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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) |