痞子衡嵌入式：再测i.MXRT1060,1170上的普通GPIO与高速GPIO极限翻转频率

痞子衡嵌入式：再测i.MXRT1060,1170上的普通GPIO与高速GPIO极限翻转频率

大家好，我是痞子衡，是正经搞技术的痞子。今天痞子衡给大家介绍的是i.MXRT1060/1170上的普通GPIO与高速GPIO极限翻转频率。

按照上一篇文章 《实测i.MXRT1010上的普通GPIO与高速GPIO极限翻转频率》 里的测试流程和方法，痞子衡今天带大家再测试下含有 HSGPIO 模块的 i.MXRT1060 和 i.MXRT1170 系列。从芯片整体性能上来说，它们俩都是 i.MXRT1010 的老大哥，但是老大哥未必是方方面面都碾压小老弟的，有时候芯片系统设计越复杂，细节之处反而越难优化。今天我们就来对比看看它们在 GPIO 上的表现：

Note1: i.MXRT1064 跟 i.MXRT1060 是同一种 Die， GPIO 性能是一致的；i.MXRT1160 和 i.MXRT1170 在 GPIO 上性能也类似。Note2: 测量所用示波器型号是 Tektronix MSO5204，带宽 2GHz, 采样率 10GS/s。

一、i.MXRT1060(1064)上的测试

1.1 测试板卡及测试点

选定的板卡是恩智浦官方 MIMXRT1060-EVK，这次我们选了 Arduino J22 接口的 Pin3，即 GPIO_AD_B0_11，这个 PAD 既可以配到普通 GPIO（GPIO1[11]） 也可以配到 HSGPIO（GPIO6[11]），默认外围可选功能电路上的电阻都是 DNP 状态，因此这个 PAD 是悬空的：

1.2 I/O 翻转测试代码

测试工程我们可以直接在 \SDK_2.11.0_EVK-MIMXRT1060\boards\evkmimxrt1060\driver_examples\gpio\led_output 例程上修改，为了尽力展示 GPIO 极限性能，不受其他瓶颈因素干扰，这里选择代码执行性能最高的工程 build（即代码段在 ITCM 里，数据段在 DTCM 里）。I/O 测试代码很简单：

void io_test_init(bool useNormalGpio){ gpio_pin_config_t led_config = {kGPIO_DigitalOutput, 0, kGPIO_NoIntmode}; CLOCK_EnableClock(kCLOCK_Iomuxc); IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_GPIO_AD_B0_11_GPIO1_IO11, 0U); // Fast Slew Rate, R0/7, 200MHz IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_GPIO_AD_B0_11_GPIO1_IO11, 0x10F9U); if (useNormalGpio) { // GPIO1 IOMUXC_GPR->GPR26 &= ~(1u << 11); GPIO_PinInit(GPIO1, 11, &led_config); } else { // GPIO6 IOMUXC_GPR->GPR26 |= (1u << 11); GPIO_PinInit(GPIO6, 11, &led_config); }}void io_test_run(void){ io_test_init(false); while (1) { GPIO6->DR_TOGGLE = 0x800; }}

1.3 芯片系统时钟配置

《普通GPIO与高速GPIO差异及其用法》 一文里讲了，普通 GPIO 时钟源是 IPG Bus，而 HSGPIO 时钟源是 AHB Bus，因此测试工程里 AHB/IPG 时钟配置会影响最终 I/O 翻转极限频率。下图是 i.MXRT1060 内核结构里的 HSGPIO 通路。

led_output 例程里的默认系统时钟配置，AHB/Core 时钟来自于 PLL1，将这个源配置为 1200 MHz，ARM_PODF 设 1（两分频），AHB_PODF 设 0 （即不分频），IPG Bus 时钟源固定来自于 AHB/Core，且只能在其基础上做 1/2/3/4 分频，我们知道 IPG Bus 最高仅支持 150MHz，因此在这种情况下 IPG_PODF 只能设 3（四分频），最终 AHB 时钟是 600MHz，IPG 时钟是 150MHz，HSGPIO 和 GPIO 访问可以同时得到最优性能（这点设计上是优于 i.MXRT1010 的）。

PPL1, CCM_ANALOG->PLL_ARM[DIV_SELECT] = 100，即 24MHz*DIV_SELECT/2 = 1200MHzCCM->CACRR[ARM_PODF] = 3'b001，divide by 2CCM->CBCMR[PRE_PERIPH_CLK_SEL] = 2'b11，derive clock from divided PLL1CCM->CBCDR[PERIPH_CLK_SEL] = 1'b0，derive clock selected by CCM->CBCMR[PRE_PERIPH_CLK_SEL]CCM->CBCDR[AHB_PODF] = 3'b000，divide by 1CCM->CBCDR[IPG_PODF] = 2'b11，divide by 4

1.4 I/O 翻转测试结果

现在我们来看一下测试结果，根据实测结果，我们得到了如下结论：

总结1： PAD配置里的运行频率并不限制最终输出翻转频率，实际输出的波形幅值响应表现跟外围电路关系较大。总结2： 置位 GPIO->DR_TOGGLE 寄存器可获得最佳 I/O 翻转性能总结3： 普通 GPIO 翻转频率约是时钟源 IPG Bus 的 1/8，极限翻转频率是 18.69MHz总结4： HSGPIO 翻转频率约是时钟源 AHB Bus 的 1/4，极限翻转频率是 149.24MHz总结5： i.MXRT1060 的 GPIO 性能跟 i.MXRT1010 差不多，但是 HSGPIO 性能比 i.MXRT1010 差很多。

二、i.MXRT1170(1160)上的测试

2.1 测试板卡及测试点

选定的板卡是恩智浦官方 MIMXRT1170-EVK，板卡上连接 LED 灯的是 GPIO_AD_04，翻看芯片参考手册，这个 PAD 既可以配到普通 GPIO（GPIO9[3] 或者 GPIO3[3]） 也可以配到 HSGPIO（CM7_GPIO3[3]），我们就选择这个 PAD 做测试。此外，最终 I/O 输出波形形态跟外围驱动电路也有关联，所以这里也有必要交待清楚：

2.2 I/O 翻转测试代码

测试工程我们可以直接在 \SDK_2.11.0_MIMXRT1170-EVK\boards\evkmimxrt1170\driver_examples\gpio\led_output\cm7 例程上修改，为了尽力展示 GPIO 极限性能，不受其他瓶颈因素干扰，这里选择代码执行性能最高的工程 build（即代码段在 ITCM 里，数据段在 DTCM 里）。I/O 测试代码很简单：

void io_test_init(bool useNormalGpio){ gpio_pin_config_t led_config = {kGPIO_DigitalOutput, 0, kGPIO_NoIntmode}; CLOCK_EnableClock(kCLOCK_Iomuxc); IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_GPIO_AD_04_GPIO_MUX3_IO03, 0U); if (useNormalGpio) { // GPIO3 IOMUXC_GPR->GPR42 &= ~(1u << 3); GPIO_PinInit(GPIO3, 3, &led_config); } else { // CM7_GPIO3 IOMUXC_GPR->GPR42 |= (1u << 3); GPIO_PinInit(CM7_GPIO3, 3, &led_config); }}void io_test_run(void){ io_test_init(false); while (1) { CM7_GPIO3->DR_TOGGLE = 0x8; }}

特别提醒的是在 i.MXRT1170 IOMUXC 模块 SW_PAD_CTL 控制寄存器里取消了 SPEED 配置，并且 DSE 配置也从 3bit 减少到 1bit，这点跟 i.MXRT1010/1060 上设计不一样：

2.3 芯片系统时钟配置

​​《普通GPIO与高速GPIO差异及其用法》​​ 一文里讲了，普通 GPIO 时钟源是 IPG Bus（在 i.MXRT1170 里叫 BUS_CLK），而 HSGPIO 时钟源是 AHB Bus（在 i.MXRT1170 里叫 M7_CLK），因此测试工程里 AHB/IPG 时钟配置会影响最终 I/O 翻转极限频率。下图是 i.MXRT1170 内核结构里的 HSGPIO 通路。

Note1: GPIO1 - 6 时钟源是 BUS_CLK，该总线最高频率 240MHzNote2: GPIO7 - 12 时钟源是 BUS_LPSR_CLK，该总线最高频率 160MHzNote3: GPIO13 时钟源是 RCOSC_32K

led_output 例程里的默认系统时钟配置，M7_CLK 时钟来自于 ARM_PLL，将这个源配置为 996 MHz。BUS_CLK 时钟来自于 SYS_PLL3，固定 480MHz，BUS_ROOT 配置里做了两分频，最终 M7_CLK 时钟是 996MHz，BUS_CLK 时钟是 240MHz（相较于 i.MXRT1010/1060 的最大 150MHz 有所提升），HSGPIO 和 GPIO 访问可以同时得到最优性能。此外，i.MXRT1170 的系统时钟设计是最灵活也最简单的。

ARM_PLL, 即 24MHz*DIV_SELECT/2/POST_DIV = 996MHz ANADIG_PLL->ARM_PLL_CTRL[DIV_SELECT] = 166， ANADIG_PLL->ARM_PLL_CTRL[POST_DIV_SEL] = 2'b00，Divide by 2// 0 - CLOCK Root M7CCM->CLOCK_ROOT[0].CONTROL[MUX] = 3'b100，PLL_ARM_CLKCCM->CLOCK_ROOT[0].CONTROL[DIV] = 8'h00，Divider selected clock by DIV + 1.SYS_PLL3, ANADIG_PLL->SYS_PLL3_CTRL[SYS_PLL3_GATE] = 1'b0，固定 480MHz// 2 - CLOCK Root BusCCM->CLOCK_ROOT[2].CONTROL[MUX] = 3'b100，SYS_PLL3_CLKCCM->CLOCK_ROOT[2].CONTROL[DIV] = 8'h01，Divider selected clock by DIV + 1.

2.4 I/O 翻转测试结果

现在我们来看一下测试结果，根据实测结果，我们得到了如下结论：

总结1： PAD配置里的运行频率并不限制最终输出翻转频率，实际输出的波形幅值响应表现跟外围电路关系较大。总结2： 置位 GPIO->DR_TOGGLE 寄存器可获得最佳 I/O 翻转性能总结3： 普通 GPIO 翻转频率约是时钟源 BUS_CLK 的 1/14，极限翻转频率是 17.12MHz总结4： HSGPIO 翻转频率约是时钟源 M7_CLK 的 1/7.5，极限翻转频率是 131.4MHz总结5： i.MXRT1170 的 GPIO 性能跟 i.MXRT1010/1060 差不多，但是 HSGPIO 性能比 i.MXRT1060 要稍差一些。

至此，i.MXRT1060/1170上的普通GPIO与高速GPIO极限翻转频率痞子衡便介绍完毕了，掌声在哪里~~~

版权声明：本文内容由网络用户投稿，版权归原作者所有，本站不拥有其著作权，亦不承担相应法律责任。如果您发现本站中有涉嫌抄袭或描述失实的内容，请联系我们jiasou666@gmail.com 处理，核实后本网站将在24小时内删除侵权内容。