Entrada/salida programable

En sistemas embebidos y otros ordenadores, una entrada/salida programable ( E/S programable , PIO ) es un componente de hardware que gestiona pines de entrada/salida (como GPIO ) sin requerir la atención constante de la CPU ; esencialmente, realiza operaciones de manipulación de bits en lugar de la CPU. Su comportamiento viene determinado por un programa cargado en el chip PIO por la CPU. Se comunica con la CPU mediante interrupciones .

Algunos microcontroladores incluyen un módulo PIO para mejorar el rendimiento de E/S. Dos ejemplos clásicos de PIO integrado son el PIO de Raspberry Pi Pico (RP2040; 2021) ^{[ 1 ]} y el FlexIO de NXP (KL43; década de 2010). ^{[ 2 ]}

Mucho se ha escrito sobre el módulo PIO del RP2040 debido a su bajo costo y enfoque educativo. El RP2040 tiene dos módulos PIO, cada uno con cuatro máquinas de estados de hardware, una FIFO RX , una FIFO TX y un par de registros de desplazamiento . Estas máquinas de estados se programan usando un lenguaje ensamblador especial ^{[ 1 ]} (o, equivalentemente, una transliteración sintáctica de MicroPython). ^{[ 3 ]} Los módulos PIO pueden acceder a los pines GPIO (solo digitalmente), establecer/desestablecer IRQ y realizar acceso directo a memoria . PIO se puede usar para comunicación serial UART , ^{[ 1 ]} MIDI , ^{[ 4 ]} e incluso Ethernet 10BASE-T y 100BASE-T de solo envío. ^{[ 5 ]}

El FlexIO de NXP es anterior al RP2040 PIO. Consta de 4 desplazadores de 32 bits, 4 temporizadores de 16 bits, 8 pines de E/S digitales bidireccionales, varios registros de configuración para cada desplazador y temporizador, y multiplexores para la entrada, el temporizador y la salida. Se programa configurando los registros de configuración para que los componentes se encadenen y logren el comportamiento deseado. ^{[ 6 ]} Existe documentación oficial para emular UART, SPI , I2C e I2S . ^{[ 2 ]}

Existen controladores de E/S programables industriales, pero generalmente representan sistemas más complejos que un PIO integrado. Suelen ser compatibles con E/S analógicas, RS-232 y RS-485. Por ejemplo:

• Un PIO EN 50155 diseñado para su uso en vagones de ferrocarril contiene su propia CPU, una NXP Vybrid VF50N. ^{[ 7 ]}
• Un módulo de E/S remoto industrial contiene un Atmel SAM4E16E (Cortex-M4). Proporciona acceso Ethernet. ^{[ 8 ]}
• Un PIO IEC 61131-3 se describe como funcionando como un "microcontrolador local". ^{[ 9 ]}

Existen módulos PIO dedicados para ser utilizados con chips FPGA . Estos módulos contienen su propio chip FPGA, por lo que pueden realizar la tarea en lugar del módulo principal. ^{[ 10 ]}

• Freescale 683XX , que tiene una unidad de procesamiento de temporización (TPU)

• Emulador PIO RP2040