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以下文章來源于Nordic半導體，作者Smile Jiang

nRF54L15 的GPIO口分配

APB總線用于低速且低功耗的外圍設備，nRF54L15根據APB總線的標號，對外設進行命名且對GPIO口進行端口分配。AMBIX為AMBA總線互聯通道。

AMBIX0/APB00:

GPIO_P2:P2.00~P2.10

APB/AHB外設如：CCM00，UARTE00，SPIM00，SPIS00...

AMBIX1/APB10:

GPIO：None

外設如：RADIO，TIMER10，PPIB10...

AMBIX2/APB20:

GPIO_P1: P1.00~P1.14(包括P1.00/P1.01 XL1 XL2)

外設如：GPIOTE20,UARTE20～22，TWIM20～22，GRTC，SAADC，PWM20～22...

在nRF54L15DK原理圖上 : UART1 即APB20上的 UART20

AMBIX3/APB30:

GPIO_P0: P0.00~P0.04

外設如：GPIOTE30,UARTE30，RESET，WDT30～31...

有些外設對GPIO的引腳選擇有要求，如：

外設管腳的默認配置:
ncs/zephyr/boards/nordic/nrf54l15dk/nrf54l15dk_nrf54l15-pinctrl.dtsi

用戶可以通過在app工程中添加XXX.overlay文件對外設管腳進行重新分配。比如：

編譯完成后可以通過查看生成的zephyr.dts確認.overlay的文件是否生效，并檢查GPIO的管腳配置是否正確。比如button工程編譯后最終zephyr.dts所在目錄：
ncs/zephyr/samples/basic/button/build/button/zephyr/zephyr.dts

如何從devicetree中獲取GPIO并將其映射到軟件中？

可參考文章:

https://www.cnblogs.com/jayant97/articles/18141263

https://github.com/aiminhua/ncs_samples/blob/master/ble_comprehensive/src/io_int_thread.c

我們從兩個簡單的參考例子開始：

ncs/zephyr/samples/basic/blinky/src/main.c

ncs/zephyr/samples/basic/button/src/main.c

2.1 devicetree 中的GPIO描述

devicetree 中的GPIO描述

gpio0: gpio@10a000 { 
 compatible ="nordic,nrf-gpio";
 gpio-controller;
 reg = < 0x10a0000x300 >;
#gpio-cells = < 0x2 >;
 ngpios = < 0x5 >;
 status ="okay";
 port = < 0x0 >;
 gpiote-instance = < &gpiote30 >;
};
gpio1: gpio@d8200 {
 compatible ="nordic,nrf-gpio";
 gpio-controller;
 reg = < 0xd82000x300 >;
#gpio-cells = < 0x2 >;
 ngpios = < 0x10 >;
 status ="okay";
 port = < 0x1 >;
 gpiote-instance = < &gpiote20 >;
 phandle = < 0xd >;
};
gpio2: gpio@50400 {
 ...
};

參考文件：

ncs/zephyr/dts/bindings/gpio/nordic,nrf-gpio.yaml

ncs/zephyr/include/zephyr/dt-bindings/gpio/gpio.h

ncs/zephyr/include/zephyr/drivers/gpio.h

a.節點名：gpio@10a000；gpio@d8200；gpio@d8200
b.標簽：gpio0；gpio1；gpio2
c.gpio-controller： 聲明具有域控制器功能
d.reg: 外設在總線上的地址分布，需跟節點名對應
e.phandle:一個節點node1可以通過phandle被另一節點node2引用作為屬性值
f.gpiote-instance:指向外部gpiote節點的phandle屬性，表明可使用該GPIO port的gpiote實體
g.ngpios：所在GPIO Port(槽位)中最大可用GPIO口的數目。如對于nrf54L15:
  gpio0（port0）:  ngpios = < 0xb >;  => P0.00～P0.10
  gpio1（port1）:  ngpios = < 0x10 >; =>P1.00～P1.15
  gpio2（port2）:  ngpios = < 0x5 >;  =>P2.00～P2.04
h.gpio-reserved-ranges:為系統保留的gpio口，用戶不可以直接使用.比如：
 "gpio-reserved-ranges = [5,3]": 表明GPIO pin腳偏移為5,6,7的IO口為系統保留
 "gpio-reserved-ranges = <0 2>,<10 1>": 表明GPIO pin腳偏移為0, 1,10的IO口為系統保留, 即使定義了ngpios = <0xb>
i.#gpio-cells:gpio節點作為controller時的specifier參數數量。比如#gpio-cells = < 0x2 >; 意味著在其他節點中引用gpio0控制器時，specifier參數數量為2，如：
  led0: led_0 {
    gpios = < &gpio2 0x90x0 >;
    label ="Green LED 0";
  };
  &gpio2：指gpio2控制器， 對應物理上的gpio port2
  0x9: 指pin腳編號是0x9,即P2.09
  0x0: devicetree中定義的GPIO口配置參數，在軟件中有時被描述為flag(s)，0x0等價于GPIO_ACTIVE_HIGH |GPIO_PUSH_PULL |GPIO_LINE_OPEN_SOURCE

補充說明：

GPIO_ACTIVE_HIGH: GPIO口高有效（有效指邏輯1）

GPIO_PUSH_PULL：配置GPIO輸出為推挽模式

PIO_LINE_OPEN_SOURCE：單端開源模式（線或）

2.2 代碼中如何讓獲取&配置GPIO？

代碼中如何讓獲取&配置GPIO？

gpio及其配置更多時候是作為某個節點的屬性出現，如button節點的GPIO屬性，led節點的gpio屬性；spi的cs-gpio屬性等等

spi@abcd0001 {
  cs-gpios = <&gpio0?1?GPIO_ACTIVE_LOW>;
  spidev: spi-device@0 { ... };
};
buttons {
  compatible ="gpio-keys";
  button0: button_0{
  gpios = < &gpio1?0xd0x11 >;
  label ="Push button 0";
  zephyr,code = ;
};


button1: button_1 { ...};
nrf52840_reset: gpio-reset{
  compatible ="nordic,nrf9160dk-nrf52840-reset";
  status ="disabled";
  gpios = < &interface_to_nrf52840?0x90x1 >;
 };
aliases {
  led00= &led0;
  pwm-led0= &pwm_led1;
  sw0= &button0;
};

spi@abcd0001, buttons, button_0, button_1, gpio-reset為devicetree中的節點名(node name)

button0,button1,nrf52840_reset,為節點的標簽(LABEL)

led00, pwm-led0,sw0為節點的別名(ALIAS)

對于GPIO的應用，也可以系統預留給用戶自定義的節點(zephyr,user)中將其定義為屬性：

/{
  zephyr,user{
   my-gpios = <&gpio0?12? ? (GPIO_ACTIVE_HIGH|GPIO_PUSH_PULL|GPIO_PULL_DOWN)>;
  };
};

2.2.1.獲取節點描述符node specifier，
即node_id

參考文件：
ncs/zephyr/doc/build/dts/api-usage.rst

通過標簽獲取：DT_NODELABEL()

通過別名獲取:
DT_ALIAS(sw0)；DT_ALIAS(led00) //sw0，led00分別為button0,led0的別名

通過絕對路徑獲取：
DT_PATH(zephyr_user)；DT_PATH(leds)；DT_PATH(soc,gpio_50400)

通過實體編號獲取：DT_INST()

通過被選取的節點chosen node獲取：
DT_CHOSEN()

通過父節點/子節點獲取：
DT_PARENT(); DT_CHILD() ;

通過node2及其phandle屬性獲取node1的節點描述符: node1=DT_PHANDLE(node2, prop)

- DT_PATH(zephyr_user, i2c_40002000)
- DT_NODELABEL(i2c1)
- DT_ALIAS(sensor_controller)
- DT_INST(x, vnd_soc_i2c)

2.2.2通過節點將gpio配置（屬性）讀取至特定結構體中

gpio_dt_sepc my_gpio=GPIO_DT_SPEC_GET(DT_PATH(zephyr_user), my_gpios)
gpio_dt_specmyled=GPIO_DT_SPEC_GET(DT_ALIAS(led0), gpios);//節點id,屬性名
gpio_dt_specmybutton=GPIO_DT_SPEC_GET_OR(DT_ALIAS(sw0), gpios,{0});// 節點id,屬性名,默認值

以上是gpio-button作為特殊設備的直接獲取方式，對于一般的外設如uart/spi等，可以用DEVICE_DT_GET()獲取設備。

2.2.3.重新配置gpio參數

GPIO的默認配置來源于devicetree，我們可以用以下方式覆蓋默認配置：

參考文檔：
2.8.0/zephyr/include/zephyr/drivers/gpio.h

a.配置輸入輸出：

gpio_pin_configure_dt(&mybutton, GPIO_INPUT);
gpio_pin_configure_dt(&myled, GPIO_OUTPUT);

b.設置/獲取IO口狀態

gpio_pin_toggle_dt(&myled);
gpio_pin_get_dt(&mybutton);
gpio_pin_set_dt(&myled,1);

c.配置中斷

gpio_pin_interrupt_configure_dt()
gpio_init_callback(&button_cb_data, button_pressed, BIT(button.pin));
gpio_add_callback_dt() => gpio_add_callback(spec->port, callback);
gpio_add_callback(button.port, &button_cb_data);

d.其他配置

gpio_remove_callback_dt()
gpio_get_pending_int()

GPIO & GPIOTE Event

gpio作為通用輸入輸出端口，用來對IO口進行讀寫和清空等操作，能通過配置+檢測管腳的電平產生中斷，也可以被其他外設配置和使用。GPIO模塊的重要功能：

sense：系統進入sleep模式后（也稱system OFF模式），只能通過IO口等特殊喚醒源來喚醒并產生復位。

Detect：sense除了可以喚醒sleep模式，還可以用來產生中斷，即detect功能。DETECT類似一個中斷標志位，是每個端口所有IO口進行或操作的結果，所以DETECT信號狀態會受同一port下所有IO口的影響，只要有一個外部IO口有效，那么DETECT信號就一直為true，只有所有IO口狀態都clear時，DETECT信號才會重新變成低。

ncs底層提供了將GPIO配置成一個特殊gpio device（如button,led) ），以便而=對其進行中斷配置,通過gpio_dt_spec獲取其GPIO配置。

gpiote則是具有task/event 的外設，作用就是讓每個GPIO也具有傳統意義上的task和event的功能，gpiote外設使用GPIO后，將會覆蓋對GPIO直接的操作和配置。根據GPIO的特性，我們可以將GPIOTE的事件配置為PORT EVENT 和Pin EVENT。

PORT EVNET 是基于GPIO DETECT原理，是GPIO的sense特性，當所有外設和CPU都處于空閑狀態時，此功能可用于在System ON模式下將CPU從WFI或WFE類型睡眠中喚醒，這意味著在System ON模式下功耗最低.但可能檢測不到寬度僅為1us的脈沖（同一port上的任意pin腳都有可能使DETECT信號為高，產生PORT EVENT,，之后第二個pin上即便有SETECT信號變化也不再產生event，再次使用需要清空所有DETECT）;

Pin EVENT是基于event中斷（電流相對于Port Event高），是將每個GPIO口的沿變化配置到不同的GPIOTE通道，各自觸發相應的IN EVENT，具有更高的事件精度。

GPIOTE輸入中斷，既可以是Pin Event，也可以用Port Event。FOR NRF54L15:

? GPIOTE20: 8 個channels 和 2 種中斷, 使用 GPIO port P1 ? GPIOTE30: 4 個channels 和 2 種中斷, 使用 GPIO port P0 ? 安全的GPIOTE通道可以配置安全和非安全的GPIO引腳 ? 非安全GPIOTE通道只能配置非安全GPIO引腳

3.1 GPIOTE Pin Event

GPIOTE Pin Event

ncs/zephyr/samples/basic/button展示的是GPIO Pin Event的配置方法

注意，不推薦拿這個代碼去處理button。因為這個是最底層的GPIO中斷，并沒有按鍵消抖功能，有button的應用需求可以用lbs里的button模塊來做，一般只需要簡單的引腳替換和硬件上細微改動。

3.2 GPIOTE PORT EVENT

GPIOTE PORT EVENT

Port Event的響應速度稍慢，但功耗會低15uA。如果要使用更低功耗的Port Event，可以作如下擇一選擇

3.2.1.在DeviceTree Overlay文件中，在對應的GPIO Port的節點中，設置一個`sense-edge-mask`屬性，把所有需要使用Port Event的引腳的對應bit設為1即可，例如：

如果是nRF54L15中button0和button1分別使用P1.13（0xd）和P1.09（0x9）,可以在app.overlay中加如下配置將這兩個引腳配置為port event,其余gpio button為Pin EVENT:

&gpio1 {
  sense-edge-mask = <(BIT(13)|BIT(9))>;
};

二進制展開為0010 0010 0000 0000,十六進制為0x2200，因此也可以表達為：

&gpio1 {
  sense-edge-mask = <0x2200>;
};

*BIT(13)的意思就是`0x00000001<<13`。

3.2.2.參考lbs的例程中app_button的用法對GPIO口進行配置

app_button/lbs檢測button信號分為兩個階段

a.掃描模式

Module starts in scanning mode and will switch to callback mode if no button is pressed.

模塊以掃描模式啟動，如果掃描模式期間沒約發現button GPIO口電平變化（即按下按鈕），軟件將切換到事件中斷（回調）模式。

b.事件中斷模式，

app_button進入事件中斷模式后，功耗也會隨之降下來，并低于15uA。

參考app_button/lbs的配置，即使我們不修改devicetree, 也能將GPIO button功能模塊配置成port event狀態,如：

gpio_flags_tflags = button.dt_flags & GPIO_ACTIVE_LOW ? GPIO_PULL_UP : GPIO_PULL_DOWN;
ret= gpio_pin_configure_dt(&button, GPIO_INPUT | flags);
ret= gpio_pin_interrupt_configure_dt(&button,GPIO_INT_LEVEL_ACTIVE);

3.3

nRF54L15 GPIO休眠功耗

（Power Monitor for nRF54L15 GPIO event Wake UP）

3.3.1.Pin Event ppk2波形圖

3.3.2.Port Event ppk2波形圖

3.3.3.System OFF ppk2波形圖

nRF54L15 進入system off前需要關閉不使用的RAM

#ifdefCONFIG_SOC_NRF54L15_CPUAPP
/* Disable RAM retention in System OFF as it is not utilized by this sample. */
uint32_tram_sections =8;
nrf_memconf_ramblock_ret_mask_enable_set(NRF_MEMCONF,0,BIT_MASK(ram_sections),false);
nrf_memconf_ramblock_ret2_mask_enable_set(NRF_MEMCONF,0, BIT_MASK(ram_sections),false);
#endif
sys_poweroff();

將特殊GPIOs 配置為通用 GPIOs

4.1

NFC pin 作為通用 GPIO

在NCSv2.8.0，在device tree overlay中修改UICR配置：

&uicr {
   nfct-pins-as-gpios;
};

添加后，系統啟動時會自動擦寫、配置UICR。

4.2

RESET PIN 作為通用 GPIO

對于nRF54L15，nRESET是Pin Reset專用pin. 查datasheet上可知，芯片并未為其分配作為通用GPIO口的Port和Pin number，nrf5340也是如此。

對于nrf52系列，可以通過ncs代碼將nReset配置為通用GPIO口。其中：

nRF52805/52810/52811/52832對應GPIO口P0.21

nRF52820/52833/52840對應GPIO口P0.18

拿nrf52840 nreset舉例，PSELRESET[0]和PSELREET[1]的值都是PIN=18，PORT=0，CONNECT=0的情況下，P0.18才會作為Reset引腳使用。否則，P0.18作為普通GPIO使用。Reset信號無法映射到其他GPIO。將nrf52的NReset pin配置為通用GPIO只需在devicetree中加如下代碼：

&uicr{
    /delete-property/gpio-as-nreset;
};

VS Code默認的燒錄（west flash 燒錄）會將pin reset打開導致程序里面刪掉的UICR pin reset失效（相當于寫了值到UICR）

4.3

低頻晶振引腳XL1 XL2
作為通用 GPIO

4.3.1 對于 nrf52840/nrf53，P0.00/P0.01為XL1 XL2

a. CONFIG_CLOCK_CONTROL_NRF_K32SRC_RC=y

b.devicetree 修改

&gpio1 {
  gpio-reserved-ranges = < 0x60x1 >, < 0x80x3 >, < 0x110x7 >;
 /*去除XL1,XL2描述，可選項*/
  gpio-line-names ="AREF","A0","A1","RTS","TXD","CTS","RXD","NFC1","NFC2","BUTTON1","BUTTON2","LED1","LED2","LED3","LED4","QSPI CS","RESET","QSPI CLK","QSPI DIO0","QSPI DIO1","QSPI DIO2","QSPI DIO3","BUTTON3","BUTTON4","SDA","SCL","A2","A3","A4","A5";
};

4.3.2 對于nRF54L15，P1.00/P1.01 為XL1 XL2

CONFIG_CLOCK_CONTROL_NRF_K32SRC_RC=y

其他外設對GPIO的復用

A. Nordic nRF54L15給外設配置GPIO時，原則上是使用自己域內的IO口，同時需參考datasheet和nRF54L15DK的配置。外設的gpio配置可以自動覆蓋（Override）GPIO的原來的輸入輸出方向、輸出值等配置。