Airspy 硬件 IO 引脚分布详细文档

本文档提供了 Airspy 软件定义无线电 (SDR) 设备的详细 IO 引脚分布，用于 PCB 逆向工程。Airspy 基于 NXP LPC4370 微控制器，该微控制器包含 ARM Cortex-M4 和 Cortex-M0 内核。

系统架构概述

Airspy 硬件由以下主要组件组成：

1. LPC4370 微控制器 - 主处理器，包含 M4 和 M0/M0+ 内核
2. R820T 调谐器 - 用于 RF 接收，频率范围 24MHz-1.8GHz
3. SI5351C 时钟发生器 - 为系统提供时钟信号
4. W25Q80BV SPI 闪存 - 1MB 容量，用于固件存储
5. USB 接口 - 高速 USB 2.0，用于与计算机通信
6. LED 和控制引脚 - 用于状态指示和控制

多核架构

Airspy 使用 LPC4370 的多核架构进行任务分配：

• M4 内核：负责高速 ADC 采样、数据处理和打包
• M0 内核：负责 USB 通信、命令处理和 R820T 调谐器控制
• M0+ 内核：在某些配置中使用（可选）

核间通信通过共享内存和事件触发机制实现。

引脚分布详情

关键控制引脚

I2C 接口

I2C0 - 用于 SI5351C 时钟发生器

I2C1 - 用于 R820T 调谐器

SPI 接口 - 用于 W25Q80BV 闪存

时钟信号

ADC 接口

LPC4370 包含高速 ADC (ADCHS)，用于采样来自 R820T 调谐器的 IF 信号。ADCHS 具有以下特性：

• 12位分辨率
• 最高采样率可达 80MSPS
• 通过 DMA 将数据传输到内存
• 支持多种采样率配置
• 支持数据打包模式，提高 USB 传输效率

SI5351C 时钟配置

SI5351C 时钟发生器配置如下：

• CLK0 -> R820T 时钟 (XTAL_I)，提供 R820T 的参考时钟
• CLK1 -> LPC4370 RTC 32KHz，提供实时时钟
• CLK2 -> SGPIO 时钟 (预留，未来使用)
• CLK3-6 -> 未使用
• CLK7 -> LPC4370 主时钟，为微控制器提供主时钟

引导配置引脚

SCU 引脚配置

LPC4370 的 SCU (System Control Unit) 负责引脚功能配置。代码中定义了大量引脚配置，以下是部分关键配置：

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#define SCU_CONF_FUNC0 (SCU_CONF_EPUN_DIS_PULLUP | SCU_CONF_FUNCTION0)
#define SCU_CONF_FUNC1 (SCU_CONF_EPUN_DIS_PULLUP | SCU_CONF_FUNCTION1)
#define SCU_CONF_FUNC2 (SCU_CONF_EPUN_DIS_PULLUP | SCU_CONF_FUNCTION2)
#define SCU_CONF_FUNC4 (SCU_CONF_EPUN_DIS_PULLUP | SCU_CONF_FUNCTION4)
#define CLK_IN_FUNC1 (SCU_CLK_IN | SCU_CONF_FUNCTION1)

大多数引脚配置为禁用上拉电阻，并设置为特定功能。

时钟系统详解

Airspy 使用复杂的时钟系统，主要包括：

1. PLL 配置

• PLL0USB：配置为 480MHz，用于 USB 接口
• PLL0AUDIO：用于 ADCHS 时钟，根据采样率动态配置
• PLL1：用于 M4/M0 内核、外设、APB1 和 APB3 总线时钟
  • 低速模式：用于降低功耗
  • 高速模式：用于高性能处理

2. 时钟源

• XTAL：12MHz 晶振，启动时使用
• GP_CLKIN：来自 SI5351C 的外部时钟，作为主要时钟源
• IRC：内部 RC 振荡器，12MHz，用于启动

3. 时钟分配

• BASE_M4_CLK：M4 内核时钟
• BASE_PERIPH_CLK：外设时钟
• BASE_APB1_CLK：APB1 总线时钟，连接 I2C0
• BASE_APB3_CLK：APB3 总线时钟，连接 I2C1
• BASE_ADCHS_CLK：ADCHS 时钟，可配置为不同采样率

信号路径

Airspy 的信号路径如下：

1. 天线输入 -> (可选 BIAST 偏置) -> R820T 调谐器
2. R820T 调谐器 -> IF 信号 (通常为 4.5MHz 或 5MHz) -> LPC4370 ADCHS
3. ADCHS -> DMA -> 内存缓冲区
4. 数据处理（可选打包）-> USB 传输

电源系统

• R820T 电源：由 P1_14 控制，高电平开启
• 天线偏置电源：由 P2_13 控制，高电平开启
• 系统电源管理：代码中包含多种电源优化措施
  • 未使用的时钟和外设被禁用
  • 支持低功耗模式

硬件版本

代码支持两种硬件版本：

1. Airspy NOS - 包含 R820T 和 SI5351C
2. Airspy MINI - 仅包含 R820T，时钟配置不同

GPIO 配置表

代码中定义了完整的 GPIO 配置表，包含 161 个引脚配置。以下是部分关键配置：

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const gpio_conf_t gpio_conf[GPIO_CONF_NB] =
{
  { P0_0, SCU_CONF_FUNC0 },
  { P0_1, SCU_CONF_FUNC0 },
  ...
  { P1_14, SCU_CONF_FUNCTION0 }, // PIN_EN_R820T
  ...
  { P1_17, SCU_CONF_FUNCTION0 }, // PIN_EN_LED1
  ...
  { P2_3, SCU_CONF_FUNC4 }, // I2C1_SDA
  { P2_4, SCU_CONF_FUNC4 }, // I2C1_SCL
  ...
  { P2_13, SCU_CONF_FUNCTION0 }, // PIN_EN_BIAST
  ...
  { PF_4, CLK_IN_FUNC1 }, // CGU_SRC_GP_CLKIN Clock Input from SI5351C
  ...
}

固件更新机制

Airspy 支持通过 USB 进行固件更新，使用以下机制：

1. W25Q80BV SPI 闪存用于存储固件
2. 支持扇区擦除和页编程
3. 支持从 ROM 到 RAM 的代码执行

注意事项

1. 部分引脚在代码中未明确指定，可能需要通过硬件检查确认
2. 系统使用复杂的时钟配置，确保时钟信号正确连接
3. 逆向工程时应特别注意 RF 信号路径的阻抗匹配
4. R820T 调谐器需要特定的电源时序和初始化
5. SI5351C 时钟配置对系统性能至关重要

参考资料

本文档基于对 Airspy 固件代码的详细分析，包括以下关键文件：

• common/airspy_core.c
• common/airspy_core.h
• common/r820t.c
• common/si5351c.c
• airspy_m4/airspy_m4.c
• airspy_m4/adchs.c
• airspy_m0/airspy_m0.c
• airspy_m0/airspy_usb_req.c

更多信息请参考 Airspy 官方文档和 GitHub 仓库：https://github.com/airspy/firmware