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RVMCU课堂「12」: 手把手教你玩转RVSTAR—外部中断篇

发表于 2021-04-25 09:24:27
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​外部中断是单片机实时地处理外部事件的一种机制。具体指的是,当某种外部事件发生时,单片机的中断系统迫使CPU暂停正在执行的程序,转而去进行中断事件的处理;中断处理完毕后,又返回被中断的程序处,继续执行下去。这里我们以Nuclei Board Labsexti_key_interrupt应用程序为例,简单讲解外部中断的非向量处理模式。


系统环境

Windows 10-64bit


软件平台

NucleiStudio IDE 202102版


硬件需求

RV-STAR开发板



中断知识介绍


外部中断处理介绍


在SoC层面,GD32VF103芯片有多个外部中断源,具体包含哪些外部中断,可以在GD32VF103用户手册第六章:中断/事件控制器(EXTI)中查看。

本次实验使用用户按键连接的GPIO作为外部中断触发源,经过SoC层面的中断/事件控制器(EXTI)检测后,再传递给增强的内核中断控制器(ECLIC),交由内核进行中断管理。

关于GPIO的使用请看《RVMCU课堂[11]——GPIO使用篇》,这里不做介绍。

中断/事件控制器(EXTI)的架构框图如下:




EXTI(中断/事件控制器)有19个独立的边沿检测单元,分别对应连接EXTI0~18,其中的16个中断源连接的是GPIO。EXTI有三种触发类型上升沿触发、下降沿触发和任意沿触发。EXTI中的每 一个边沿检测电路都可以独立配置和屏蔽。




中断初始化函数介绍


为了方便进一步讲解,我们先打开Nuclei Board Labsexti_key_interrupt实验的main.c函数源码。其中,main函数调用的“ECLIC_Register_IRQ”函数就是中断配置函数
截取ECLIC初始化函数代码如下:

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


《RVMCU课堂[10]——处理器内部中断篇》已经对此函数各参数的作用有了比较详细的介绍,在这里我们只讲一下会产生疑惑的两个参数,也就是第一个和最后一个参数。

第一个参数设置要配置的中断号。这里我们讲解一下如何确定这个参数的值。已知实验要使用外部按键接GPIO触发外部中断,那么我们从按键看起。

RV-STAR的按键的电路原理图如下:




可以看到,按键接到了PA0引脚上。接下来我们查阅GD32VF103用户手册的第六章:中断/事件控制器(EXTI),发现PA0对应的EXTI中断源为0号。

由此可知,我们知道本次实验使用的GPIO引脚PA0对应的是EXTI0,所以这里是EXTI0中断。所有可用的中断号都在“IRQn_Type”枚举当中,在gd32vf103.h文件当中可以查看RV-STAR的所有中断号。可以看出,从19号开始后面的都是外部中断,如果配置不同的中断,需要修改此参数为对应的中断号。

最后一个参数配置的是中断处理函数。直接来看的话,虽然这里写的是“NULL”,但是并不代表没有中断处理函数。RV-STAR的中断向量表是存储在flash当中的,这就意味着运行时不能直接修改其中的数据,所以在不修改源码的情况下,RV-STAR不能通过这个参数修改中断向量表。这里填写任何函数,都不会修改这个中断号对应的中断处理函数的地址。所以这个参数写“NULL”,实际上还是使用中断向量表里面的默认函数。

后面的“EXTI0_IRQHandler”函数就是外部中断0的默认中断处理函数。详细的中断向量表可以在startup_gd32vf103.S文件开头部分查看,这里就不一一列举。




中断处理函数介绍


知道了中断处理函数是什么,我们再回到main.c当中,找到“EXTI0_IRQHandler”函数,具体内容如下:

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);
}

中断处理函数中开始是按键去抖。之后切换LED的状态,也就是由亮到灭或者由灭到亮。最后一步是清除EXTI0的中断等待标志。

因为使用的是中断的非向量处理模式,所以在执行中断处理函数前会跳转到非向量中断统一的中断入口,保存上下文入栈,再跳转至对应的中断处理函数中执行里面的指令,所以函数内不需要手动增加保存上下文和恢复上下文的操作。



完整实例

为了便于理解外部中断程序,我们以Nuclei Board Labs中exti_key_interrupt实验为实例,实际感受一下外部中断的流程

新建一个RV-STAR的helloworld工程,具体步骤请参考往期内容。

打开Nuclei Board Labs中的exti_key_interrupt文件夹,复制main.c的内容替换之前新建的helloworld工程main.c的内容。

工程运行框图如下:



在main函数当中,一开始是一系列的初始化内容,包括开发板初始化,外部中断初始化和ECLIC初始化。

  • 开发板初始化(Board Config)包含开发板上LED3初始化和按键初始化。

  • 外部中断初始化(EXTI config)包含按键外部中断初始化,主要是GPIO的配置。

  • ECLIC初始化(ECLIC config)是之前讲的ECLIC初始化函数。

以上初始化完成后,main函数执行while(1)循环,等待中断的到来。

当按下PA0按键,触发外部中断,进入外部中断处理函数当中,按键弹起,执行LED状态转换的功能,最后退出中断处理函数。

例子main函数代码和对照介绍如下:

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;
}





实际运行


工程新建完毕,需要在Launchbar工具中切换使用openocd的debug配置,如下图:



点击编译工程,再点击Debug下拉框切换为Run,点击开始运行。下载结束记得点击关闭openocd。

最终运行效果如下:


每当按键抬起,led的状态切换一次。





     实验完整资料

                                                      
实验源码:
https://github.com/Nuclei-Software/nuclei-board-labs/tree/master/rvstar/exti_key_interrupt

用户手册:

https://www.rvmcu.com/index.php?app=quickstart&ac=doc&u=pdf&id=11&code=091pH6ll2fWi974IGIll2Mb0Ym3pH6lp&state=1


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