引脚分配说明¶

本文档引用的文件 - config.h - README_Gateway.md - main.c - hci_transport.h - eth_manager.h - led_indicator.h - wifi_manager.h - webui_server.h

目录¶

简介
项目结构
核心组件
架构总览
详细组件分析
依赖关系分析
性能考虑
故障排除指南
结论
附录

简介¶

本文件面向ESP32-S3 BLE网关硬件设计与固件开发人员，基于config.h中的配置定义，系统化说明各GPIO引脚的功能分配与使用约束，涵盖： - UART通信引脚（TX/RX/RTS/CTS） - SPI接口引脚（MOSI/MISO/SCK/CS） - 复位引脚与LED控制引脚 - 引脚复用说明、电气特性参数与时序要求 - 引脚分配表格、功能映射图与硬件修改注意事项 - 替代引脚配置方案与向后兼容性说明

项目结构¶

本项目采用模块化组织，关键引脚配置集中在全局配置头文件中，各功能模块通过统一的引脚宏进行硬件抽象。

graph TB
CFG["config.h<br/>全局引脚与参数配置"]
MAIN["main.c<br/>应用入口与按钮检测"]
HCI["hci_transport.h<br/>nRF52833 HCI UART接口"]
ETH["eth_manager.h<br/>CH390D以太网SPI接口"]
LED["led_indicator.h<br/>LED指示灯控制"]
WIFI["wifi_manager.h<br/>WiFi管理"]
WEB["webui_server.h<br/>WebUI服务"]
CFG --> MAIN
CFG --> HCI
CFG --> ETH
CFG --> LED
CFG --> WIFI
CFG --> WEB

图表来源 - config.h - main.c - hci_transport.h - eth_manager.h - led_indicator.h - wifi_manager.h - webui_server.h

章节来源 - config.h - main.c

核心组件¶

本节从引脚分配角度梳理各功能模块的关键GPIO定义与使用方式。

UART通信（nRF52833 HCI）
UART主机：ESP32-S3 UART1
波特率：1Mbps
硬件流控：启用（RTS/CTS）
引脚定义：TX、RX、RTS、CTS
中断引脚：来自nRF52833的INT信号
SPI接口（CH390D以太网）
主机：SPI2
时钟频率：20MHz
引脚定义：CS、MOSI、SCK、MISO
中断引脚：INT（低电平有效）
复位引脚：RSTB
LED指示灯
引脚：黄色（网络）、绿色（BLE）、蓝色（系统）
逻辑：高电平点亮（可配置）
按钮
引脚：BOOT（启动时长按触发工厂重置或进入配置模式）
USB接口
引脚：DM、DP（用于USB调试/虚拟串口）

章节来源 - config.h - README_Gateway.md

架构总览¶

下图展示ESP32-S3与外部器件的引脚交互关系，包括nRF52833（HCI）与CH390D（以太网）。

graph LR
subgraph "ESP32-S3"
UART1["UART1<br/>TX/RX/RTS/CTS"]
SPI2["SPI2<br/>MOSI/MISO/SCK/CS"]
LED_Y["LED_Y<br/>黄色"]
LED_G["LED_G<br/>绿色"]
LED_B["LED_B<br/>蓝色"]
BTN["BOOT<br/>启动按钮"]
USB["USB<br/>DM/DP"]
end
subgraph "nRF52833"
N_INT["INT"]
N_UART["UART"]
end
subgraph "CH390D"
C_INT["INT"]
C_RST["RSTB"]
C_IO["MOSI/MISO/SCK/CS"]
end
UART1 --- N_UART
UART1 -. 控制 .-> N_INT
SPI2 --- C_IO
SPI2 -. 控制 .-> C_RST
SPI2 -. 反馈 .-> C_INT
LED_Y --- LED_G --- LED_B
BTN --- USB

图表来源 - config.h - README_Gateway.md

详细组件分析¶

UART通信（nRF52833 HCI）¶

UART主机与波特率
主机：UART1
波特率：1Mbps
流控：启用（RTS/CTS）
引脚映射
TX → nRF52833 RXD
RX → nRF52833 TXD
RTS → nRF52833 CTS
CTS → nRF52833 RTS
INT → nRF52833 INT
初始化流程要点
配置参数：数据位8位、无奇偶校验、1停止位、启用硬件流控
设置引脚：指定TX/RX/RTS/CTS引脚
安装驱动：为UART1安装驱动程序
时序与电气特性
1Mbps高速传输，需确保PCB布线阻抗匹配与差分阻抗控制
硬件流控降低溢出风险，建议在长距离或高噪声环境下使用
故障排查
若无法通信，检查流控引脚是否正确交叉连接
确认波特率与设备端一致
使用示波器验证TX/RX波形

sequenceDiagram
participant Host as "ESP32-S3 UART1"
participant Dev as "nRF52833"
Host->>Dev : 发送数据(TX)
Dev-->>Host : 接收数据(RX)
Host->>Dev : 请求发送(RTS)
Dev-->>Host : 允许发送(CTS)
Host->>Dev : 中断信号(INT)

图表来源 - config.h - README_Gateway.md

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SPI接口（CH390D以太网）¶

主机与时钟
主机：SPI2
时钟频率：20MHz
引脚映射
CS → 片选
MOSI → 主出从入
SCK → 时钟
MISO → 主入从出
INT → 中断（低电平有效）
RSTB → 复位（低电平有效）
初始化流程要点
配置SPI主机参数与时钟频率
设置片选与数据引脚
安装SPI驱动
时序与电气特性
20MHz高频SPI，注意时钟极性/相位与设备匹配
INT引脚上拉电阻配置，确保中断可靠触发
故障排查
若无法识别设备，检查CS引脚与设备片选逻辑
确认SPI模式与设备规格一致
检查INT引脚是否被正确拉低

flowchart TD
Start(["SPI初始化"]) --> Config["配置SPI2主机参数"]
Config --> Pins["设置CS/MOSI/SCK/MISO引脚"]
Pins --> Install["安装SPI驱动"]
Install --> Ready["等待设备就绪"]
Ready --> End(["完成"])

图表来源 - config.h

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LED指示灯控制¶

引脚定义
黄色LED → 网络状态
绿色LED → BLE状态
蓝色LED → 系统状态
逻辑：高电平点亮（可配置）
状态枚举
关闭、常亮、慢闪（1Hz）、快闪（4Hz）、单次闪烁
使用建议
不同状态对应不同业务阶段，便于远程诊断
注意限流电阻选择，避免过流损坏LED

classDiagram
class LED模块 {
+初始化()
+去初始化()
+设置状态(索引, 状态)
+获取状态(索引) 状态
+全部设置(状态)
+单次闪烁(索引, 时长)
}
class LED状态 {
+关闭
+常亮
+慢闪
+快闪
+单次闪烁
}
LED模块 --> LED状态 : "使用"

图表来源 - led_indicator.h

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按钮与系统控制¶

BOOT引脚
上电时长按（默认阈值）触发工厂重置
运行时长按触发WiFi配置模式重置
引脚配置
输入模式，上拉使能
使用建议
提供明确的视觉反馈（LED闪烁）
防抖处理与长按阈值可调

flowchart TD
Boot(["上电"]) --> Detect["检测BOOT引脚状态"]
Detect --> Pressed{"是否按下?"}
Pressed --> |否| Run["正常运行"]
Pressed --> |是| Hold["累计按键时长"]
Hold --> Long{"超过阈值?"}
Long --> |否| Detect
Long --> |是| Action["执行动作(重置/进入配置)"]

图表来源 - main.c

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USB接口（调试/虚拟串口）¶

引脚定义
DM → D-
DP → D+
用途
USB调试、虚拟串口（CDC）
注意事项
遵循USB规范的阻抗控制与差分布线
与UART引脚避免冲突

章节来源 - config.h

依赖关系分析¶

引脚依赖
UART1依赖TX/RX/RTS/CTS引脚，且与nRF52833严格一一对应
SPI2依赖CS/MOSI/SCK/MISO引脚，且与CH390D严格一一对应
LED与按钮为独立外设，不与其他总线共享
模块耦合
应用入口通过统一配置文件访问各模块引脚
各模块通过接口头文件暴露能力，降低耦合度

graph TB
CFG["config.h"]
HCI["hci_transport.h"]
ETH["eth_manager.h"]
LED["led_indicator.h"]
BTN["main.c"]
USB["config.h"]
CFG --> HCI
CFG --> ETH
CFG --> LED
CFG --> BTN
CFG --> USB

图表来源 - config.h - hci_transport.h - eth_manager.h - led_indicator.h - main.c

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性能考虑¶

UART1（1Mbps）与SPI2（20MHz）均为高速接口，建议：
PCB布线遵循高频信号完整性原则，控制阻抗与长度匹配
为敏感信号提供适当的去耦与滤波
在高噪声环境优先启用硬件流控（UART）
LED驱动电流与限流电阻需满足器件最大额定值，避免共用电源过载
按钮输入建议启用上拉并配合软件防抖，减少误触发

故障排除指南¶

无法与nRF52833通信
检查TX/RX/RTS/CTS交叉连接是否正确
确认波特率一致（1Mbps），并启用硬件流控
使用示波器验证信号波形与电平
以太网不可用
检查CS/MOSI/SCK/MISO连接与设备片选逻辑
确认SPI模式与时钟频率设置正确
观察INT引脚是否产生低电平中断
LED不亮或闪烁异常
确认LED引脚与逻辑（高电平点亮）
检查限流电阻与电源供电
按钮无效
确认BOOT引脚上拉配置与长按阈值
检查是否有外部干扰导致误触发

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结论¶

本引脚分配方案将UART与SPI等关键接口集中于固定引脚，结合LED与按钮形成完整的用户交互与状态反馈体系。通过统一的配置头文件实现硬件抽象，便于后续维护与扩展。建议在硬件设计与固件实现中严格遵循本文档的引脚映射与时序要求，并在变更前评估对其他模块的影响。

附录¶

引脚分配表（基于config.h）¶

UART（nRF52833）
UART主机：UART1
波特率：1Mbps
引脚：TX、RX、RTS、CTS
中断：INT
SPI（CH390D）
主机：SPI2
时钟：20MHz
引脚：CS、MOSI、SCK、MISO
中断：INT（低电平有效）
复位：RSTB（低电平有效）
LED
黄色：网络状态
绿色：BLE状态
蓝色：系统状态
逻辑：高电平点亮
按钮
BOOT：启动时长按触发工厂重置或进入配置模式
USB
DM、DP：用于USB调试/虚拟串口

章节来源 - config.h - README_Gateway.md

功能映射图¶

graph TB
A["ESP32-S3 UART1"] --> B["nRF52833 UART"]
A --> C["nRF52833 INT"]
D["ESP32-S3 SPI2"] --> E["CH390D IO"]
D --> F["CH390D INT"]
D --> G["CH390D RSTB"]
H["ESP32-S3 LED引脚"] --> I["LED黄/绿/蓝"]
J["ESP32-S3 BOOT"] --> K["系统控制"]
L["ESP32-S3 USB DM/DP"] --> M["USB CDC"]

图表来源 - config.h - README_Gateway.md

硬件修改注意事项¶

修改UART/USB引脚时，需同步更新固件中的引脚定义与驱动配置
SPI引脚修改需确保与CH390D的时序与模式兼容
LED与按钮引脚修改需同步调整逻辑电平与上拉配置
所有高速接口（UART1、SPI2、USB）应遵循高频信号完整性设计规范

替代引脚配置方案与向后兼容性¶

替代方案
UART：若需更换至其他UART主机，需重新配置引脚与流控引脚，并确保波特率一致
SPI：更换SPI主机或引脚时，需匹配设备的SPI模式与时钟极性/相位
LED：可更换任意GPIO，但需同步修改逻辑电平与限流电阻
向后兼容性
保持引脚定义与接口函数签名不变，即可保证模块间的兼容
对外接口（如LED状态枚举、WiFi状态结构体）保持稳定，避免破坏上层应用

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