[TMS320F28335] GPIO 사용법: Bitfield 구조 활용

1. TMS320F28335 GPIO 개요

TMS320F28335는 Texas Instruments의 C2000 시리즈 디지털 신호 컨트롤러(DSC)로, 실시간 제어 애플리케이션(예: 모터 제어, 전력 변환)에 최적화된 마이크로컨트롤러입니다. 이 장치의 GPIO(General Purpose Input/Output)는 최대 88개의 핀을 제공하며, 외부 장치와의 디지털 인터페이스 및 신호 제어에 사용됩니다. GPIO 핀은 GPA(GPIO0~31), GPB(GPIO32~63), GPC(GPIO64~87)로 나뉘며, 각 핀은 다중화(multiplexed)되어 GPIO 외에 ePWM, SCI, SPI, CAN 등의 기능을 지원합니다.

1.1 주요 특징

포트 구성: GPA(32비트), GPB(32비트), GPC(24비트).
다중화: 각 핀은 최대 4개 기능으로 설정 가능 (예: GPIO0은 ePWM1A, XCLKIN 등).
입출력 방향: 입력(0), 출력(1), 또는 고임피던스 상태.
내부 풀업 저항: GPxPUD로 활성화(0) 또는 비활성화(1).
입력 동기화: SYSCLKOUT 동기화(최대 150MHz) 또는 비동기 입력 지원.
최대 토글 속도: 25MHz (SYSCLKOUT=150MHz 기준).
전압 레벨: 3.3V (5V 내성 없음, 외부 레벨 시프터 필요).
인터럽트: 선택된 핀에서 상승/하강 에지 인터럽트 지원.

1.2 GPIO 애플리케이션

TMS320F28335의 GPIO는 다양한 애플리케이션에서 활용됩니다: - LED 제어: 상태 표시. - 스위치 입력: 사용자 입력 처리. - 센서 인터페이스: 디지털 센서 신호 읽기. - 통신 제어: SPI, I2C, UART의 제어 신호. - 인터럽트 트리거: 외부 이벤트 감지.

2. GPIO 제어 레지스터 상세

GPIO 설정은 여러 레지스터를 통해 이루어지며, 각 레지스터는 특정 역할을 수행합니다. 아래 표는 주요 레지스터와 기능을 정리한 것입니다. 상세한 내용은 TMS320F28335 TRM를 참조하기 바랍니다.

레지스터	기능	설정 값

`GPxMUX1/2`	핀의 기능 선택 (GPIO 또는 주변 장치)	0: GPIO, 1~3: 다른 기능 (예: ePWM, SCI)
`GPxDIR`	입출력 방향 설정	0: 입력, 1: 출력
`GPxPUD`	내부 풀업 저항 설정	0: 활성화, 1: 비활성화
`GPxDAT`	데이터 읽기/쓰기	입력: 현재 상태 읽기, 출력: High(1)/Low(0) 설정
`GPxSET/CLEAR/TOGGLE`	출력 핀 상태 제어	SET: High, CLEAR: Low, TOGGLE: 반전
`GPxQSEL1/2`	입력 동기화/샘플링 설정	0: SYSCLKOUT, 1: 3샘플링, 2: 6샘플링, 3: 비동기
`GPxINT`	인터럽트 설정 (선택 핀)	상승/하강 에지 트리거

레지스터는 EALLOW로 보호 해제 후 접근하고, 설정 완료 후 EDIS로 보호 복원해야 합니다.

3. GPIO 설정 절차

TMS320F28335에서 GPIO를 설정하려면 다음 단계를 체계적으로 수행해야 합니다:

시스템 초기화: InitSysCtrl()로 PLL, 클럭(SYSCLKOUT=150MHz), 주변 장치 설정.
인터럽트 초기화: InitPieCtrl(), InitPieVectTable()로 인터럽트 벡터 초기화.
핀 기능 선택: GPxMUX1/2로 GPIO 기능 활성화 (0 설정).
입출력 방향: GPxDIR로 입력(0) 또는 출력(1) 설정.
풀업 저항: GPxPUD로 활성화(0, 입력용) 또는 비활성화(1, 출력용).
입력 동기화: GPxQSEL1/2로 동기화 모드 설정 (노이즈 필터링).
데이터 처리: GPxDAT, GPxSET, GPxCLEAR, GPxTOGGLE로 입출력 제어.
인터럽트 설정 (옵션): GPxINT로 인터럽트 활성화 (선택 핀).

4. 예제 코드: LED 토글 및 스위치 입력

아래는 GPIO32를 LED 출력으로, GPIO21을 스위치 입력으로 설정하여 스위치 상태에 따라 LED를 제어하는 C 코드입니다. 이 코드는 Code Composer Studio(CCS)에서 동작하며, TMDSDOCK28335 보드에서 테스트 가능합니다.

4.1 코드 설명

목적: 스위치(GPIO21) 입력에 따라 LED(GPIO32)를 켜고 끔.
동작: 스위치 눌림(Low) → LED 켜짐(High), 스위치 안 눌림(High) → LED 꺼짐(Low).
하드웨어: GPIO32에 LED(330Ω 저항 포함), GPIO21에 스위치(그라운드 연결).
디바운싱: 100ms 딜레이로 스위치 노이즈 방지.
의존성: DSP28x_Project.h (C2000Ware 제공).

4.2 예제 코드

#include "DSP28x_Project.h" // TMS320F28335 헤더 파일: 레지스터 정의, 초기화 함수 포함

// 함수 프로토타입 선언
void InitGpioExample(void); // GPIO 초기화 함수

void main(void)
{
    // 시스템 제어 초기화
    // PLL, 클럭(SYSCLKOUT=150MHz), 주변 장치 활성화
    // C2000Ware의 기본 함수로 마이크로컨트롤러 동작 환경 설정
    InitSysCtrl();

    // 글로벌 인터럽트 비활성화
    // 초기화 중 예기치 않은 인터럽트 방지를 위해 DINT 사용
    DINT;

    // PIE(Peripheral Interrupt Expansion) 초기화
    // 인터럽트 벡터 테이블을 기본값으로 리셋
    InitPieCtrl();

    // 인터럽트 인에이블 레지스터(IER)와 플래그 레지스터(IFR) 초기화
    // IER=0x0000: 모든 인터럽트 비활성화
    // IFR=0x0000: 모든 인터럽트 플래그 클리어
    IER = 0x0000;
    IFR = 0x0000;

    // PIE 벡터 테이블 초기화
    // 예기치 않은 인터럽트 처리 방지
    InitPieVectTable();

    // GPIO 초기화 함수 호출
    // GPIO32(LED 출력)와 GPIO21(스위치 입력) 설정
    InitGpioExample();

    // 메인 루프: 스위치 상태에 따라 LED 제어
    while(1)
    {
        // GPIO21(스위치) 입력 상태 확인
        // 내부 풀업 저항으로 스위치 안 눌림=High(1), 눌림=Low(0)
        if(GpioDataRegs.GPADAT.bit.GPIO21 == 0)
        {
            // 스위치 눌림: GPIO32(LED)를 High로 설정 (LED 켜짐)
            // GPBSET은 다른 비트에 영향 없이 지정 비트만 1로 설정
            GpioDataRegs.GPBSET.bit.GPIO32 = 1;
        }
        else
        {
            // 스위치 안 눌림: GPIO32(LED)를 Low로 설정 (LED 꺼짐)
            // GPBCLEAR은 다른 비트에 영향 없이 지정 비트만 0으로 설정
            GpioDataRegs.GPBCLEAR.bit.GPIO32 = 1;
        }

        // 100ms 딜레이
        // 스위치 디바운싱을 위해 마이크로초 단위 지연 생성
        DELAY_US(100000);
    }
}

// GPIO 초기화 함수
void InitGpioExample(void)
{
    // EALLOW: 보호된 레지스터 접근 허용
    // GPIO 제어 레지스터는 보호되어 있으므로 쓰기 전 EALLOW 필수
    EALLOW;

    // GPIO32 설정 (LED, 출력)
    // GPBMUX1.bit.GPIO32 = 0: GPIO 기능 활성화 (다른 기능 비활성화)
    GpioCtrlRegs.GPBMUX1.bit.GPIO32 = 0;
    // GPBDIR.bit.GPIO32 = 1: 출력 설정 (0=입력, 1=출력)
    GpioCtrlRegs.GPBDIR.bit.GPIO32 = 1;
    // GPBPUD.bit.GPIO32 = 1: 내부 풀업 저항 비활성화 (출력 핀은 불필요)
    GpioCtrlRegs.GPBPUD.bit.GPIO32 = 1;

    // GPIO21 설정 (스위치, 입력)
    // GPAMUX2.bit.GPIO21 = 0: GPIO 기능 활성화
    GpioCtrlRegs.GPAMUX2.bit.GPIO21 = 0;
    // GPADIR.bit.GPIO21 = 0: 입력 설정
    GpioCtrlRegs.GPADIR.bit.GPIO21 = 0;
    // GPAPUD.bit.GPIO21 = 0: 내부 풀업 저항 활성화
    // 스위치가 그라운드 연결 시 안정적 High/Low 유지
    GpioCtrlRegs.GPAPUD.bit.GPIO21 = 0;
    // GPAQSEL2.bit.GPIO21 = 2: 6샘플링 동기화
    // SYSCLKOUT에 동기화된 입력을 6번 샘플링하여 노이즈 필터링
    GpioCtrlRegs.GPAQSEL2.bit.GPIO21 = 2;

    // EDIS: 보호된 레지스터 접근 비활성화
    EDIS;
}

5. GPIO 인터럽트 설정

GPIO 인터럽트를 사용하면 외부 이벤트(예: 스위치 눌림)를 즉시 감지할 수 있습니다. TMS320F28335는 특정 핀(GPIO0~7, GPIO16~23 등)에서 인터럽트를 지원하며, GPxINT 레지스터로 설정합니다.

5.1 인터럽트 설정 절차

인터럽트 핀 선택: 인터럽트를 지원하는 핀 확인 (데이터시트 참조).
인터럽트 활성화: GpioIntRegs.GPIOXINTnSEL로 핀 선택.
트리거 설정: GpioIntRegs.GPIOXnCFG로 상승/하강 에지 설정.
PIE 설정: PieCtrlRegs와 PieVectTable로 인터럽트 벡터 매핑.
인터럽트 핸들러: ISR(Interrupt Service Routine) 정의.

5.2 인터럽트 예제 코드

아래는 GPIO21의 하강 에지(스위치 눌림)에서 인터럽트를 발생시켜 LED(GPIO32)를 토글하는 코드입니다.

#include "DSP28x_Project.h"

// 함수 프로토타입
void InitGpioExample(void);
interrupt void gpio_isr(void); // 인터럽트 서비스 루틴

void main(void)
{
    InitSysCtrl(); // 시스템 초기화
    DINT; // 인터럽트 비활성화

    InitPieCtrl();
    IER = 0x0000;
    IFR = 0x0000;
    InitPieVectTable();

    // 인터럽트 벡터 테이블에 ISR 연결
    EALLOW;
    PieVectTable.XINT1 = &gpio_isr;
    EDIS;

    InitGpioExample(); // GPIO 초기화

    // 인터럽트 활성화
    PieCtrlRegs.PIECTRL.bit.ENPIE = 1; // PIE 활성화
    IER |= M_INT1; // XINT1 인터럽트 활성화
    EINT; // 글로벌 인터럽트 활성화

    while(1); // 무한 루프
}

void InitGpioExample(void)
{
    EALLOW;

    // GPIO32 (LED, 출력)
    GpioCtrlRegs.GPBMUX1.bit.GPIO32 = 0; // GPIO 기능
    GpioCtrlRegs.GPBDIR.bit.GPIO32 = 1; // 출력
    GpioCtrlRegs.GPBPUD.bit.GPIO32 = 1; // 풀업 비활성화

    // GPIO21 (스위치, 입력, 인터럽트)
    GpioCtrlRegs.GPAMUX2.bit.GPIO21 = 0; // GPIO 기능
    GpioCtrlRegs.GPADIR.bit.GPIO21 = 0; // 입력
    GpioCtrlRegs.GPAPUD.bit.GPIO21 = 0; // 풀업 활성화
    GpioCtrlRegs.GPAQSEL2.bit.GPIO21 = 2; // 6샘플링 동기화

    // 인터럽트 설정 (XINT1에 GPIO21 매핑)
    GpioIntRegs.GPIOXINT1SEL.bit.GPIOSEL = 21; // GPIO21 선택
    GpioIntRegs.GPIOXnCFG.bit.XINT1POL = 0; // 하강 에지 트리거

    EDIS;
}

interrupt void gpio_isr(void)
{
    // GPIO32 토글
    GpioDataRegs.GPBTOGGLE.bit.GPIO32 = 1;
    // 인터럽트 플래그 클리어
    GpioIntRegs.GPIOXINT1CLR.bit.XINT1 = 1;
    PieCtrlRegs.PIEACK.all = PIEACK_GROUP1; // PIE ACK 클리어
}

6. 다중 GPIO 제어

여러 GPIO 핀을 동시에 제어하려면 비트 필드 레지스터를 활용합니다. 예를 들어, GPIO32~35를 LED 출력으로 설정하고, GPIO20~23을 스위치 입력으로 설정할 수 있습니다.

6.1 다중 GPIO 예제 코드

#include "DSP28x_Project.h"

void InitMultiGpio(void);

void main(void)
{
    InitSysCtrl();
    DINT;
    InitPieCtrl();
    IER = 0x0000;
    IFR = 0x0000;
    InitPieVectTable();

    InitMultiGpio();

    while(1)
    {
        // GPIO20~23 입력 읽기
        Uint32 inputs = GpioDataRegs.GPADAT.all & 0x00F00000; // GPIO20~23 비트 마스크
        // GPIO32~35 출력 (입력에 따라 반전)
        GpioDataRegs.GPBDAT.all = (inputs >> 20); // 비트 시프트 후 출력
        DELAY_US(100000);
    }
}

void InitMultiGpio(void)
{
    EALLOW;

    // GPIO32~35 (LED, 출력)
    GpioCtrlRegs.GPBMUX1.all &= ~0x000000FF; // GPIO 기능 (GPIO32~35)
    GpioCtrlRegs.GPBDIR.all |= 0x0000000F; // 출력 설정
    GpioCtrlRegs.GPBPUD.all |= 0x0000000F; // 풀업 비활성화

    // GPIO20~23 (스위치, 입력)
    GpioCtrlRegs.GPAMUX2.all &= ~0x0000FF00; // GPIO 기능
    GpioCtrlRegs.GPADIR.all &= ~0x00F00000; // 입력 설정
    GpioCtrlRegs.GPAPUD.all &= ~0x00F00000; // 풀업 활성화
    GpioCtrlRegs.GPAQSEL2.all |= 0x00AA0000; // 6샘플링 동기화

    EDIS;
}

7. 성능 최적화 및 디버깅

7.1 성능 최적화

RAM 실행: 플래시 메모리에서 실행 시 지연(50~150ns) 발생 가능. 고속 토글 시 코드와 데이터를 RAM으로 이동 (C2000Ware의 F28335.cmd 링커 파일 수정).
레지스터 직접 접근: GPxSET, GPxCLEAR 사용으로 효율적 출력 제어.
클럭 최적화: SYSCLKOUT(150MHz) 활용으로 최대 25MHz 토글 가능.

7.2 디버깅 팁

레지스터 확인: CCS의 레지스터 뷰로 GPxMUX, GPxDAT 값 확인.
오실로스코프: GPIO 출력 신호의 타이밍 및 노이즈 점검.
노이즈 필터링: GPxQSEL로 6샘플링 설정 또는 외부 RC 필터 추가.

8. 실제 애플리케이션 예시

모터 제어: GPIO로 엔코더 신호 읽기, 제어 신호 출력.
통신 인터페이스: SPI/I2C의 칩 선택(CS) 핀 제어.
상태 모니터링: 다중 센서 입력 처리.

9. 참고 자료

TMS320F28335 데이터시트
SPRU812: GPIO 기술 참조 매뉴얼
C2000Ware: 예제 코드 및 라이브러리
TI E2E 포럼

저작자표시 (새창열림)

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회로 설계자의 노트

[TMS320F28335] GPIO 사용법: Bitfield 구조 활용

1. TMS320F28335 GPIO 개요

1.1 주요 특징

1.2 GPIO 애플리케이션

2. GPIO 제어 레지스터 상세

3. GPIO 설정 절차

4. 예제 코드: LED 토글 및 스위치 입력

4.1 코드 설명

4.2 예제 코드

5. GPIO 인터럽트 설정

5.1 인터럽트 설정 절차

5.2 인터럽트 예제 코드

6. 다중 GPIO 제어

6.1 다중 GPIO 예제 코드

7. 성능 최적화 및 디버깅

7.1 성능 최적화

7.2 디버깅 팁

8. 실제 애플리케이션 예시

9. 참고 자료

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1.2 GPIO 애플리케이션

2. GPIO 제어 레지스터 상세

3. GPIO 설정 절차

4. 예제 코드: LED 토글 및 스위치 입력

4.1 코드 설명

4.2 예제 코드

5. GPIO 인터럽트 설정

5.1 인터럽트 설정 절차

5.2 인터럽트 예제 코드

6. 다중 GPIO 제어

6.1 다중 GPIO 예제 코드

7. 성능 최적화 및 디버깅

7.1 성능 최적화

7.2 디버깅 팁

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