【经验】PCB布线技巧：8位单片机端口Crossbar功能的使用及配置
在PCB画板布线时工程师经常会遇到PCB板走线不通需要跳线或者绕开布线，如果单片机自带Crossbar功能，只要软件配置调整一下各端口功能，PCB布线就会畅通。SILICON LABS公司的8位MCU如C8051Fxxx、EFM8系列都具有Crossbar功能。本文以这两款8位MCU为基础介绍Crossbar的配置及使用。
图1：端口I/O功能框图
如图1所示，交叉开关是一个多路选择器，它用于为器件内部的硬件外设分配I/O端口。例如，它可以决定UART的RXD和TXD连到哪一个端口引脚。交叉开关负责SMBus、SPI、UART、定时器捕捉模块、外部PCA输入、比较器输出、定时器外部输入、/SYSCLK以及A/D转换启动输入的引脚分配。
交叉开关必须在访问这些外设的I/O之前被配置和允许。
未指定的端口引脚作为通用I/O。
交叉开关提供了两个关键的系统特性：
1）在端口0、端口1和端口2上的所有未分配的通用I/O引脚都被连续组合在一起。
2）对于引脚数量少的器件，它提供了外设选择的灵活性。外设选择只受限于可用的端口引脚数，而不受限于哪一个引脚是可用的。这就允许系统设计者在使用引脚数少的器件时能选择将哪些数字外设分配到器件上的数字I/O引脚。
例如，假设一个应用需要：SPI，UART，两个捕捉模块，/INT0，T2。参考图2－图4中的I/O端口交叉开关寄存器说明，交叉开关寄存器配置如下：
XBR0=00010110b；
允许UART、两个捕捉模块和SPI XBR1=00100100b；
允许T2和/INT0 XBR2=01000000b；
允许交叉开关从表2的顶部开始。
我们发现SPI引脚将占用P0.[0..3]（因为不使用SMBus），UART占用引脚 P0.[4..5]，CEX0占用P0.6，CEX1占用P0.7，/INT0占用P1.0，T2占用P1.1。其它端口引脚P1.[2..7]和P2.[0..7]作为通用端口引脚。引脚分配情况列于表1。
表1：引脚分配
表2：优先权交叉开关译码表
端口Crossbar功能使用和配置关键点
1）为了使用端口0、端口1或端口2的任何一个引脚作为输出，交叉开关必须被允许。
2）交叉开关译码器必须在任何一个数字外设被允许前配置。
3）交叉开关通常在复位时被配置一次，在复位处理过程的最开始处，以后不再进行配置。
4）交叉开关的设置改变器件的引脚分配。
5）每一种交叉开关设置导致唯一的器件引脚分配，如果你在交叉开关中允许或禁止外设，引脚分配将发生变化。
6）对于输出端口引脚，其输出方式（漏极开路或推挽）必须被显式设置，即使那些由交叉开关分配的端口引脚也是如此。例外情况是SMBus上的SDA和SCL及UAR 的RXD引脚，这些引脚被自动配置为漏极开路。
7）交叉开关分配的输入引脚（例如NSS或/INT0）是开路或推挽并不重要。这些引脚被配置为输入，而与相应端口配置寄存器的设置无关。为了将一个通用I/O引脚配置为输入，与这一引脚相关的端口配置寄存器位必须被清0，这样选择该引脚为漏极开路输出方式。此外，与该引脚相关的端口位必须被置1，这样使该引脚处于高阻态，或在XBR2中的WEAKPUD被清0时若上拉为高电平，这是端口引脚的复位配置。
8）在任意时刻可以通过读取相应端口SFR得到端口引脚的电平值，而不管交叉开关寄存器的设置如何或引脚被配置为输入还是输出。
9）交叉开关寄存器中的允许位是独立的。与数字外设本身的允许位是分开的。O外设部件在使用时不需要在交叉开关中被允许（例如，一个PCA模块即使在输出没有被接到引脚的情况下也能产生中断）。O那些在交叉开关中被允许但在它们自己的SFR中被禁止的外设，仍然控制端口引脚。这就是说，端口引脚可以在任何时候被读取，但是输出被占用它的外设所控制，不能作为通用输出口来访问。
10）端口1上的四个外部中断（P1.[4..7]）是由引脚上的下降沿触发的，与下降沿触发源、交叉开关设置或端口引脚的输出方式无关。
11）与标准8051不同的是，C8051提供了真正的推挽输出。如果需要8051的上拉功能，可以通过将相应的端口输出配置为“推挽”方式，然后再配置为“漏极开路”来进行软件仿真。确定器件引脚分配 本节介绍如何使用优先权交叉开关译码表（即表2）来决定器件的引脚分配，这种分配基于交叉开关寄存器中的外设选择，这些选择在图2－图4中列出。
为了确定引脚分配，首先根据所需要的外设来配置交叉开关寄存器。然后从优先权交叉开关译码表的顶部开始向下扫描，直到遇到第一个被允许的外设部件。该设备将使用P0.0，如果需要多个引脚，就可以按顺序从P0.1向后分配。例如，如果SPI是第一个被允许的外设，则SCK、MISO、MOSI和NSS将分别被分配到P0.0、P0.1、P0.2、P0.3。下一个被允许的外设将被分配到引脚P0.4。所有未分配的引脚作为通用I/O。
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