整体结构
RP2040 ├── PIO0 │ ├── Instruction RAM(32× 16bit)│ ├── SM0 │ ├── SM1 │ ├── SM2 │ └── SM3 └── PIO1 ├── Instruction RAM(32× 16bit)├── SM0 ├── SM1 ├── SM2 └── SM3State Machine（SM）内部寄存器
| 名称 | 位宽 | 类型 | 说明 |
|---|---|---|---|
| PC | 5 bit | 寄存器 | 指令计数器 |
| X | 32 bit | 寄存器 | 通用工作寄存器 |
| Y | 32 bit | 寄存器 | 通用工作寄存器 |
| ISR | 32 bit | 移位寄存器 | 输入移位缓存 |
| OSR | 32 bit | 移位寄存器 | 输出移位缓存 |
SM FIFO
PULL（TX → OSR） PUSH（ISR → RX）| 名称 | 方向 | 位宽 | 深度 | 本质 |
|---|---|---|---|---|
| TX FIFO | CPU → SM | 32 bit | 4 | 硬件队列 |
| RX FIFO | SM → CPU | 32 bit | 4 | 硬件队列 |
指令宽度：16 bit｜1 指令 = 1 cycle（+ delay）
一、PIO 指令
分布 delay / side-set 可重分配
| 位 | 15–13 | 12–8 | 7–0 |
|---|---|---|---|
| 含义 | OPCODE | OPERAND | DELAY / SIDESET |
指令表
| 指令 | 作用 | 示例 |
|---|---|---|
JMP | 条件 / 无条件跳转 | jmp x-- loop |
WAIT | 等待 GPIO / IRQ | wait 1 pin 0 |
IN | 输入到 ISR | in pins, 1 |
OUT | 从 OSR 输出 | out pins, 1 |
PUSH | ISR → RX FIFO | push |
PULL | TX FIFO → OSR | pull |
MOV | 寄存器操作 | mov x, osr |
IRQ | 触发 / 等待中断 | irq 0 |
SET | 立即数写寄存器 / GPIO | set pins, 1 |
二、各指令详细表（含例子）
1️⃣ JMP —— 跳转
jmp condition, target| 条件 | 含义 | 例子 |
|---|---|---|
always | 无条件 | jmp start |
x-- | X–，不为 0 则跳 | jmp x-- loop |
y-- | Y–，不为 0 则跳 | jmp y-- send |
!x | X == 0 | jmp !x done |
x!=y | X ≠ Y | jmp x!=y retry |
pin | pin 为 1 | jmp pin high |
!osre | OSR 非空 | jmp !osre more |
2️⃣ WAIT —— 等待
waitpolaritysourceindex| 项目 | 说明 | 例子 |
|---|---|---|
| polarity | 等待 0 / 1 | wait 0 gpio 5 |
| GPIO | 指定 GPIO | wait 1 gpio 2 |
| PIN | pin 映射 | wait 1 pin 0 |
| IRQ | 等待 IRQ | wait 1 irq 0 |
3️⃣ IN —— 输入移位
insource, bit_count| source | 说明 | 例子 |
|---|---|---|
pins | 从 GPIO 读 | in pins, 1 |
x | 从 X | in x, 8 |
y | 从 Y | in y, 4 |
null | 填 0 | in null, 8 |
isr | ISR → ISR | in isr, 1 |
4️⃣ OUT —— 输出移位
out dest, bit_count| dest | 说明 | 例子 |
|---|---|---|
pins | 输出到 GPIO | out pins, 1 |
x | 输出到 X | out x, 8 |
y | 输出到 Y | out y, 4 |
null | 丢弃 | out null, 32 |
pindirs | 设置方向 | out pindirs, 1 |
5️⃣ PUSH —— ISR → RX FIFO
push[if_full][block]| 形式 | 说明 | 例子 |
|---|---|---|
| 默认 | 阻塞 | push |
if_full | ISR 满才推 | push if_full |
noblock | 非阻塞 | push noblock |
6️⃣ PULL —— TX FIFO → OSR
pull[if_empty][block]| 形式 | 说明 | 例子 |
|---|---|---|
| 默认 | 阻塞 | pull |
if_empty | OSR 空才拉 | pull if_empty |
noblock | 非阻塞 | pull noblock |
7️⃣ MOV —— 寄存器操作
mov dest, src| src | 说明 | 例子 |
|---|---|---|
x | X | mov y, x |
y | Y | mov x, y |
osr | OSR | mov x, osr |
isr | ISR | mov osr, isr |
null | 0 | mov x, null |
~x | 取反 | mov x, ~x |
8️⃣ IRQ —— 中断
irq[set|clear|wait]index| 操作 | 说明 | 例子 |
|---|---|---|
set | 触发 IRQ | irq set 0 |
clear | 清 IRQ | irq clear 0 |
wait | 等待 IRQ | irq wait 0 |
9️⃣SET —— 立即数写
setdest, value| dest | 说明 | 例子 |
|---|---|---|
pins | GPIO 输出 | set pins, 1 |
x | X 寄存器 | set x, 10 |
y | Y 寄存器 | set y, 3 |
pindirs | GPIO 方向 | set pindirs, 1 |
