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前言

       使用树莓派 Pico 的 PIO 模块时，我们经常会接触到两个特殊的寄存器：OSR（Output Shift Register） 和 ISR（Input Shift Register）。它们是数据在 Python 层和 PIO 程序之间交互的桥梁。

       这一篇我们就带大家全面了解 OSR 与 ISR 的用途、区别、典型应用场景，并配合代码实战讲清楚背后的机制。

OSR & ISR 是什么？

       PIO 是一个指令极少、资源有限的小型状态机，它没有常规意义上的 RAM 或寄存器堆。为了收发数据，它使用两个特别的寄存器：

寄存器	全称	用途
OSR	Output Shift Register	主程序（Python）→ PIO  -----发数据！
ISR	Input Shift Register	PIO → 主程序（Python）-----收数据！

OSR：发送数据到 PIO 的桥梁

数据流方向

Python → FIFO → OSR → PIO 程序

常用指令

• pull(): 从 FIFO 中拉一条数据进 OSR。

• mov(pins, osr): 将 OSR 中的数据移动到 GPIO 引脚输出。

• mov(x, osr)：将 OSR 的值写入 X 寄存器等。

示例代码

@asm_pio(out_init=rp2.PIO.OUT_LOW, out_shiftdir=rp2.PIO.SHIFT_LEFT, autopull=True)
def push_out():mov(pins, osr)  # 把 OSR 的值直接输出到引脚

• autopull=True 表示 OSR 消耗完就自动从 FIFO 拉数据；

• 你可以在 Python 中用 sm.put(0xAA) 推送数据给 PIO。

ISR：从 PIO 接收数据的管道

数据流方向

PIO 程序 → ISR → FIFO → Python

常用指令

• in(pins, 1): 从某个 GPIO 引脚读取 1 bit 到 ISR。

• push(): 将 ISR 的值推送到 FIFO，让 Python 层读取。

• mov(isr, x): 将寄存器值手动放入 ISR。

示例代码

@asm_pio(in_shiftdir=rp2.PIO.SHIFT_LEFT, autopush=True, push_thresh=8)
def pull_in():in_(pins, 1)   # 每次读取1位，累积到 ISR

• autopush=True：当 ISR 累积够 push_thresh（如8位）后，自动推送到 FIFO；

• Python 端可用 sm.get() 获取数据。

OSR & ISR的应用场景

场景	使用寄存器	说明
串口发送	OSR + mov(pins, osr)	把要发的字节写入 OSR，逐位输出
串口接收	ISR + in(pins, 1) + push()	将输入逐位移入 ISR，达到位数后推送
多值缓存	ISR + mov(isr, x)	临时在 ISR 中存多位数据再发送
控制输出模式	OSR + jmp(pin, label)	用 OSR 控制逻辑流转

Python 与 OSR/ISR 的桥梁：FIFO

• 每个状态机都有两个 4 项深度的 FIFO：

  TX FIFO（OSR 发送）

  RX FIFO（ISR 接收）

• Python 端用：

  sm.put(val) 将数据送入 OSR（TX FIFO）

  sm.get() 从 ISR（RX FIFO）接收数据

注意事项：

• 如果 pull() 时 FIFO 为空，状态机会挂起等待

• 如果 push() 时 FIFO 满了，状态机会暂停直到 FIFO 腾空

总结

名称	用途	Python 接口	PIO 指令
OSR	输出移位寄存器（Python → PIO）[发送！]	sm.put()	pull, mov(pins, osr)
ISR	输入移位寄存器（PIO → Python）[接收！]	sm.get()	in, push, mov(isr, x)