RVMCU課堂「12」: 手把手教你玩轉(zhuǎn)RVSTAR—外部中斷篇

外部中斷是單片機(jī)實(shí)時(shí)地處理外部事件的一種機(jī)制。具體指的是，當(dāng)某種外部事件發(fā)生時(shí)，單片機(jī)的中斷系統(tǒng)迫使CPU暫停正在執(zhí)行的程序，轉(zhuǎn)而去進(jìn)行中斷事件的處理；中斷處理完畢后，又返回被中斷的程序處，繼續(xù)執(zhí)行下去。這里我們以Nuclei Board Labs中exti_key_interrupt應(yīng)用程序?yàn)槔?，?jiǎn)單講解外部中斷的非向量處理模式。

系統(tǒng)環(huán)境

Windows 10-64bit

軟件平臺(tái)

NucleiStudio IDE 202102版

硬件需求

RV-STAR開發(fā)板

中斷知識(shí)介紹

外部中斷處理介紹

在SoC層面，GD32VF103芯片有多個(gè)外部中斷源，具體包含哪些外部中斷，可以在GD32VF103用戶手冊(cè)的第六章：中斷/事件控制器（EXTI）中查看。

本次實(shí)驗(yàn)使用用戶按鍵連接的GPIO作為外部中斷觸發(fā)源，經(jīng)過SoC層面的中斷/事件控制器（EXTI）檢測(cè)后，再傳遞給增強(qiáng)的內(nèi)核中斷控制器（ECLIC），交由內(nèi)核進(jìn)行中斷管理。

關(guān)于GPIO的使用請(qǐng)看《RVMCU課堂[11]——GPIO使用篇》，這里不做介紹。

中斷/事件控制器（EXTI）的架構(gòu)框圖如下：

EXTI（中斷/事件控制器）有19個(gè)獨(dú)立的邊沿檢測(cè)單元，分別對(duì)應(yīng)連接EXTI0~18，其中的16個(gè)中斷源連接的是GPIO。EXTI有三種觸發(fā)類型：上升沿觸發(fā)、下降沿觸發(fā)和任意沿觸發(fā)。EXTI中的每 一個(gè)邊沿檢測(cè)電路都可以獨(dú)立配置和屏蔽。

中斷初始化函數(shù)介紹

為了方便進(jìn)一步講解，我們先打開Nuclei Board Labs中exti_key_interrupt實(shí)驗(yàn)的main.c函數(shù)源碼。其中，main函數(shù)調(diào)用的“ECLIC_Register_IRQ”函數(shù)就是中斷配置函數(shù)。截取ECLIC初始化函數(shù)代碼如下：/* ECLIC config */
returnCode = ECLIC_Register_IRQ( EXTI0_IRQn, ECLIC_NON_VECTOR_INTERRUPT,
ECLIC_LEVEL_TRIGGER,
1,
0,
NULL);

在《RVMCU課堂[10]——處理器內(nèi)部中斷篇》已經(jīng)對(duì)此函數(shù)各參數(shù)的作用有了比較詳細(xì)的介紹，在這里我們只講一下會(huì)產(chǎn)生疑惑的兩個(gè)參數(shù)，也就是第一個(gè)和最后一個(gè)參數(shù)。

第一個(gè)參數(shù)設(shè)置要配置的中斷號(hào)。這里我們講解一下如何確定這個(gè)參數(shù)的值。已知實(shí)驗(yàn)要使用外部按鍵接GPIO觸發(fā)外部中斷，那么我們從按鍵看起。

RV-STAR的按鍵的電路原理圖如下：

可以看到，按鍵接到了PA0引腳上。接下來我們查閱GD32VF103用戶手冊(cè)的第六章：中斷/事件控制器（EXTI），發(fā)現(xiàn)PA0對(duì)應(yīng)的EXTI中斷源為0號(hào)。

由此可知，我們知道本次實(shí)驗(yàn)使用的GPIO引腳PA0對(duì)應(yīng)的是EXTI0，所以這里是EXTI0中斷。所有可用的中斷號(hào)都在“IRQn_Type”枚舉當(dāng)中，在gd32vf103.h文件當(dāng)中可以查看RV-STAR的所有中斷號(hào)。可以看出，從19號(hào)開始后面的都是外部中斷，如果配置不同的中斷，需要修改此參數(shù)為對(duì)應(yīng)的中斷號(hào)。

最后一個(gè)參數(shù)配置的是中斷處理函數(shù)。直接來看的話，雖然這里寫的是“NULL”，但是并不代表沒有中斷處理函數(shù)。RV-STAR的中斷向量表是存儲(chǔ)在flash當(dāng)中的，這就意味著運(yùn)行時(shí)不能直接修改其中的數(shù)據(jù)，所以在不修改源碼的情況下，RV-STAR不能通過這個(gè)參數(shù)修改中斷向量表。這里填寫任何函數(shù)，都不會(huì)修改這個(gè)中斷號(hào)對(duì)應(yīng)的中斷處理函數(shù)的地址。所以這個(gè)參數(shù)寫“NULL”，實(shí)際上還是使用中斷向量表里面的默認(rèn)函數(shù)。

后面的“EXTI0_IRQHandler”函數(shù)就是外部中斷0的默認(rèn)中斷處理函數(shù)。詳細(xì)的中斷向量表可以在startup_gd32vf103.S文件開頭部分查看，這里就不一一列舉。

中斷處理函數(shù)介紹

知道了中斷處理函數(shù)是什么，我們?cè)倩氐絤ain.c當(dāng)中，找到“EXTI0_IRQHandler”函數(shù)，具體內(nèi)容如下：

void EXTI0_IRQHandler(void)
{
if (RESET != exti_interrupt_flag_get(WAKEUP_KEY_PIN)){

if(RESET == gd_rvstar_key_state_get(KEY_WAKEUP)){
/* toggle RED led */
gd_rvstar_led_toggle(LED3);
}
}
/* clear EXTI lines pending flag */
exti_interrupt_flag_clear(WAKEUP_KEY_PIN);
}

中斷處理函數(shù)中開始是按鍵去抖。之后切換LED的狀態(tài)，也就是由亮到滅或者由滅到亮。最后一步是清除EXTI0的中斷等待標(biāo)志。

因?yàn)槭褂玫氖?/span>中斷的非向量處理模式，所以在執(zhí)行中斷處理函數(shù)前會(huì)跳轉(zhuǎn)到非向量中斷統(tǒng)一的中斷入口，保存上下文入棧，再跳轉(zhuǎn)至對(duì)應(yīng)的中斷處理函數(shù)中執(zhí)行里面的指令，所以函數(shù)內(nèi)不需要手動(dòng)增加保存上下文和恢復(fù)上下文的操作。

完整實(shí)例

為了便于理解外部中斷程序，我們以Nuclei Board Labs中exti_key_interrupt實(shí)驗(yàn)為實(shí)例，實(shí)際感受一下外部中斷的流程。

新建一個(gè)RV-STAR的helloworld工程，具體步驟請(qǐng)參考往期內(nèi)容。

打開Nuclei Board Labs中的exti_key_interrupt文件夾，復(fù)制main.c的內(nèi)容替換之前新建的helloworld工程main.c的內(nèi)容。

工程運(yùn)行框圖如下：

在main函數(shù)當(dāng)中，一開始是一系列的初始化內(nèi)容，包括開發(fā)板初始化，外部中斷初始化和ECLIC初始化。

• 開發(fā)板初始化（Board Config）包含開發(fā)板上LED3初始化和按鍵初始化。

  
  

• 外部中斷初始化（EXTI config）包含按鍵外部中斷初始化，主要是GPIO的配置。

  
  

• ECLIC初始化（ECLIC config）是之前講的ECLIC初始化函數(shù)。

  
  

以上初始化完成后，main函數(shù)執(zhí)行while(1)循環(huán)，等待中斷的到來。

當(dāng)按下PA0按鍵，觸發(fā)外部中斷，進(jìn)入外部中斷處理函數(shù)當(dāng)中，按鍵彈起，執(zhí)行LED狀態(tài)轉(zhuǎn)換的功能，最后退出中斷處理函數(shù)。

例子main函數(shù)代碼和對(duì)照介紹如下：int main(void)
{
int32_t returnCode;

/* Board Config */
gd_rvstar_led_init(LED3);
gd_rvstar_key_init(WAKEUP_KEY_GPIO_PORT,KEY_MODE_EXTI);

/* EXIT config */
key_exti_init();

/* ECLIC config */
returnCode = ECLIC_Register_IRQ(EXTI0_IRQn, ECLIC_NON_VECTOR_INTERRUPT,
ECLIC_LEVEL_TRIGGER, 1, 0, NULL);

/* Enable interrupts in general */
__enable_irq();

while(1);
return 0;
}

實(shí)際運(yùn)行

工程新建完畢，需要在Launchbar工具中切換使用openocd的debug配置，如下圖：

點(diǎn)擊編譯工程，再點(diǎn)擊Debug下拉框切換為Run，點(diǎn)擊開始運(yùn)行。下載結(jié)束記得點(diǎn)擊關(guān)閉openocd。

最終運(yùn)行效果如下：

每當(dāng)按鍵抬起，led的狀態(tài)切換一次。