ラズピコで2chシリアル入出力のテスト

ラズベリーパイ・ピコのシリアル入力は二つ。(USBを除いて)
これを使って2ch入力のシリアルデータロガーを実現できたら
エエなぁっと、ごそごそしてます。

Arduino UNOベースでは1ch入力のは作ってあり、
現用中です。
　　・Arduino-UNO + SDカードでシリアルデータロガー 完成形 今度こそ
ニッケル水素電池の放電データなどはこれで
記録しています。

なぜ2ch入力のが欲しいかというと、あれこれ測定した
計測データの集計です。
例えば、温度や照度や電圧、電流。
センサー側はシリアルデータとして出力できるように作って
あるのですが、それらを集計するとき、別の装置が出すデータ
との結合に困っちゃうのです。

例えば、4ch入力アナログデータロガー 。
これも、アナログ値の記録とともに、外部からのシリアル
データを取り込めるようにしています。
　これが便利。
　シリアルデータの結合がロガー内で実現できちゃうのです。

あれこれ計っていると、2ch以上のシリアル入力を持っていて、
それをうまいことログできる装置が「いるぞ！」っというのが
お試しの理由です。

ラズピコは2つのシリアル通信機能を持てっています。
それを生かして、2chのログをできないかと試したのが
今回のゴソゴソです。

まずはこんな回路。

　　↓　左のピコ、裏返しはマズイぞと描き直しました


手っ取り早くでっち上げた実物回路がこれ。

ラズピコ基板が2枚。
GNDを共通にして、シリアルが2ch。

回路図左側のラズピコは、試しとなるシリアルデータを
出力するだけ。
1chは1秒おきに。　2chは乱数で送出周期を可変。

回路図右のラズピコはそれを受けて、USBに(PCに向けて)
出力するというテスト回路です。

ch1とch2の二つのデータを受けて集約して、USBに出力
するのです。
その集約方法、例えば・・・

こんなモードを考えました。
こんな具合に、受信データをまとめます。

mode0はそれぞれの受信データを別行にしてログ。

mode1は固定長のデータを1行にまとめて処理でき
るように。

mode2はデータの受信順序を確認できるように、
ch1を優先してch2は補助で。



PCを使ってこれをするのは、USB通信アダプタをつないで
できるように、こんなソフトを作ってあります。
　　※これは仕事で！


4chの入力まで対応しています。
通信があった日時情報とともにログします。
あちこちからやってくる通信データの内容確認、
整合性をチェックするのが目的です。

今回のは単純ログ。
受けた内容を取りこぼさずにログできればOKと。
その前段階のテストプログラムです。

　・送信側
　　　ダウンロード - tx_data_2ch1.txt
　・受信側
　　　ダウンロード - rx_data_2ch1.txt

これからもうちょい「身を付けて」(太らせて)
SDカードにログできるように手直しします。

もう一つ、こんなモードもいるかな。
ch1をマスター、ch2をスレーブに接続。
ch1がch2にコマンドを送って、ch2からの返答を
待つような通信だと、ch1の受信後、ch2を待って
から1行の電文にして出力。

mode0のように電文が別の行だと、後処理で
まとめなくてはなりません。
mode1のように1行が固定文字数だと、例えば
グラフ化のためGNUPLOTに食わすのも楽になります。

ATmega4809 だとシリアルが4本(40pin DIPだと3本)。
もっとチャンネルを増やせます。

それにしても、ラズピコの内部処理がつかみ切れません。
シリアル通信の割り込み、バッファを増やしたいんだけど、
・・・わからんまま。
　　Arduino IDEで使ってる環境のせい？
　　Earle F. Philhower, III 版だとどうだ？を
　　調べるほうがエエかも。

Arduino IDEでのラズピコ開発環境

Arduino IDEのボードマネージャーを
見たら、いつのまにやら「Earle F. Philhower, III」版
のが出てこなくなっています。

ラズピコを触り始めた時は・・・出てきたような。
「Arduino Mbed OS RP2040 Boads」というのだけに。
　　※下のは非推奨と

トラ技2022年5月号で、これをっと推奨されていた
「Earle F. Philhower, III」さんのはどこへ？

ラズピコ、USB以外のシリアル通信ポートが二つ
載っています。
Serial1とSerial2で行けるはずだったんですが、
今の環境だと、Serial2を使うのに
こんなおまじないが必要でした。
　UART Serial2(4, 5, NC, NC);　　// そのままではSerial2が
　　　　　　　　　　　 // 使えないのでピン番号指定を実行

シリアルの送受バッファの問題もあり、
ラズピコ、なかなかむつかしいです。

ラズピコ analogWriteの誤差

ラズピコのanalogWriteで 1/255 ～ 254/255と
デューティ比を変えた時、出力されるH/Lパルス幅から
実測したデューティ比の差を示したのがこのグラフ。
設定値を1変化させた時の測定クロック数の差を書き
加えました。

16MHzのクロック数で128(8μs)が続いた後、、
13あるいは14カウントごとに96(6μs)が
出現しています。

この13と14がどこから来るのか・・・
その推測です。

ピコのクロックは125MHz。
analogWriteの周波数は500Hz。
PWMの分解能が255。
　　で、125e6 ÷ 500 ÷ 255 = 980.392

RP2040のPWM分周回路、最大が 1/255.9375。
　　m・n/16で設定できます。

980.392は256を越えるので1/256すると 3.82966
整数部が 3 で 小数部が 0.82966。
小数部は 1/16 単位なので
　　0.82966 × 16 = 13.2745

「13」と「14」の間。
こんな数字が出てきました。

元クロック周波数とPWM周波数、そして分解能から
求める分周比、そして最終的なパルス幅設定値の計算に
浮動小数点を使っているからかと推測できます。

ラズピコのPWM。やっぱしanalogWriteは捨てちゃえ #2
これ↑の手法、PWMの分解能とH/Lパルス数は整数と整数の
乗数で設定するので実パルスとの誤差は生じません。
その代わり、主クロックからPWMの周波数を計算するところで
誤差が生じます。

PWMでDACするなら(analogWriteを名乗るなら)、デューティ比
に誤差が出るのはあきません。

ラズピコのPWM。やっぱしanalogWriteは捨てちゃえ #2

2023年2月21日：ラズピコのPWM。　やっぱしanalogWriteは捨てちゃえ
この続き。

ラジオペンチさんのコメント
　　「せっかくだから analogWritePure なんて関数・・・」と
ありましたので、難しいことはせずにサクッとまとめてみました。
　　　※サクッとで、エラーチェックや
　　　　数値範囲チェックはしてません。

関数は2つ。

　int pwmStart(pin_size_t pin, int val, int range, int frq)
まず、これで
　分解能　range と　周波数　frq から、
val値に対する乗数を計算します。
　pinはPWM出力ピン番号。　valはPWM幅。

というのはピコのPWM、クロックが125MHzで分周器の最大が
8bitの256未満 (m・n/16の浮動小数点で設定できる)という
制限があるのです。

PWM周波数500Hzで8bit分解能だと分周比が976.56になって
しまい、256.0を越えてしまいます。
そこで、PWM幅を得るval値にmlt値を乗じるようにして、
分周比が256.0を越えないようにします。

PWM周波数1kHzで分解能が100だと分周比が1/250で、
PWM幅valへの乗数が5となります。
val値0でL、100でH。
１～99でデューティ1%～99%が出てきます。

pwmStartの返り値である乗数(mlt)を得たあとは、
この関数↓でPWM幅を出力。
　void pwmVal(pin_size_t pin, int val, int mlt)
浮動小数点計算が不要な分、処理が早くなります。

テストプログラムを走らせるとこんな感じ。
　　USBで通信　出力ピンをオシロで観察

# Pico PWM Test #5 (2023-02-22)　Entでタイトル出力
# PWM Port >22　　　　　　出力ピン番号
# PWM Freq (500Hz) >1000　PWM周波数
# PWM Range (256) >100　　　分解能 0～100で
PWM:22 m:5 1/250.000　　　mltとclkdiv値

# PWM Data >10　　10だとデューティ10%
10/100 10.000%
# PWM Data >99
99/100 99.000%
# PWM Data >45
45/100 45.000%
# PWM Data >33
33/100 33.000%

# PWM Data >　　Entだけ入力で最初から
# PWM Port >
# PWM Port >19　　出力を19ピンに
# PWM Freq (500Hz) >800　　周波数を800Hzに
# PWM Range (256) >1000　　分解能を1000に
PWM:19 m:1 1/156.250　　mltとclkdivが確定

# PWM Data >120
120/1000 12.000%
# PWM Data >990
990/1000 99.000%
# PWM Data >10
10/1000 1.000%

# PWM Port >19
# PWM Freq (500Hz) >1200　　1200Hz
# PWM Range (256) >4096　　分解能12bitで
PWM:19 m:1 1/25.431　　mltとclkdivが確定
# PWM Data >100
100/4096 2.441%
# PWM Data >4000
4000/4096 97.656%
# PWM Data >4095
4095/4096 99.976%
# PWM Data >4090
4090/4096 99.854%

1Hz単位でPWM周波数が設定できます。
PWM分解能も「2^n」だけでなく、100とか1000に
できるので、10進でPWMデューティを設定する時に
便利かと。
分解能が偶数だと、半値で1/2デューティが得られます。

※テストプログラム
　　・ダウンロード - pwm_serial_in5.txt

Arduino IDEの環境によってはコンパイルエラーが出るかも。

※ pwmStart() 実行時間


※ pwmVal() 実行時間

ラズピコのPWM。 やっぱしanalogWriteは捨てちゃえ

2023年2月20日：ラズピコのPWM。　なんかおかしいような #2
この続き。

ここ↓で、PWMを使ったタイマー割り込みを試していました。
2022年4月12日：Arduino IDEでラズパイ・ピコ：1msタイマー割り込み
それの応用で500HzのPWMを確認してみます。
　　※analogWriteを捨てるための実験です

/****************************/
/*      ＰＷＭ出力          */
/****************************/
#include "pwm.h"   // PWM処理に必要
//  PWMデータ
int   pwm_port;         // PWMポート番号
int   pwm_range = 256;  // PWM レンジ 初期値は256
int   pwm_data;         // PWM設定値データ
/***** PWM出力     *****/
//  pinに出力  valがPWM H区間 最大がrange
//  val=0ならL出力 val=rangeならH出力
//  ピコのクロックは125MHz
//  val,rangeを10倍して処理
//  set_clkdivは256.0未満  m・n/16で分周
//  set_wrap,set_chan_levelはuint16_tなので65535がmax
void pwmWrite(pin_size_t pin, int val, int range)
{
uint sn;    // slice number
    gpio_set_function(pwm_port, GPIO_FUNC_PWM);  // ポートはPWM出力で
    sn = pwm_gpio_to_slice_num(pwm_port); // スライス番号を得る
    pwm_set_clkdiv(sn, 97.66);            // 1.28MHzに
    pwm_set_wrap(sn, (10 * range) - 1);   // 256で500Hz
    pwm_set_chan_level(sn, (pwm_port & 1), 10 * val);  // ch-A,ch-B
    pwm_set_enabled(sn, true);      // PWMスタート
}

グラフにすると、よく分かるかと。
　　　※前のと同じスケールで

　　　※拡大

へんな周期性は見えません。

「半値」のあたりはこんな具合。

・range = 255で
 PWM発生　　実測値　　　n/255で 　実測値　　　差分
  n 1/255   H    H+L
 126 255  15744 31864   49.412%   49.410%   -0.002% 
 127 255  15870 31865   49.804%   49.804%   -0.000% 
 128 255  15995 31865   50.196%   50.196%    0.000% 
 129 255  16120 31865   50.588%   50.588%    0.000% 
 130 255  16245 31865   50.980%   50.981%    0.000% 

・range = 256で
 PWM発生　　実測値　　　n/255で 　実測値　　　差分
  n 1/256   H    H+L
 126 256  15745 31990   49.219%   49.219%   -0.000% 
 127 256  15870 31990   49.609%   49.609%   -0.000% 
 128 256  15995 31990   50.000%   50.000%    0.000% 
 129 256  16120 31990   50.391%   50.391%    0.000% 
 130 256  16245 31990   50.781%   50.781%    0.000% 

実測値は16MHzのクロックでサンプリングしたHとLのパルス幅です。
128/255も128/256も期待値が出ています。

◆テストプログラム
　　・ダウンロード - pwm_serial_in4.txt

(.inoではなく.txtにしてます。　UTF-8Nエンコード)

ラズピコのPWM。 なんかおかしいような #2

ラズピコのPWM。　なんかおかしいような
これの続きです。

analogWrite()を処理しているソースを探し出すと
どうやらこれのようです。

void analogWrite(pin_size_t pin, int val)
{
  if (pin >= PINS_COUNT) {
    return;
  }
  float percent = (float)val/(float)((1 << write_resolution)-1); // ★1
  mbed::PwmOut* pwm = digitalPinToPwm(pin);
  if (pwm == NULL) {
    pwm = new mbed::PwmOut(digitalPinToPinName(pin));
    digitalPinToPwm(pin) = pwm;
    pwm->period_ms(2); //500Hz
  }
  if (percent < 0) {
    delete pwm;
    digitalPinToPwm(pin) = NULL;
  } else {
    pwm->write(percent);
  }
}

★1のところで、write_resolutionが
　　8bitなら255に、
　　10bitにしたら1023に。
これがデューティ100%での浮動小数点除算の
除数になります。
つまりPWMの出力が出力がHに固定される値です。

得られた「percent」値がデューティ比でそれを
　　pwm->write(percent);
でPWM出力しています。
　　※「pwm->write」の中味はまだ追いかけてません
このanalogWriteをこんなふうに書き換えました。
　　(1 << m) - 1
をやめて、「write_resolution」を任意の値に設定でき
るようにします。

/***** PWM出力     *****/
//  analogWiteの代替
//  フルスケールはpwm_range -1
//  元々は (1 << write_resolution)-1 で8bitなら255に
void pwmWrite(pin_size_t pin, int val, int range)
{
float percent;      // デューティサイクル
    if(pin >= PINS_COUNT){
      return;
    }
    percent = (float)val / (float)range;   // デューティ比を計算
    mbed::PwmOut* pwm = digitalPinToPwm(pin);
    if(pwm == NULL){
        pwm = new mbed::PwmOut(digitalPinToPinName(pin));
        digitalPinToPwm(pin) = pwm;
        pwm->period_ms(2);           // 500Hz PWM周波数
    }
    if(percent < 0){
        delete pwm;
        digitalPinToPwm(pin) = NULL;
    }
    else{
       pwm->write(percent);     // デューティ指定でPWM出力
    }
}

これで、フルスケール値(デューティ100%）を任意に書き換え
できます。

で、試してみました。
デューティ計算値と実測値の差をグラフにします。
まず、n/255 と n/256。

微妙に変動の周期が異なります。
n/256にしても半値の128で差が生じました。
128／256で50.000%になるはずが、実測値49.950%
で、-0.050%の差です。

そして、試したのがn/100、n/105、n/200、n/250の４つ。

10^0桁が0の100、200、250は右下がりの直線になりましたが、
n/105が「なんじゃこれは」に。

デューティ比の設定がfloatなのが問題なのかなぁ。
「pwm->write」の中味を調べなくっちゃというところ
でしょうね。

ラズピコのPWM。 なんかおかしいような

ありゃま。ラズピコがおかしくなった。　PWMを調べたかったのに
これの続き。
　　書き込み出来なかったのはUSB回りのゴソゴソ。
　　　　よく分からんけど。
　　2022年4月13日：Arduino IDEでRaspberry Pi Pico：Win7でのUSB問題解決です
　　　　これで使ったZagig.exeを触ってたら
　　　　書き込みできるようになりました。

さて、ラズピコのPWM。
なんかおかしい。
単純な整数値でPWMしてたら誤差なんて出ない(1clkの変動
はあるだろけど)はず。
　　analogWriteと名乗るからにはちゃんとしてほしい。

まず、テストで使ったスケッチ
　　　・ダウンロード - pwm_serial_in1.txt
　　　　　(ファイルタイプを.inoではなく.txtにしてます)

・USBでシリアル通信。
・スケッチを書き込み後ターミナルを起動。
・最初の「CR」入力でタイトルを出力。
・次に使うPWMポート番号を入力。
　　　# PWM Port >
　　そのポートに対しデューティ50%の
　　(つもりの)波形を出力
・その次からPWMデータ入力を繰り返し。
　　　# PWM Data (0...255) >
　　0～255の入力で設定したポートに
　　analogWriteでPWM値を設定
・「CR」だけだとPWMポート番号入力に戻る。
・データを「-1」で設定したらPWM値を順番に
　増加させるモードに
　1～254まで2秒ごとに+1。
　254で停止。
　設定したPWM値はSerial1にも出力。
　　　これをデューティチェッカの出力とともに記録。
　　　デューティチェッカの出力サイクルが1秒なので
　　　ピコは2秒ごとにPWM値を変更。

設定したデューティ「n/255」値とデューティチェッカで
拾ったH/Lクロック数から計算した実デューティの差を
グラフにしたら、こうなりました。

デューティ比の差が「-0.1～0.0」を周期的に変動。
なんなんだこれは。

まず、測定した生データ。
設定したPWM値とデューティチェッカで拾った値です。
　　・ダウンロード - pico_pwm2a.txt

そこからそれぞれのデューティ比を計算。
　　・ダウンロード - pico_pwm3a.txt

その２つのデューティの差をグラフにしたのが↑。

ありゃま。ラズピコがおかしくなった。 PWMを調べたかったのに

ラジオペンチさんからのコメント(2023年2月12日13時09分)
件の記事(2023年3月号p.155)を読んで、図8の
「ラズパイpicoの疑似DAC特性」が気になったので
ごそごそしていました。

で、昨夕は手持ちのラズピコにちゃんとスケッチを書き込
めたんですが(Arduino IDE環境)、今朝、ゴソゴソしたら
エラーが出てしまって書き込めません。
昨夕、最後に書いた、シリアル入力値でPWMを設定するという
スケッチは動いていてUSBを通してのシリアル送受はできてい
るのです。
ところが、スケッチのアップロードは失敗。
BOOT SWを押しながらUSBコネクタを挿しても、普通なら現れる
はずのドライブが出てきません。
どこか何かがおかしくなったようです。

Arduino UNOのPWMは、
Arduino、analogWriteは捨てちゃえ。ちゃんとしたPWMを使おう
で記してますように、「途中で1/256狂って」います。

で、ピコのPWMにも違和感。
記事には最大1.4mV未満と測定結果が記されますが、
PWMによるDAC、少々リップルが乗ってもこんな
誤差は生じないはずです。


3.3V/255で1bit変化で12.9mV。　（あえて1/255で表記）
10%ほどがプラスに積み重なって、128あたりで最大に
なってます。
8bitのPWMそのものに何かがあるんじゃないかと感じました。

2020年11月12日：Arduino UNOでデューティー比測定回路　ケースに入れて完成

 　　　PWM=128にした時のデューティ、周波数と
　　　H区間クロック数、L区間、計測クロック(MHz)

これで、ピコが出すPWM波のディーティを調べてみようとした
のです。
とりあえず手入力した0～255の値でPWMを設定という
スケッチ、これは昨夕にピコに書けたのですが、
今朝になってこれを更新しようとしたらアウトっとい
う状態になってしまったのです。

で、1～254の値を手入力してちょっと調べてみました。
ピコもUNOと同じように、設定値0で出力L固定、255でH固定
となっています。

ピコでの１～4までのH区間とL区間を見てみます。
デューティチェッカーのクロックは16MHz。
PWM　H　　L
　1　 96　31937
　2　224　31809
　3　352　31681
　4　480　31553

1と2、2と3、3と4の差は128クロック。
つまり125kHz=8μs。
しかし、1のH区間が96で6μsしかありません。
　　オシロでも確認したんで、デューティ比チェッカの
　　ミスじゃありません。

L区間がちょこっと出る253と254はこんな値。
PWM　　H　　　L
　253　31777　256
　254　31905　128

これで、1～254の端っこを見たわけですが、1の時の
96を考慮したら、253の時のはH区間は「32352」に
なって欲しいところ。
　　252 * 128 + 96=32352
ところが31777。　なんか小さい。
254も「32480」が妥当じゃないのかと。

　　※ピコのスケッチを、手入力じゃなく自動で順にPWM値を
　　　変化させて、デューティ比をチェックできればと
　　　考えたのですが、アップロードできなくなってし
　　　まったのです。

どこかでおかしくなっているようなのですが、手での
入力と目で見ての確認はちょっとつらい。
気を取り直して、まず1に近いところから順におかしく
なっている場所を探してみました。

すると12～16でこんな変化が。
PWM　期待値　実値H　実値L
　12　1504　1504 　30529
　13　1632　1632 　30400
　14　1760　1728 　30305
　15　1888　1856 　30177

実値Hの13と14の間が「96」になってます。
そして、14と15の間は「128」に復帰。

ピコのPWM、何かが潜んでいそうですぞ。
　　　※単調性がどこかで狂ってる？

しかし、ピコへのスケッチ書き込み失敗、困りました。
なんとかしなくちゃ。

デューティ比チェッカ、自動記録用にシリアル出力が
いりますなぁ。

マイコン出力ポートのプルアップ、プルダウン問題 誤パルス出力を避けるために

トランジスタ技術2004年1月号に
　　『マイコン内蔵I/Oポートによる各種ドライブ回路』
という題で、入出力ポートに対する注意点を載せてもらい
ました。

「定番エレクトロニクス回路140」という特集記事で、
小さな記事がいくつもならんでいます。


その中の一つで、掲載記事は１ページにまとまっています。


出力が不定な、プログラムが走る前のリセット期間に
要注意という内容です。
インターフェースするデバイスにより、プルダウン抵抗
を付けたり、プルアップ抵抗を使ったりということで、
あれこれ解説しています。
あらためて図示しておきます。

まず「Hアクティブ」で使う信号考えます。

ポートを直で使うのではなく、
　　・駆動電流を増やしたい
　　・異電圧でドライブしたい
など、インターフェース素子を間にはさむ場合が出てきます。
　　※例では LEDを負荷にしました。

これはアカンぞ！　という例。

ベースやゲートなどの入力インピーダンスを下げておかないと
誘導や隣の信号のパルスを拾ってしまって
「誤作動するかも」です。

「勝手な出力が出てもOKだよ」という回路じゃ限り
面倒でも抵抗を入れておきましょう。

これで、まっとうな「Hアクティブ出力」になります。
バイポーラトランジスタだと「抵抗内蔵トランジシタ＝デジトラ」が
使えます。

多信号なら、トランジスタアレイを使いましょう。

入力を安定させる抵抗が入っています。

問題は「Lアクティブ」信号。
昔からある「TTL」は
　　入力オープンだとHと認識。
　　Lに引っ張って(GNDに電流を流して)オン。
　　入力を安定させるにはプルアップ抵抗を。
　　ストローブ信号など、Lアクティブが多い。
という特徴があります。

TTLでインターフェースするなど、Lアクティブで使う時は
プルアップ抵抗を入れるのが定石になります。
しかし、マイコンのポートを初期化する時にこつが必要です。
　・ポートの出力レジスタを先にHに。
　・その後からポートを出力モードに。
「先にH」を処置せず、出力モードにしてからHを出力すると、
一瞬のLパルスが出てしまいます。
　　※このパルスが無視できる回路なら良いのですが

この処置、昔のI/Oチップ「8255」などは
　　「出力に初期化したらポートはLからスタート」
となっていて、Lアクティブで使うには、不要なLパルスが出ても
大丈夫な回路を構築しておかなくてはなりませんでした。

LEDの点灯回路ならこんな具合です。


間違って「Hアクティブ」で使う回路にプルアップ抵抗を
入れてしまうと、
　　電源オン→リセット解除→プログラムが走り始める
この間、不要なパルスが出てしまいます。

TTLだから入力をプルアップしたのにHアクティブで使う、
というのはちょっとなぁです。
出てくる余計な信号が悪さをしなければ良いのですが。

LEDだと「一瞬光る」だけで済むのですが、メカを駆動する
ような回路だと、問題が生じるかもしれません。

Raspberry Pi PicoのマイコンRP2040、
「リセットで内蔵プルダウン抵抗が有効になる」は、
　　・入力がオープンのまま放置されるのを防止
　　・Hアクティブ出力での不要パルスの防止
この二つの役目があります。

 
しかし、RP2040を「Lアクティブ出力」で使う時は要注意になります。
内蔵プルダウン抵抗に負けない(抵抗値の小さな)プルアップ抵抗を
使っておかないと、リセットで不要なパルス(L出力)が出てしまいます。

Raspberry Pi Pico リセット起動後のポートはプルダウン抵抗が有効に

まだまだ使いこなせていないRaspberry Pi Picoですが、
ラジオペンチさんところの
Raspberry Pi Picoで72LEDのクリスマスツリーイルミネーションを作る
この記事にコメントした関係で、PicoのI/Oポートについて
あれこれ調べてみました。

参考資料はこれ。

I/Oポートの構成図、こんなのが記されています。

その機能、ポート1ビットごと独立して設定できるように
なっています。

リセット後はこんな状態になります。
　・出力は禁止。　入力ポートに。
　・出力ドライブ能力は4mAに。
　　　（4種類あってmaxは12mA)
　・プルアップ抵抗はなし。
　・プルダウン抵抗が有効に。★
　・入力のシュミットトリガー機能は有効。
　・出力Slew rateはSlowに。
となっています。

Arduino UNOのAtmega328Pなどと異なるのが★の
「プルダウン抵抗有効」という機能です。
これで「未使用ポート」の処理を省けます。

Arduino IDE下でスケッチを組んだ時、入出力を
決めるのに「pinMode()」を使います。
どんな処理がされているのか探しますと、
　　※wiring_digital.cppの中
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void pinMode(pin_size_t ulPin, PinMode ulMode) {
　switch (ulMode) {
　　case INPUT:
　　　　gpio_init(ulPin);
　　　　gpio_set_dir(ulPin, false);
　　　　gpio_disable_pulls(ulPin);
　　　　break;
　　case INPUT_PULLUP:
　　　　gpio_init(ulPin);
　　　　gpio_set_dir(ulPin, false);
　　　　gpio_pull_up(ulPin);
　　　　gpio_put(ulPin, 0);
　　　　break;
　　case INPUT_PULLDOWN:
　　　　gpio_init(ulPin);
　　　　gpio_set_dir(ulPin, false);
　　　　gpio_pull_down(ulPin);
　　　　gpio_put(ulPin, 1);
　　　　break;
　　case OUTPUT:
　　　　gpio_init(ulPin);
　　　　gpio_set_dir(ulPin, true);
　　　　break;
　　default:
　　　　DEBUGCORE("ERROR: Illegal pinMode mode (%d)\n", ulMode);
　　　　return;
　}
　if (ulPin > 29) {
　　　　DEBUGCORE("ERROR: Illegal pin in pinMode (%d)\n", ulPin);
　　　　return;
　}
　_pm[ulPin] = ulMode;
}
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「gpio_disable_pulls();」という関数で、
「プルアップ抵抗、プルダウン抵抗、両方ともなし」を
設定しています。
全ポート一括して処理するという関数は用意されていない
ようです。

もう一つ。
「gpio_init() 」の中味。
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void gpio_init(uint gpio) {
　　sio_hw->gpio_oe_clr = 1ul << gpio;
　　sio_hw->gpio_clr = 1ul << gpio;
　　gpio_set_function(gpio, GPIO_FUNC_SIO);
}

void gpio_init_mask(uint gpio_mask) {
　　for(uint i=0;i<32;i++) {
　　　　if (gpio_mask & 1) {
　　　　　　gpio_init(i);
　　　　}
　　　　gpio_mask >>= 1;
　　}
}
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指定ピンを「GPIO_FUNC_SIO」にということで。

　　※SIOはシリアルI/Oじゃなく、
　　　シングルサイクルI/Oのこと。
　　　ちょいと違和感がぁ。