1.硬件分析

如下图所示，我们的开发板使用了TC387芯片的很多Port引脚，但是，无论哪一个Port引脚要么是输入引脚，要么就是输出引脚。所以，我们选了一个输入引脚（CAN Rx, P20.7）和已给输出引脚（CAN Tx, P20.8）作为本文的示例来讲解，其他的Port引脚配置类似。

确定要配置的Port Pin引脚后，我们需要查看对应芯片手册（Infineon-AURIX_TC38x-UserManual-v02_00-EN.pdf）的引脚信息。

配置Port Pin的时候需要上图的信息。

2.Port模块配置

对于输入Pin脚，主要配置以下两个参数：

PortInInputPullResistor: 配置输出引脚是否需要MCU内部上拉还是下拉，还是不需要上下拉。

至于MCU的输入引脚什么时候需要上下拉，什么时候不需要上下拉，我们可以尝试问问ChatGPT.

2.1 什么是上下拉

问题1：MCU的Port引脚为输入引脚时，什么时候要配置为上拉，什么时候要配置为下拉，什么时候配置为没有上下拉？

ChatGPT回答：

在 MCU 设计中，将 Port 引脚配置为输入模式 时，是否需要上拉、下拉或无上下拉，取决于具体应用场景。以下是不同情况下的选择依据：

1. 配置为上拉（Pull-up）

适用情况：

·默认输入为高电平（逻辑 1），防止浮空状态。

·开关按键、拨动开关等：通常一端接地，按下时接地，不按时需要上拉到高电平。

·I²C 总线（SDA、SCL）：I²C 规范要求必须有上拉电阻，否则通信无法正常工作。

·外部信号可能是开漏（Open-Drain）或集电极开路（Open-Collector）输出，需要上拉提供逻辑 1。

·低功耗应用：上拉比下拉通常消耗更少的功耗，减少电流泄漏。

示例：

·按键输入（按下接地，松开为高电平）：

o配置 MCU 内部上拉

o或使用外部上拉电阻（如 10kΩ）

MCU Pin ----[10kΩ]---- VCC

                        |

                     [SW]

                        |

                     GND

2. 配置为下拉（Pull-down）

适用情况：

·默认输入为低电平（逻辑 0），防止浮空状态。

·开关按键、拨动开关等：通常一端接 VCC，按下时接 VCC，不按时需要下拉到低电平。

·某些总线或协议要求默认低电平，如部分 SPI 片选信号（CS）。

·MCU 的特殊功能要求默认低电平，例如 Boot 模式选择（某些芯片上电时通过某个引脚的状态决定启动模式）。

示例：

·按键输入（按下为高电平）：

o配置 MCU 内部下拉

o或使用外部下拉电阻（如 10kΩ）

                   VCC

                      |

                    [SW]

                       |

MCU Pin ----[10kΩ]---- GND

3. 无上下拉（Floating/Hi-Z）

适用情况：

·外部有明确的信号源驱动（如传感器、通信信号等）。

·多设备共用一个信号线，不应强制上拉或下拉，例如UART RX 引脚、SPI MISO（主机输入）。

·高阻态（Hi-Z）应用，如多设备共用某个 I/O 端口（总线），需要避免影响其他设备驱动信号。

·某些低功耗模式下，避免不必要的电流消耗（避免上拉或下拉导致漏电流）。

示例：

·UART RX 引脚（由外部设备驱动，不需要内部上拉/下拉）

·SPI MISO（主机输入）

·外部传感器数据输入端（由传感器提供高低电平）

·ADC（模拟输入），通常不使用上拉/下拉，以免影响测量准确性

4. 何时避免浮空（未定义状态）

如果输入引脚未连接到明确的高/低电平（悬空），可能会导致：

·电平不稳定（受环境噪声影响），误触发中断或错误读取数据。

·不必要的功耗，由于 CMOS 输入级在悬空时可能进入高阻状态，导致输入级 MOS 管部分导通，产生漏电流。

一般情况下，不建议让输入引脚悬空，除非有特定应用需要（如 ADC 模拟输入）。

5.总结

如果不确定，可以：

1.查看设备手册（Datasheet），看是否推荐上拉/下拉。

2.观察信号是否悬空，如果 MCU 读到不稳定值（0/1 交替），通常需要上拉或下拉。

3.考虑功耗，在低功耗应用中，选择合适的上下拉方式以减少电流损耗。

2.2 CAN Rx是否应该配置为上下拉

问题2：MCU的CAN控制器的Rx输入引脚，应该配置为上拉还是下来，还是不需要配置上下拉？

ChatGPT回答：MCU 的 CAN 控制器 RX（接收）引脚通常不需要配置上下拉，即保持浮空（Hi-Z）。

原因分析

1.CAN 总线是差分信号：

oCAN 通信使用CAN_H（高电平）和CAN_L（低电平）两根信号线进行差分传输，而Rx 直接接收 CAN 收发器（CAN Transceiver）的输出，其信号是由收发器决定的。

o由于 CAN 本质上是一个物理层收发器驱动的信号，MCU 不需要内部上拉或下拉来维持电平。

2.CAN 收发器的输出已被设计为有效信号：

oCAN 接收器（PHY，如TJA1050、SN65HVD230）的 RX 引脚是推挽输出（Push-Pull），信号稳定，不需要 MCU 额外提供上拉/下拉。

o外部 CAN 收发器已经决定了 CAN RX 的逻辑电平，如果 MCU 再加上拉或下拉，可能会影响通信质量。

3.错误配置可能导致的问题：

o上拉（Pull-up）：会影响 RX 信号，可能使接收到的信号失真或增加不必要的电流消耗。

o下拉（Pull-down）：可能导致 CAN_RX 低电平滞留，影响数据接收，甚至影响 CAN 总线的正常通信。

正确的配置

·MCU 的 CAN RX 引脚应配置为输入模式（Input Floating / Hi-Z），不加内部上拉或下拉。

·需要一个外部 CAN 收发器（如TJA1050、SN65HVD230、MCP2551），收发器的RX 输出直接连 MCU RX，它已经提供了稳定的信号。

CAN 总线 ---> CAN 收发器（TJA1050） ---> MCU CAN RX (浮空输入)

CAN_H ---+

                 |  差分信号

CAN_L ---+

CAN 收发器

-----------------

TXD <--- MCU CAN TX

RXD ---> MCU CAN RX (无上下拉)

-----------------

总结

✅MCU 的 CAN RX 引脚应该配置为浮空输入（Hi-Z），不使用上拉或下拉。✅CAN 收发器已经提供了稳定的输出信号，不需要额外干预。❌不要配置内部上拉或下拉，否则可能影响 CAN 通信的稳定性。

综上所述，P20.7这个CAN Rx输入引脚的PortInInputPullResistor参数配置为NO PULL.

PortPinInputPadLevel: 配置Pin脚数字电路逻辑电平标准。现在的MCU一般都是用CMOS工艺，所以一般都选着CMOS_AUTOMOTIVE.

对于输出Pin脚，主要配置以下三个参数：

PortPinInitalMode: 这个需要参考第一章节中的引脚分析，MCU的Port引脚一般都具有复用功能，我们使用Pin 20.8作为CAN00的Tx引脚，所以需要选着ALT 5.

PortPinLevelValue: 配置输出引脚的默认电平，这个根据实际需求来配置即可。

PortPinOutPinDriveMode: 配置输出引脚是开漏（Open drain）输出，还是推挽（Push Pull）输出。

2.3 什么是开漏和推挽输出

问题3：MCU的输入引脚什么时候配置为开漏（Open drain）输出，什么时候配置为推挽（Push Pull）输出？

ChatGPT回答：在 MCU 设计中，开漏（Open-Drain） 和 推挽（Push-Pull） 是两种常见的 GPIO 输出模式。选择哪种模式，取决于具体的应用需求。以下是详细的分析：

1. 开漏输出（Open-Drain）

工作原理

·仅能输出低电平（0），不能主动输出高电平（1）。

·当 MCU 输出 低电平（0） 时，内部 MOSFET 导通，引脚被拉低到 GND。

·当 MCU 输出 高电平（1） 时，内部 MOSFET 关闭，引脚处于高阻态（Hi-Z），需要外部上拉电阻 提供高电平。

·典型的上拉电阻值：4.7kΩ ~ 10kΩ（根据电流需求调整）。

适用场景

电路示意

MCU GPIO ----+---- 4.7kΩ ---- VCC

                           |

                      [设备]

                           |

                         GND

2. 推挽输出（Push-Pull）

工作原理

·能够主动输出高电平（1）和低电平（0）。

·内部有两个 MOSFET（一个 P-MOS 负责输出高电平，一个 N-MOS 负责输出低电平）。

·无需外部上拉电阻，输出电流能力更强。

适用场景

电路示意

MCU GPIO ---- 设备输入

无需额外电阻，直接连接目标设备。

3.选择开漏还是推挽？

总结

·开漏输出（Open-Drain）

o适用于多个设备共享信号线、I²C、低速信号

o必须外接上拉电阻

o仅能主动输出低电平（0），高电平由外部上拉提供

·推挽输出（Push-Pull）

o适用于普通 GPIO、SPI、UART、PWM、高速信号

o无需上拉电阻

o能主动输出高低电平，驱动能力强

综上所述，我们的P20.8 CAN Tx应该配置为推挽输出，一般没有特殊功能或者用途都默认配置为推挽输出。开漏输出需要外部上拉电路支持。

3.Dio模块配置

Dio封装了Port模块，配置也很简单，如上图所示，按照Port组（e.g. DioPort_20）依次配置需要的Channel即可。

CAN00_RX这个Dio Chanel就对应 --> P 20.7这个输入引脚。

CAN00_TX这个Dio Channel就对应 --> P 20.8 这个输入引脚。

在Dio配置生成代码Dio_Cfg.h中就会有Dio Channel的宏定义，我们在使用Dio_ReadChannel和Dio_WriteChannel读写Port口的时候，需要用到Channel号。

5.Dio模块的使用

AUTOSAR架构下Dio模块的使用一般有两种方式。

5.1 其他模块引用Dio Channel

如下图所示，CanTrcv模块需要配置Can Rx引脚，引用的就是Dio模块的CAN00_Rx Channel.

CanTrcv的静态代码会直接调用Dio_ReadChannel读取CAN Rx的电平信号。

5.2 直接通过IoHwAb模块封装Dio接口使用

如果用户需要直接读写Port引脚，就会使用IoHwAb模块封装Dio接口。

Example

#include “Dio.h”void IoHwAb_Write_CAN00_Tx(Dio_LevelType Level){    Dio_WriteChannel(DioConf_DioChannel_CAN02_TX, Level);}

注意：AUTOSAR架构软件，SWC调用IoHwAb的接口需要经过RTE接口，这些AUTOSAR方法论的内容，我们后面再讲解。

6.上板测试

如下图所示，CanTrcv会使用到Dio_ReadChannel和Dio_WriteChannel读写Port引脚。

在使用Dio, Port模块的实际工程中经常会遇到这样的问题：

SWC开发工程师抱怨：我读不到Port引脚的高低电平啊？我控制不了Port引脚的电平啊？

这个时候，除了需要排查SWC的控制逻辑和调用接口是否正确外，我们可以通过观测Port引脚模块的寄存器直接看Port的输入输出是否符合我们的要求，这比使用万用表外部测量电平要简单点，当然，前提是有调试仿真环境。

7.总结

本文详细介绍了AUTSOAR架构下的Port和Dio模块的配置和使用，看起来好像很简单，实际工程在bringup的时候，Port模块的配置至关重要，Port模块没有配置正确就会导致各种CAN, LIN, ETH, SPI等模块功能异常，极大的影响开发进度，所以需要我们真正理解Port模块的配置和调试。

End

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原文始发于微信公众号（汽车电子嵌入式）：AUTOSAR项目实战(6)-Port及Dio模块配置实践