文章目录
- 一、中断的硬件框架
- 1.1 中断路径上的3个部件
- 1.2 STM32F103的GPIO中断
- 1.2.1 GPIO控制器
- 1.2.2 EXTI
- 1.2.3 NVIC
- 1.2.4 CPU
- 1. PRIMASK
- 2. FAULTMASK
- 3. BASEPRI
- 1.3 STM32MP157的GPIO中断
- 1.3.1 GPIO控制器
- 1.3.2 EXTI
- 1. 设置`EXTImux`
- 2. 设置`Event Trigger`
- 3. 设置`Masking`
- 4. 查看中断状态、清中断
- 1.3.3 GIC
- 1.3.4 CPU
- 1.4 IMX6ULL的GPIO中断
- 1.4.1 GPIO控制器
- 1. 配置GPIO中断
- 2. 使能GPIO中断
- 3. 判断中断状态、清中断
- 1.4.2 GIC
- 1.4.3 CPU
- 二、GPIO中断编程
- 2.1 查看原理图确定引脚
- 2.2 STM32F103的GPIO中断
- 2.2.1 GPIO控制器
- 2.2.2 EXTI
- 2.2.3 NVIC
- 2.2.4 CPU
- 1. PRIMASK
- 2. FAULTMASK
- 3. BASEPRI
- 2.3 代码操作
一、中断的硬件框架
1.1 中断路径上的3个部件
- 中断源
中断源多种多样,比如GPIO、定时器、UART、DMA等等。
它们都有自己的寄存器,可以进行相关设置:使能中断、中断状态、中断类型等等。 - 中断控制器
各种中断源发出的中断信号,汇聚到中断控制器。
可以在中断控制器中设置各个中断的优先级。
中断控制器会向CPU发出中断信号,CPU可以读取中断控制器的寄存器,判断当前处理的是哪个中断。
中断控制器有多种实现,比如:- STM32F103中被称为NVIC:Nested vectored interrupt controller(嵌套向量中断控制器)
- ARM9中一般是芯片厂家自己实现的,没有统一标准
- Cortex A7中使用GIC(Generic Interrupt Controller)
- CPU
CPU每执行完一条指令,都会判断一下是否有中断发生了。
CPU也有自己的寄存器,可以设置它来使能/禁止中断,这是中断处理的总开关。
1.2 STM32F103的GPIO中断
参考资料:STM32F103数据手册.pdf
、ARM Cortex-M3与Cortex-M4权威指南.pdf
、PM0056.pdf
对于GPIO中断,STM32F103又引入了External interrupt/event controller (EXTI)
。
用来设置GPIO的中断类型,如下图:
EXTI可以给NVIC提供16个中断信号:EXTI0~EXTI15。
EXTI为开关一,决定了中断外部中断是否能发给NVIC;NVIC为开关二,决定了NVIC中断能否发送给CPU;CPU为开关三,决定了CPU是否处理中断。
那么某个EXTIx,它来自哪些GPIO呢?这需要设置GPIO控制器。
1.2.1 GPIO控制器
STM32F103的GPIO控制器中有AFIO_EXTICR1~AFIO_EXTICR4一共4个寄存器
名为:External interrupt configuration register,外部中断配置寄存器。
用来选择某个外部中断EXTIx的中断源,示例如下:
注意:从上图可知,EXTI0只能从PA0、……、PG0中选择一个,这也意味着PA0、……、PG0中只有一个引脚可以用于中断。这跟其他芯片不一样,很多芯片的任一GPIO引脚都可以同时用于中断。
1.2.2 EXTI
在GPIO控制器中,可以设置某个GPIO引脚作为中断源,给EXTI提供中断信号。
但是,这个中断的触发方式是怎么的?高电平触发、低电平触发、上升沿触发、下降沿触发?
这需要进一步设置。
EXTI框图如下:
沿着上面框图中的红线,我们要设置:
- Falling trigger selection register:是否选择下降沿触发
- Rising trigger selection register:是否选择上升沿触发
- Interrupt mask register:是否屏蔽中断
当发生中断时,可以读取下列寄存器判断是否发生了中断、发生了哪个中断:
- Pending reqeust register
要使用EXTI,流程如下:
翻译如下:
- 配置EXTI_IMR:允许EXTI发出中断
- 配置EXTI_RTSR、EXTI_FTSR,选择中断触发方式
- 配置NVIC中的寄存器,允许NVIC把中断发给CPU
1.2.3 NVIC
多个中断源汇聚到NVIC,NVIC的职责就是从多个中断源中取出优先级最高的中断,向CPU发出中断信号。
处理中断时,程序可以写NVIC的寄存器,清除中断。
涉及的寄存器:
我们暂时只需要关注:ISER(中断设置使能寄存器)、ICPR(中断清除挂起寄存器)。
要注意的是,这些寄存器有很多个,比如ISER0、ISER1等等。里面的每一位对应一个中断。
ISER0中的bit0对应异常向量表中的第16项(向量表从第0项开始),如下图:
1.2.4 CPU
cortex M3/M4处理器内部有这几个寄存器:
1. PRIMASK
把PRIMASK的bit0设置为1,就可以屏蔽所有优先级可配置的中断。
可以使用这些指令来设置它:
CPSIE I ; 清除PRIMASK,使能中断
CPSID I ; 设置PRIMASK,禁止中断
或者:
MOV R0, #1
MSR PRIMASK R0 ; 将1写入PRIMASK禁止所有中断
MOV R0, #0
MSR PRIMASK, R0 ; 将0写入PRIMASK使能所有中断
2. FAULTMASK
FAULTMASK和PRIMASK很像,它更进一步,出来一般的中断外,把HardFault都禁止了。
只有NMI可以发生。
可以使用这些指令来设置它:
CPSIE F ; 清除FAULTMASK
CPSID F ; 设置FAULTMASK
或者:
MOV R0, #1
MSR FAULTMASK R0 ; 将1写入FAULTMASK禁止中断
MOV R0, #0
MSR FAULTMASK, R0 ; 将0写入FAULTMASK使能中断
3. BASEPRI
BASEPRI用来屏蔽这些中断:它们的优先级,其值大于或等于BASEPRI。
可以使用这些指令来设置它:
MOVS R0, #0x60
MSR BASEPRI, R0 ; 禁止优先级在0x60~0xFF间的中断
MRS R0, BASEPRI ; 读取BASEPRI
MOVS R0, #0
MSR BASEPRI, R0 ; 取消BASEPRI屏蔽
1.3 STM32MP157的GPIO中断
STM32MP157的GPIO中断在硬件上的框架,跟STM32F103是类似的。
它们的中断控制器不一样,STM32MP157中使用的是GIC:
EXTI为开关一,决定了外部中断是否能发送给GIC;GIC为开关二,决定了中断能否发给CPU;CPU为开关三,决定了CPU是否会处理该中断。
1.3.1 GPIO控制器
对于STM32MP157,除了把GPIO引脚配置为输入功能外,GPIO控制器里没有中断相关的寄存器。
请参考前面的课程《01_使用按键控制LED(STM32MP157)》。
1.3.2 EXTI
GPIO引脚可以向CPU发出中断信号,所有的GPIO引脚都可以吗?
不是的,需要在EXTI控制器中设置、选择。
GPIO引脚触发中断的方式是怎样的?高电平触发、低电平触发、上升沿触发、下降沿触发?
这需要进一步设置。
这些,都是在EXTI中配置,EXTI框图如下:
沿着红线走:
1. 设置EXTImux
选择哪些GPIO可以发出中断。
只有16个EXTI中断,从EXTI0~EXTI15;每个EXTIx中断只能从PAx、PBx、……中选择某个引脚,如下图所示:
注意:从上图可知,EXTI0只能从PA0、……中选择一个,这也意味着PA0、……中只有一个引脚可以用于中断。这跟其他芯片不一样,很多芯片的任一GPIO引脚都可以同时用于中断。
通过EXTI_EXTICR1等寄存器来设置EXTIx的中断源是哪个GPIO引脚,入下图所示:
2. 设置Event Trigger
设置中断触发方式:
3. 设置Masking
允许某个EXTI中断:
4. 查看中断状态、清中断
1.3.3 GIC
ARM体系结构定义了通用中断控制器(GIC),该控制器包括一组用于管理单核或多核系统中的中断的硬件资源。GIC提供了内存映射寄存器,可用于管理中断源和行为,以及(在多核系统中)用于将中断路由到各个CPU核。它使软件能够屏蔽,启用和禁用来自各个中断源的中断,以(在硬件中)对各个中断源进行优先级排序和生成软件触发中断。它还提供对TrustZone安全性扩展的支持。GIC接受系统级别中断的产生,并可以发信号通知给它所连接的每个内核,从而有可能导致IRQ或FIQ异常发生。
GIC比较复杂,下一个视频再详细讲解。
1.3.4 CPU
CPU的CPSR寄存器中有一位:I位,用来使能/禁止中断。
可以使用以下汇编指令修改I位:
CPSIE I ; 清除I位,使能中断
CPSID I ; 设置I位,禁止中断
1.4 IMX6ULL的GPIO中断
IMX6ULL的GPIO中断在硬件上的框架,跟STM32MP157是类似的。
IMX6ULL中没有EXTI控制器,对GPIO的中断配置、控制,都在GPIO模块内部实现:
1.4.1 GPIO控制器
1. 配置GPIO中断
每组GPIO中都有对应的GPIOx_ICR1、GPIOx_ICR2寄存器(interrupt configuration register )。
每个引脚都可以配置为中断引脚,并配置它的触发方式:
2. 使能GPIO中断
3. 判断中断状态、清中断
1.4.2 GIC
ARM体系结构定义了通用中断控制器(GIC),该控制器包括一组用于管理单核或多核系统中的中断的硬件资源。GIC提供了内存映射寄存器,可用于管理中断源和行为,以及(在多核系统中)用于将中断路由到各个CPU核。它使软件能够屏蔽,启用和禁用来自各个中断源的中断,以(在硬件中)对各个中断源进行优先级排序和生成软件触发中断。它还提供对TrustZone安全性扩展的支持。GIC接受系统级别中断的产生,并可以发信号通知给它所连接的每个内核,从而有可能导致IRQ或FIQ异常发生。
GIC比较复杂,下一个视频再详细讲解。
1.4.3 CPU
CPU的CPSR寄存器中有一位:I位,用来使能/禁止中断。
可以使用以下汇编指令修改I位:
CPSIE I ; 清除I位,使能中断
CPSID I ; 设置I位,禁止中断
二、GPIO中断编程
目的:实现KEY1中断,按下、松开按键,串口输出相应信息。
2.1 查看原理图确定引脚
- STM32F103按键原理图
-
KEY1用的是PA0引脚
2.2 STM32F103的GPIO中断
参考资料:STM32F103数据手册.pdf
、ARM Cortex-M3与Cortex-M4权威指南.pdf
、PM0056.pdf
对于GPIO中断,STM32F103又引入了External interrupt/event controller (EXTI)
。
用来设置GPIO的中断类型,如下图:
EXTI可以给NVIC提供16个中断信号:EXTI0~EXTI15。
那么某个EXTIx,它来自哪些GPIO呢?这需要设置GPIO控制器。
2.2.1 GPIO控制器
STM32F103的GPIO控制器中有AFIO_EXTICR1~AFIO_EXTICR4一共4个寄存器
名为:External interrupt configuration register,外部中断配置寄存器。
用来选择某个外部中断EXTIx的中断源,示例如下:
注意:从上图可知,EXTI0只能从PA0、……、PG0中选择一个,这也意味着PA0、……、PG0中只有一个引脚可以用于中断。这跟其他芯片不一样,很多芯片的任一GPIO引脚都可以同时用于中断。
在GPIO控制器这部分创建一个key.c,使按键PA0以EXTI0发出中断,这里会写一个AFIO结构体,方便后续代码:
typedef struct
{
volatile unsigned int EVCR;
volatile unsigned int MAPR;
volatile unsigned int EXTICR[4];
volatile unsigned int RESERVED0;
volatile unsigned int MAPR2;
} AFIO_TypeDef;
2.2.2 EXTI
在GPIO控制器中,可以设置某个GPIO引脚作为中断源,给EXTI提供中断信号。
但是,这个中断的触发方式是怎么的?高电平触发、低电平触发、上升沿触发、下降沿触发?
这需要进一步设置。
EXTI框图如下:
沿着上面框图中的红线,我们要设置:
- Falling trigger selection register:是否选择下降沿触发
- Rising trigger selection register:是否选择上升沿触发
- Interrupt mask register:是否屏蔽中断
当发生中断时,可以读取下列寄存器判断是否发生了中断、发生了哪个中断:
- Pending reqeust register
要使用EXTI,流程如下:
翻译如下:
- 配置EXTI_IMR:允许EXTI发出中断
- 配置EXTI_RTSR、EXTI_FTSR,选择中断触发方式
- 配置NVIC中的寄存器,允许NVIC把中断发给CPU
在设置EXTI此处,主要做两件事:① 由于前面设置的是按键为中断源,所以这里设置双边沿触发,同时使能EXTI能够向NVIC发出中断;② 清除EXTI中断,如果不清除中断,当按下按键后松手会一直触发中断,而清除中断需要从根源开始,GPIO中没有相关寄存器,所以从EXTI开始清除。这里会写一个EXTI结构体,方便后续代码:
typedef struct
{
volatile unsigned int IMR;
volatile unsigned int EMR;
volatile unsigned int RTSR;
volatile unsigned int FTSR;
volatile unsigned int SWIER;
volatile unsigned int PR;
} EXTI_TypeDef;
2.2.3 NVIC
多个中断源汇聚到NVIC,NVIC的职责就是从多个中断源中取出优先级最高的中断,向CPU发出中断信号。
处理中断时,程序可以写NVIC的寄存器,清除中断。
涉及的寄存器:
我们暂时只需要关注:ISER(中断设置使能寄存器)、ICPR(中断清除挂起寄存器)。
要注意的是,这些寄存器有很多个,比如ISER0、ISER1等等。里面的每一位对应一个中断。
ISER0中的bit0对应异常向量表中的第16项(向量表从第0项开始),如下图:
在这里主要做两件事:① 使能NVIC,让中断能够发送给CPU,而发送过来的中断为EXTI0,EXTI0对应异常向量表的第六项,将其设置为1即可;② 清除NVIC,这里NVIC接受的是来自EXTI0的中断,所以将上图寄存器的第6位(对应异常向量表第六项)设置为1即可。这里会写一个NVIC结构体,方便后续代码:
typedef struct
{
volatile unsigned int ISER[8]; /*!< Offset: 0x000 (R/W) Interrupt Set Enable Register */
volatile unsigned int RESERVED0[24];
volatile unsigned int ICER[8]; /*!< Offset: 0x080 (R/W) Interrupt Clear Enable Register */
volatile unsigned int RSERVED1[24];
volatile unsigned int ISPR[8]; /*!< Offset: 0x100 (R/W) Interrupt Set Pending Register */
volatile unsigned int RESERVED2[24];
volatile unsigned int ICPR[8]; /*!< Offset: 0x180 (R/W) Interrupt Clear Pending Register */
volatile unsigned int RESERVED3[24];
volatile unsigned int IABR[8]; /*!< Offset: 0x200 (R/W) Interrupt Active bit Register */
volatile unsigned int RESERVED4[56];
volatile unsigned char IP[240]; /*!< Offset: 0x300 (R/W) Interrupt Priority Register (8Bit wide) */
volatile unsigned int RESERVED5[644];
volatile unsigned int STIR; /*!< Offset: 0xE00 ( /W) Software Trigger Interrupt Register */
} NVIC_Type;
2.2.4 CPU
cortex M3/M4处理器内部有这几个寄存器:
1. PRIMASK
把PRIMASK的bit0设置为1,就可以屏蔽所有优先级可配置的中断。
可以使用这些指令来设置它:
CPSIE I ; 清除PRIMASK,使能中断
CPSID I ; 设置PRIMASK,禁止中断
或者:
MOV R0, #1
MSR PRIMASK R0 ; 将1写入PRIMASK禁止所有中断
MOV R0, #0
MSR PRIMASK, R0 ; 将0写入PRIMASK使能所有中断
2. FAULTMASK
FAULTMASK和PRIMASK很像,它更进一步,出来一般的中断外,把HardFault都禁止了。
只有NMI可以发生。
可以使用这些指令来设置它:
CPSIE F ; 清除FAULTMASK
CPSID F ; 设置FAULTMASK
或者:
MOV R0, #1
MSR FAULTMASK R0 ; 将1写入FAULTMASK禁止中断
MOV R0, #0
MSR FAULTMASK, R0 ; 将0写入FAULTMASK使能中断
3. BASEPRI
BASEPRI用来屏蔽这些中断:它们的优先级,其值大于或等于BASEPRI。
可以使用这些指令来设置它:
MOVS R0, #0x60
MSR BASEPRI, R0 ; 禁止优先级在0x60~0xFF间的中断
MRS R0, BASEPRI ; 读取BASEPRI
MOVS R0, #0
MSR BASEPRI, R0 ; 取消BASEPRI屏蔽
2.3 代码操作
main.c
key_init();
exti_init();
nvic_init();
key.c
#include "string.h"
#include "exti.h"
#include "nvic.h"
typedef struct
{
volatile unsigned int EVCR;
volatile unsigned int MAPR;
volatile unsigned int EXTICR[4];
volatile unsigned int RESERVED0;
volatile unsigned int MAPR2;
} AFIO_TypeDef;
void key_init(void)
{
AFIO_TypeDef *afio = (AFIO_TypeDef *)0x40010000;
unsigned int *pReg;
unsigned int *pRegA;
/* 1.初始化GPIO引脚PA0,设置为输入引脚 */
/* GPIOA */
pReg = (unsigned int *)(0x40021000 + 0x18);
*pReg |= (1<<2);
/* 设置GPIOA0为输入引脚 */
pRegA = (unsigned int *)(0x40010800 + 0x00);
*pRegA &= ~(3); //设置为输入模式 这里需要把MODE0写成00 先写入11(3用8421就是11) 再取反得到00 /* mode0 = 0b00 */
*pRegA &= ~(3<<2); //先清除CNF0中的数据 即先全部写成00 3对应8421就是11 取反得到00 /* cnf0 = 0b00 */
*pRegA |= (1<<2); //1用8421对应CNF0就是01 写入后配置成浮空输入模式 /* cnf0 = 0b01 */
/* GPIOA的数据输入寄存器 */
pRegA = (unsigned int *)(0x40010800 + 0x08);
/* 2.设置为EXTI0 */
afio->EXTICR[0] &= ~0xf; //AFIO的EXTICR[0]寄存器0000对应PA0
}
void EXTI0_IRQHandler(void)
{
unsigned int * pRegA = (unsigned int *)(0x40010800 + 0x08);
/* 读取GPIOA input data register */
if ((*pRegA & (1<<0)) == 0) /* KEY1被按下(PA0对应IDR0 只需要判断与上IDR0后是否为0) */
{
puts("KEY1 pressed!\n\r"); /* 设置GPIOB0输出0 */
}
else
{
puts("KEY1 released!\n\r"); /* 设置GPIOB0输出1 */
}
/* 清除中断 */
exti_clear_int(0); //清除exti0
nvic_clear_int(6); //清除NVIC
}
exti.c
typedef struct
{
volatile unsigned int IMR;
volatile unsigned int EMR;
volatile unsigned int RTSR;
volatile unsigned int FTSR;
volatile unsigned int SWIER;
volatile unsigned int PR;
} EXTI_TypeDef;
void exti_init(void)
{
EXTI_TypeDef *exti = (EXTI_TypeDef *)0x40010400;
/* 1.设置触发方式:双边沿触发 */
exti->RTSR |= (1<<0); //上升沿触发
exti->FTSR |= (1<<0); //上降沿触发
/* 2.使能中断(作为开关1):能够向NVIC发出中断 */
exti->IMR |= (1<<0);
}
void exti_clear_int(int bit)
{
EXTI_TypeDef *exti = (EXTI_TypeDef *)0x40010400;
exti->PR |= (1<<bit); //输入bit后会清楚对应的exit[bit] 前面选择exti0 所以主函数应该会清除exti0
}
nvic.c
typedef struct
{
volatile unsigned int ISER[8]; /*!< Offset: 0x000 (R/W) Interrupt Set Enable Register */
volatile unsigned int RESERVED0[24];
volatile unsigned int ICER[8]; /*!< Offset: 0x080 (R/W) Interrupt Clear Enable Register */
volatile unsigned int RSERVED1[24];
volatile unsigned int ISPR[8]; /*!< Offset: 0x100 (R/W) Interrupt Set Pending Register */
volatile unsigned int RESERVED2[24];
volatile unsigned int ICPR[8]; /*!< Offset: 0x180 (R/W) Interrupt Clear Pending Register */
volatile unsigned int RESERVED3[24];
volatile unsigned int IABR[8]; /*!< Offset: 0x200 (R/W) Interrupt Active bit Register */
volatile unsigned int RESERVED4[56];
volatile unsigned char IP[240]; /*!< Offset: 0x300 (R/W) Interrupt Priority Register (8Bit wide) */
volatile unsigned int RESERVED5[644];
volatile unsigned int STIR; /*!< Offset: 0xE00 ( /W) Software Trigger Interrupt Register */
} NVIC_Type;
void nvic_init(void)
{
NVIC_Type * nvic = (NVIC_Type *)0xE000E100;
/* 使能EXTI0中断作为开关2(EXTI0对应异常向量表中的第六项 将其设置为1即可使能) */
nvic->ISER[0] |= (1<<6);
}
void nvic_clear_int(int bit)
{
NVIC_Type * nvic = (NVIC_Type *)0xE000E100;
if (bit <= 31)
nvic->ICPR[0] |= (1<<bit); //输入bit后会清除异常向量表中对应的中断 这里为EXTIO 所以主函数使用时应该输入6
}
start.s
现象:之前发生的异常能够正常解决处理,同时按下按键会打印对应现象