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。
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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。
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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。
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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。