正点原子[第二期]Linux之ARM（MX6U）裸机篇学习笔记-15.6讲 GPIO中断实验-GPIO驱动添加中断处理函数

news2024/9/20 22:46:23

前言：

本文是根据哔哩哔哩网站上“正点原子[第二期]Linux之ARM（MX6U）裸机篇”视频的学习笔记，在这里会记录下正点原子 I.MX6ULL 开发板的配套视频教程所作的实验和学习笔记内容。本文大量引用了正点原子教学视频和链接中的内容。

引用：

正点原子IMX6U仓库 (GuangzhouXingyi) - Gitee.com

《【正点原子】I.MX6U嵌入式Linux驱动开发指南V1.5.2.pdf》

正点原子资料下载中心 — 正点原子资料下载中心 1.0.0 文档

正文：

本文是 “正点原子[第二期]Linux之ARM（MX6U）裸机篇--第15.6 讲” 的读书笔记。第15讲主要是介绍I.MX6U处理器GPIO中断控制实验。本节将参考正点原子的视频教程第15讲和配套的正点原子开发指南文档进行学习。

在第15.6讲视频教程中，正点原子会讲解了如何初始化gpio支持中断模式，并且如何启用gpio中断，如何关闭gpio中断，如何读取gpio的中断标志位，在中断处理结束之后如何清除gpio外设的中断标志位。

0. 概述

本章实验的功能和之前按键控制蜂鸣器的实验一样，只是按键采用中断的方式来处理。当按下KEY0以后就打开蜂鸣器，再次按下蜂鸣器KEY0就关闭蜂鸣器。

1. gpio按键电路原理分析

如之前按键KEY实验中分析的过的，正点原子I.MX6ULL ALPHA/Mini开发板的按键KEY0接 I.MX6ULL 处理器的 "UART1_CTS_B" 引脚。

当按键KEY0按下时，当默认按键松开时GPIO读取到高电平，当按键按下时GPIO读取到低电平。通过读取GPIO输入引脚的电平，当读取到低电平是说明按键KEY0被按下。

1.2 按键消抖

当然，如之前按键KEY0实验分析的那样还需要在检测到KEY0被按下时对按键进行消抖处理，防止按键按下瞬间的高低电平抖动操作按键被判断为多次误触发。

理想的按键的按键电平变化

实际按键的电平变化过程

2. 配置GPIO复用，GPIO方向

将I.MX6U处理器的 "UART1_CTS_B" 引脚配置为按键KEY0的gpio引脚输入input模式需要如下几步，我们在之前的按键实验里已经分析过，这里不再详细描述。

  1. 配置 "UART1_CTS_B" 引脚复用为 GPIO1_IO18 模式
  2. 配置"UART1_CTS_B" 引脚的电气特性，包括压摆率，下拉电阻，磁滞特性，等属性。
  3. 配置GPIOx_GIDR 寄存器，设置GPIO的输出方向是Output输出还是Input输入。
  4. 对于GPIO输出模式的话，写GPIOx_DR寄存器的对应bit位来控制GPIO的输出是低电平还是高高电平。

3. 配置GPIO中断模式

GPIO引脚作为input输入时可以根据GPIO引脚上的电平变化来触发中断，我们可以通过按键KEY0的 GPIO1_IO18 引脚的电平变化来触发gpio中断的方式来检测按键是否被按下。

在之前的按键KEY0实验里，我们通过处理器不断地循环来检测按键是否被按下，当处理器不停的循环检测按键的电平时处理器什么也不能干，这就造成了处理器资源的浪费。使用中断的方式可以极大的提高处理器系统的运行效率。

I.MX6U 处理器的GPIO输入接口中断通过寄存器 "GPIOx_ICR1, GPIOx_MR, GPIOx_ISR, GPIOx_EDGE_SEL" 来配置启用/关闭，GPIO输入中断触发类型（低电平触发，高电频触发，电平下降沿触发，电平上上沿触发，电平上升下降沿都触发）。

GPIO1_IO18 引脚的GPIO中断配置需要如下步骤：

  1. 设置GPIOx->ICR寄存器配置，对应引脚bit位的GPIO输入信号中断触发类型，选择是低电平触发，高电平触发，电平下降沿触发，还是电平上升沿触发。
  2. 设置GPIOx->MR寄存器，对应引脚bit位来使能或关闭gpio输入中断触发。
  3. 在gpio中断处理完成之后向 GPIOx->ISR 寄存器的对应引脚bit位写1，来清除gpio外设的中断标志位。

4. GPIO中断处理函数编写

如上面分析，GPIO中断驱动函数编写需要初始化GPIO引脚的IO口复用模式，IO口的电气特性，GPIO的工作模式为输入模式，GPIO口使能输入信号中断触发，GPIO口的输入信号中断触发方式，以及在处理完GPIO口的中断ID之后写1清楚对应的中断标志位。

在bsp/bsp_gpio.h中增加 GPIO 输入信号中断出发类型的枚举类型定义 ‘enum _gpio_int_mode’：

#ifndef __BSP_GPIO_H__
#define __BSP_GPIO_H__

#include "MCIMX6Y2.h"
#include "fsl_iomuxc.h"
#include "cc.h"


typedef enum _gpio_int_mode
{
	kGPIO_Noint 		 			= 0,
	kGPIO_LowInterrupt				= 1,
	kGPIO_HighInterrupt				= 2,
	kGPIO_RaisingEdgeInt			= 3,
	kGPIO_FalllingEdgeInt			= 4,
	kGPIO_FallingOrRaisingEdgeInt 	= 5,
} gpio_int_mode_t;

typedef enum _gpio_pin_direction
{
	kGPIO_DigitalOutput = 0U,	/*输出*/
	kGPIO_DigitalInput  = 1U,	/*输入*/
	
} gpio_pin_direction_t;

typedef struct _gpio_pin_config 
{
	gpio_pin_direction_t directioin;	/* GPIO 方向：输入还是输出 */
	int outputLogic; 					/* 如果是输出的话，默认输出电平 */
	gpio_int_mode_t intMode;			/* GPIO中断模式 */
} gpio_pin_config_t;


/* 初始化函数 */
void gpio_init(GPIO_Type *base, int pin, gpio_pin_config_t *config);
void gpio_pinwrite(GPIO_Type *base, int pin, int value);
int  gpio_pinread(GPIO_Type *base, int pin);

void gpio_intmode_config(GPIO_Type *base, int pin, gpio_int_mode_t mode);
void gpio_int_enable(GPIO_Type *base, int pin);
void gpio_int_disable(GPIO_Type *base, int pin);
void gpio_int_cleanFlag(GPIO_Type *base, int pin);

#endif

在 'gpio_init()’ 初始化函数总增加gpio输入信号中断触发模式配置函数，gpio中断触发启用函数，gpio中断触发关闭函数。

#include "bsp_gpio.h"


/*
 * @description 	: GPIO初始化。
 * @param - base 	: 要初始化的寄存器组。
 * @param - pin		: 要初始化的寄存器脚号。
 * @param - config	: GPIO 配置结构体。
 * @return 			: 无
 */
void gpio_init(GPIO_Type *base, int pin, gpio_pin_config_t *config)
{
	if(config)
	{
		if(config->directioin == kGPIO_DigitalOutput){
			base->GDIR |= (1<<pin);								/* 输出 */

			gpio_pinwrite(base, pin, config->outputLogic);		/* 默认输出电平 */
		}
		else if(config->directioin == kGPIO_DigitalInput){
			base->GDIR &= ~(1<<pin);							/* 输入 */
		}

		if(config->directioin == kGPIO_DigitalInput){
			gpio_intmode_config(base, pin, config->intMode);		/* gpio中断触发方式配置 */
		}
	}
}

/*
 * @description 	: 指定 GPIO 输出高或者低电平。
 * @param – base 	: 要输出的 GPIO 组。
 * @param – pin 	: 要输出的 GPIO 脚号。
 * @param - value	: 要输出的电平， 1 输出高电平， 0 输出低低电平
 * @return 			: 无
 */
void gpio_pinwrite(GPIO_Type *base, int pin, int value)
{
	if(value == 0)
		base->DR &= ~(1<<pin);
	else
		base->DR |= (1<<pin);
}

/*
 * @description 	: 读取指定 GPIO 的电平值。
 * @param – base 	: 要读取的 GPIO 组。
 * @param – pin 	: 要读取的 GPIO 脚号。
 * @return 			: 1 读取高电平， 0 读取低低电平。
 */
int  gpio_pinread(GPIO_Type *base, int pin)
{
	return ((base->DR >> pin) & 0x1);
}

/*
 * @description 	: 启用GPIO指定pin的中断。
 * @param – base 	: 要启用的 GPIO 组。
 * @param – pin 	: 要启用的 GPIO 脚号。
 * @return 			: 无。
 */
void gpio_int_enable(GPIO_Type *base, int pin)
{
	base->IMR |= (1 << pin);
}

/*
 * @description 	: 禁用GPIO指定pin的中断。
 * @param – base 	: 要禁用的 GPIO 组。
 * @param – pin 	: 要启用中断的 GPIO 脚号。
 * @return 			: 无。
 */
void gpio_int_disable(GPIO_Type *base, int pin)
{
	base->IMR &= ~(1 << pin);
}

/*
 * @description 	: 清除GPIO指定pin的中断标志。
 * @param – base 	: 要清除的 GPIO 组。
 * @param – pin 	: 要清除中断的 GPIO 脚号。
 * @return 			: 无。
 */
void gpio_int_cleanFlag(GPIO_Type *base, int pin)
{
	/* 写1清除对应的中断标志位 */
	base->ISR |= (1 << pin);
}

/*
 * @description 	: 设置GPIO中断触发类型。
 * @param – base 	: 要清除的 GPIO 组。
 * @param – pin 	: 要清除中断的 GPIO 脚号。
 * @return 			: 无。
 */
void gpio_intmode_config(GPIO_Type *base, int pin, gpio_int_mode_t mode)
{
	volatile unsigned int *icr;			/* volatile关键字要求立即写入内存，不要在寄存器中缓存 */
	unsigned int icrShift = pin;

	if(pin < 16)
	{
		icr = &base->ICR1;

	}
	else{
		icr = &base->ICR2;
		icrShift -= 16;
	}

	//我忘记了清理GPIO1->EDGESEL寄存器的对应pin
	base->EDGE_SEL &= ~(1 << pin);
	
	*icr &= ~(0x3 << (icrShift * 2));	/* 清零gpio->ICR 寄存器对应的位 */

	switch(mode)
	{
		case kGPIO_Noint:
			break;
		case kGPIO_LowInterrupt:
			*icr |= (0 << (icrShift * 2));
			break;
		case kGPIO_HighInterrupt:
			*icr |= (1 << (icrShift * 2));
			break;
		case kGPIO_RaisingEdgeInt:
			*icr |= (2 << (icrShift * 2));
			break;
		case kGPIO_FalllingEdgeInt:
			*icr |= (3 << (icrShift * 2));
			break;
		case kGPIO_FallingOrRaisingEdgeInt:
			base->EDGE_SEL |= (1 << pin);
			break;
	}
}

在 'gpio_intmode_config()' 中根据GPIO输入信号的中断触发类型设置对应的 GPIOx->CR1或者CPIOx->CR2寄存器对应bit位来选择GPIO输入信号中断触发类型。

4.1 KEY0 按键选择电平下降沿触发

根据正点原子I.MX6ULL ALPHA/Mini开发板的按键KEY0的电路原理图分析，当按下按键KEY0时GPIO1_IO18的输入信号从高电平变为低电平，所以我们的按键KEY0链接的GPIO1_IO18的输入中断触发方式选择为“电平下降沿触发”。

4.2 KEY0按键消抖

如之前KEY0按键实验中已经分析过得，我们物理按键不是理想的按键，在按键KEY0被按下的瞬间会有多次的电平高低跳变，按下按键一次可能或触发多次中断，所以需要在按键进行消抖。

5. 总结和实验遇到的问题记录

本节分析了将按键对应的GPIO口配置为gpio输入模式，并启用gpio口的中断触发，根据KEY0的电路原理图选择gpio口的中断触发类型。参考I.MX6ULL手册，将gpio输入模式的配置配置到 GPIOx->CR1, GPIOx->CRx, GPIOx->MR, GPIOx->ISR 寄存器里对应的bit位。

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