参考
树莓派Pico的pio例子
整体结构
RP2040
├── PIO0
│ ├── Instruction RAM (32 × 16bit)
│ ├── SM0
│ ├── SM1
│ ├── SM2
│ └── SM3
└── PIO1
├── Instruction RAM (32 × 16bit)
├── SM0
├── SM1
├── SM2
└── SM3
State Machine（SM）内部寄存器
| 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）
| 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
| 含义 | OPCODE | OPERAND | DELAY / SIDESET |
指令表
| 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
| 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
wait polarity source index
| 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
in source, bit_count
| 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
| 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]
| 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]
| 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
| 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
| 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
set dest, value
| 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 |
