【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

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：
  
  
  
  

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&0.04)；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：

同理SPI也一样：

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"in 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/

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
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