时钟(CLK16M),则需使用 P1 的专用引脚
    4、TAMPC:必须使用 P1 端口的专用引脚
    5、NFC:必须使用 P1 端口的专用引脚
    6、RADIO:在使用测向(Direction Finding)或信道探测多天线功能时,需使用 P1 端口的专用引脚
    7、QSPI引脚:模拟QSPI引脚是固定的不能修改
    -固定功能引脚:所有封装上均有若干固定功能引脚(非 GPIO 引脚)。这些引脚具有不可更改的固定功能,包括:电源和地引脚、晶体振荡器引脚、去耦和稳压器引脚、RF 天线引脚(ANT 引脚)、复位引脚和串行线调试引脚

小技巧

你需要使用什么外设,但是不知道这个域属于那个部分,或者再代码使用外设的时候不知道这个外设的编号是什么,可以去对应规格书的外设章节,然后看里面的配置,例如PWM是在P1,而且外设编号分别是PWM20、PWM21、PWM22:

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同理SPI也一样:
image

资源分享

Nordic的原厂工程师写了一个网页nRF54L15引脚分配工具工具"Pin Planner",Pin Planner 工具通过整合数据手册规则与自动化校验,将 “避免冲突” 和 “功耗优化” 转化为可执行的流程。可以结合芯片架构特性(如电源域、专用引脚分配)与工具能力,在前期进行硬件规划,以规避后期调试中因引脚分配错误导致的系统性问题
https://hlord2000.github.io/
image

总结

nRF54L 的引脚规划本质是硬件资源与功耗管理的协同设计,在设计之初:优先列出系统所需外设(如 SPI、GRTC),对照数据手册确认其专用引脚等,注意参考最新版本的数据手册

芯片规格书链接:
https://docs.nordicsemi.com/bundle/ps_nrf54L15/page/keyfeatures_html5.html

如果有项目在做,有需要也可以联系我将板子的原理图和PCB Layout 发给我review,或者在论坛提Ticket

你的点赞、收藏和评论是对我最大的支持,有问题多多指教,如果有需要Nordic开发板、Nordic的芯片以及Nordic技术支持的可以在个人资料获取我的联系方式,感谢读者支持!
http://www.wuyegushi.com/news/683.html

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