ARM裸機開發：輸入中斷（arm內核支持7種中斷）

文章目錄

ARM裸機開發：輸入中斷

一、硬件平臺：

二、原理圖分析

三、程序編寫

3.1 移植相關文件

3.2 編寫啟動文件

3.3 中斷處理程序

3.4 開啟輸入中斷

3.5 按鍵中斷編寫

3.6 編寫Makefile腳本

四、實驗現象

ARM裸機開發：輸入中斷

一、硬件平臺：

正點原子I.MX6U阿爾法開發板

二、原理圖分析

輸入中斷是配置GPIO作為輸入IO口，檢測按鍵引腳電平，當目標電平來到時產生中斷，進入中斷服務函數處理程序，I.MX6U的按鍵引腳如下：

可以看到按鍵引腳接到 GPIO1_IO18 口，按鍵的原理就是默認接一個上拉電阻，按鍵按下接地，可以有效控制 IO 電平

三、程序編寫

程序編寫前先復制上一節按鍵輸入的工程作為本小節的開始工程

3.1 移植相關文件

在 NXP 提供的 SDK 包內 core_ca7.h 有相關的定義文件，為了節省開發時間，我們將其移植到本地工程目錄；注意該文件要做一些修改，刪除一些不必要的內容，不然會保存，這里我直接復制正點原子修改后的文件到工程目錄下：

該文件下面我們只需要注意 10 個API函數，函數如下：

文件添加后使用如下頭文件調用

#include "core_ca7.h"

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3.2 編寫啟動文件

SDK 添加完成之后就是修改啟動文件，定義系統中斷服務函數，修改 IRQ 中斷，判斷中斷類型，進入不同的中斷服務函數，啟動文件編寫如下：

首先編寫全局標號，進入 _start 函數，在里面創建中斷向量表

.global _start /* 全局標號 */ /* * 描述： _start函數，首先是中斷向量表的創建 * 參考文檔:ARM Cortex-A(armV7)編程手冊V4.0.pdf P42，3 ARM Processor Modes and Registers（ARM處理器模型和寄存器） * ARM Cortex-A(armV7)編程手冊V4.0.pdf P165 11.1.1 Exception priorities(異常) */ _start: ldr pc, =Reset_Handler /* 復位中斷 */ ldr pc, =Undefined_Handler /* 未定義中斷 */ ldr pc, =SVC_Handler /* SVC(Supervisor)中斷 */ ldr pc, =PrefAbort_Handler /* 預取終止中斷 */ ldr pc, =DataAbort_Handler /* 數據終止中斷 */ ldr pc, =NotUsed_Handler /* 未使用中斷 */ ldr pc, =IRQ_Handler /* IRQ中斷 */ ldr pc, =FIQ_Handler /* FIQ(快速中斷)未定義中斷 */

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編寫對應的中斷服務函數，這里除了 Reset_Handler 和 IRQ_Handler 我們需要關注一下，其他的都暫時先編寫為死循環：

/* 未定義中斷 */ Undefined_Handler: ldr r0, =Undefined_Handler bx r0 /* SVC中斷 */ SVC_Handler: ldr r0, =SVC_Handler bx r0 /* 預取終止中斷 */ PrefAbort_Handler: ldr r0, =PrefAbort_Handler bx r0 /* 數據終止中斷 */ DataAbort_Handler: ldr r0, =DataAbort_Handler bx r0 /* 未使用的中斷 */ NotUsed_Handler: ldr r0, =NotUsed_Handler bx r0 /* FIQ中斷 */ FIQ_Handler: ldr r0, =FIQ_Handler bx r0

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這些中斷服務函數是可以編寫一些處理代碼，方便用戶判斷錯誤的來源的，暫時先不研究

下面編寫復位中斷服務函數：

/* 復位中斷 */ Reset_Handler: /* 關閉全局中斷 */ cpsid i /* 關閉I、DCache和MMU 采取讀-改-寫的方式*/ /* 讀取CP15的C1寄存器到R0中*/ mrc p15, 0, r0, c1, c0, 0 /* 清除C1寄存器的bit12位(I位)，關閉I Cache*/ bic r0, r0, #(0x1 << 12) /* 清除C1寄存器的bit2(C位)，關閉D Cache*/ bic r0, r0, #(0x1 << 2) /* 清除C1寄存器的bit1(A位)，關閉對齊*/ bic r0, r0, #0x2 /* 清除C1寄存器的bit11(Z位)，關閉分支預測*/ bic r0, r0, #(0x1 << 11) /* 清除C1寄存器的bit0(M位)，關閉MMU*/ bic r0, r0, #0x1 /* 將r0寄存器中的值寫入到CP15的C1寄存器中*/ mcr p15, 0, r0, c1, c0, 0 #if 0 /* 匯編版本設置中斷向量表偏移 */ ldr r0, =0X87800000 dsb isb mcr p15, 0, r0, c12, c0, 0 dsb isb #endif /* 設置各個模式下的棧指針， * 注意：IMX6UL的堆棧是向下增長的！ * 堆棧指針地址一定要是4字節地址對齊的！！！ * DDR范圍:0X80000000~0X9FFFFFFF */ /* 進入IRQ模式 */ mrs r0, cpsr bic r0, r0, #0x1f /* 將r0寄存器中的低5位清零，也就是cpsr的M0~M4 */ orr r0, r0, #0x12 /* r0或上0x13,表示使用IRQ模式 */ msr cpsr, r0 /* 將r0 的數據寫入到cpsr_c中 */ ldr sp, =0x80600000 /* 設置IRQ模式下的棧首地址為0X80600000,大小為2MB */ /* 進入SYS模式 */ mrs r0, cpsr bic r0, r0, #0x1f /* 將r0寄存器中的低5位清零，也就是cpsr的M0~M4 */ orr r0, r0, #0x1f /* r0或上0x13,表示使用SYS模式 */ msr cpsr, r0 /* 將r0 的數據寫入到cpsr_c中 */ ldr sp, =0x80400000 /* 設置SYS模式下的棧首地址為0X80400000,大小為2MB */ /* 進入SVC模式 */ mrs r0, cpsr bic r0, r0, #0x1f /* 將r0寄存器中的低5位清零，也就是cpsr的M0~M4 */ orr r0, r0, #0x13 /* r0或上0x13,表示使用SVC模式 */ msr cpsr, r0 /* 將r0 的數據寫入到cpsr_c中 */ ldr sp, =0X80200000 /* 設置SVC模式下的棧首地址為0X80200000,大小為2MB */ cpsie i /* 打開全局中斷 */ #if 0 /* 使能IRQ中斷 */ mrs r0, cpsr /* 讀取cpsr寄存器值到r0中 */ bic r0, r0, #0x80 /* 將r0寄存器中bit7清零，也就是CPSR中的I位清零，表示允許IRQ中斷 */ msr cpsr, r0 /* 將r0重新寫入到cpsr中 */ #endif b main /* 跳轉到main函數 */

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IRQ 中斷服務函數，進入中斷服務函數后，先進行現場保護，然后獲取 GIC 的基地址，偏移后操作其寄存器，獲取當前中斷號，保存到寄存器 r0 和 r1，接著調用一個c語言中斷處理函數，將參數從 r0-r3 四個寄存器傳入函數

匯編調用 C 函數的時候建議形參不要超過 4 個，形參可以由 r0~r3 這四個寄存器來傳遞，如果形參大于 4 個，那么大于 4 個的部分要使用堆棧進行傳遞。

所以 r0 寄存器寫入中斷號就可以了傳入到函數 system_irqhandler；接著該函數進行對應中斷的調用和處理，處理完成后向 GICC_EOIR 寄存器寫入其中斷號表示中斷處理完成；

/* IRQ中斷！重點！！！！！ */ IRQ_Handler: # 現場保護 push {lr} /* 保存lr地址 */ push {r0-r3, r12} /* 保存r0-r3，r12寄存器 */ mrs r0, spsr /* 讀取spsr寄存器 */ push {r0} /* 保存spsr寄存器 */ mrc p15, 4, r1, c15, c0, 0 /* 從CP15的C0寄存器內的值到R1寄存器中*/ add r1, r1, #0X2000 /* GIC基地址加0X2000，也就是GIC的CPU接口端基地址 */ ldr r0, [r1, #0XC] /* GIC的CPU接口端基地址加0X0C就是GICC_IAR寄存器，*/ /* GICC_IAR寄存器保存這當前發生中斷的中斷號，我們要根據*/ /* 這個中斷號來絕對調用哪個中斷服務函數*/ push {r0, r1} /* 保存r0,r1 */ cps #0x13 /* 進入SVC模式，允許其他中斷再次進去 */ push {lr} /* 保存SVC模式的lr寄存器 */ ldr r2, =system_irqhandler /* 加載C語言中斷處理函數到r2寄存器中*/ blx r2 /* 運行C語言中斷處理函數，帶有一個參數，保存在R0寄存器中 */ pop {lr} /* 執行完C語言中斷服務函數，lr出棧 */ cps #0x12 /* 進入IRQ模式 */ pop {r0, r1} # 向 GICC_EOIR 寄存器寫入剛剛處理完成的中斷號， # 當一個中斷處理完成以后必須向 GICC_EOIR 寄存器 # 寫入其中斷號表示中斷處理完成 str r0, [r1, #0X10] /* 中斷執行完成，寫EOIR */ pop {r0} msr spsr_cxsf, r0 /* 恢復spsr */ pop {r0-r3, r12} /* r0-r3,r12出棧 */ pop {lr} /* lr出棧 */ subs pc, lr, #4 /* 將lr-4賦給pc */

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之后就是進行現場恢復，返回到中斷位置！注意，此處恢復現場傳遞的是 lr - 4 的寄存器值，而不是pc，因為 ARM 的指令是三級流水線：取指、譯指、執 行，pc 指向的是正在取值的地址，比如下面一段代碼

0X2000 MOV R1, R0 ;執行 0X2004 MOV R2, R3 ;譯指 0X2008 MOV R4, R5 ;取值 PC

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當前正在執行 0X2000 地址處的指令 “MOV R1, R0” ，但 PC 里面已經保存了 0X2008 地址處的指令“MOV R4, R5”。若發生中斷，中斷發生的時候保存在 lr 中的是 pc 的值，即地址 0X2008。當中斷處理完成如果直接跳轉到 lr 里面保存的地址處(0X2008) 開始運行，那么就有一個指令沒有執行，所以就需要將 lr-4 賦值給 pc，即 pc=0X2004，從第二級正在譯指的指令 “MOV R2， R3” 開始執行

3.3 中斷處理程序

我們在中斷服務函數 IRQ_Handler 中調用了 C 函數 system_irqhandler 來處理具體的中斷，該函數的具體細節需要我們自己實現，所以要編寫中斷處理程序來實現，同時因為中斷數量較多，所以我們引入一些其他的數據結構單元輔助管理中斷服務函數，編寫如下：

新建一個新的模塊文件

頭文件插入如下代碼

#ifndef __BSP_INT_H #define __BSP_INT_H #include "imx6ul.h" typedef void (* system_irq_handler_t) (unsigned int giccIar,void *param); typedef struct _sys_irq_handle { /* data */ system_irq_handler_t irqHandler; void *userParam; } sys_irq_handle_t; void int_init(void); void system_irqtable_init(void); void system_register_irqhandler(IRQn_Type irq, system_irq_handler_t handler, void *userParam); void system_irqhandler(unsigned int giccIar); void default_irqhandler(unsigned int giccIar,void *userParam); #endif

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代碼解釋：

typedef void (* system_irq_handler_t) (unsigned int giccIar,void *param);

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創建一個函數指針，用 typedef 定義修飾別名為 system_irq_handler_t

typedef struct _sys_irq_handle { /* data */ system_irq_handler_t irqHandler; void *userParam; } sys_irq_handle_t;

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創建一個結構體，其有兩個參數，一個是函數指針的入口指針，另外一個則是一個用戶參數，創建這個結構體用于保存中斷的信息，保存其中斷處理函數入口因為有160個中斷源，所以我們在.c文件中可以定義一個結構體數組用于存儲所有中斷的信息

其他的就是一些函數聲明了：

// 中斷系統（GIC）初始化 void int_init(void); // 中斷信息結構體數組初始化 void system_irqtable_init(void); // 注冊中斷，修改目標中斷的結構體的信息 //要使用某個外設中斷，那就必須調用此函數來給這個中斷注冊一個中斷處理函數 void system_register_irqhandler(IRQn_Type irq, system_irq_handler_t handler, void *userParam); // _start 文件中調用的的中斷號處理函數 void system_irqhandler(unsigned int giccIar); // 默認中斷處理函數 void default_irqhandler(unsigned int giccIar,void *userParam);

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.c 模塊文件代碼如下，具體功能注釋寫在代碼中：

#include "bsp_int.h" /* 中斷嵌套計數器,計算中斷嵌套信息 */ static unsigned int irqNesting; /* 中斷服務函數表， 用于存放中斷的信息*/ static sys_irq_handle_t irqTable[NUMBER_OF_INT_VECTORS]; /* * @description : 中斷初始化函數 * @param : 無 * @return : 無 */ void int_init(void) { GIC_Init(); /* 初始化GIC*/ system_irqtable_init(); /* 初始化中斷表*/ __set_VBAR((uint32_t)0x87800000); /* 中斷向量表偏移，偏移到起始地址*/ } /* * @description : 初始化中斷服務函數表 * @param : 無 * @return : 無 */ void system_irqtable_init(void) { unsigned int i = 0; irqNesting = 0; /* 先將所有的中斷服務函數設置為默認值 */ for(i = 0; i < NUMBER_OF_INT_VECTORS; i++) { //給每個中斷的數組改變傳入參數和數值 system_register_irqhandler((IRQn_Type)i,default_irqhandler, NULL); } } /* * @description : 給指定的中斷號注冊中斷服務函數 * @param - irq : 要注冊的中斷號 * @param - handler : 要注冊的中斷處理函數 * @param - usrParam : 中斷服務處理函數參數 * @return : 無 */ void system_register_irqhandler(IRQn_Type irq, system_irq_handler_t handler, void *userParam) { irqTable[irq].irqHandler = handler; irqTable[irq].userParam = userParam; } /* * @description : C語言中斷服務函數，irq匯編中斷服務函數會 調用此函數，此函數通過在中斷服務列表中查 找指定中斷號所對應的中斷處理函數并執行。 * @param - giccIar : 中斷號 * @return : 無 */ void system_irqhandler(unsigned int giccIar) { uint32_t intNum = giccIar & 0x3FFUL; /* 檢查中斷號是否符合要求 */ if ((intNum == 1023) || (intNum >= NUMBER_OF_INT_VECTORS)) { return; } irqNesting++; /* 中斷嵌套計數器加一 */ /* 根據傳遞進來的中斷號，在irqTable中調用確定的中斷服務函數 */ irqTable[intNum].irqHandler(intNum, irqTable[intNum].userParam); irqNesting--; /* 中斷執行完成，中斷嵌套寄存器減一 */ } /* * @description : 默認中斷服務函數 * @param - giccIar : 中斷號 * @param - usrParam : 中斷服務處理函數參數 * @return : 無 */ void default_irqhandler(unsigned int giccIar, void *userParam) { while(1) ; }

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3.4 開啟輸入中斷

這里 GPIO 配置代碼直接使用正點原子的驅動方案，有關的注釋我寫在代碼內

bsp_gpio.h

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3.5 按鍵中斷編寫

有了 GPIO 驅動代碼后，我們就可以新建一個新的模塊代碼，用于配置外部觸發中斷，新建模塊如下：

bsp_exit.h 代碼：

#ifndef __BSP_EXIT_H #define __BSP_EXIT_H #include "imx6ul.h" // 外部中斷初始化 void exit_init(void); // 外部中斷回調函數 void gpio1_io18_irqhandler(void); #endif

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bsp_exit.c 代碼如下：

#include "bsp_exit.h" #include "bsp_gpio.h" #include "bsp_int.h" #include "bsp_delay.h" #include "bsp_beep.h" void exit_init(void) { //設定GPIO模式 gpio_pin_config_t key_config; IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_UART1_CTS_B_GPIO1_IO18,0); IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_UART1_CTS_B_GPIO1_IO18,0xF080); //設定按鍵中斷 key_config.direction=kGPIO_DigitalInput; key_config.interruptMode=kGPIO_IntFallingEdge; key_config.outputLogic=1; gpio_init(GPIO1,18,&key_config); //使能GIC中斷，注冊按鍵觸發中斷 GIC_EnableIRQ(GPIO1_Combined_16_31_IRQn); system_register_irqhandler(GPIO1_Combined_16_31_IRQn, (system_irq_handler_t)gpio1_io18_irqhandler, NULL); //使能按鍵觸發中斷 gpio_enableint(GPIO1, 18); } void gpio1_io18_irqhandler(void) { static unsigned char state = 0; //延時消抖（中斷中嚴禁使用死延時，這里是為了IO穩定） delay(10); if(gpio_pinread(GPIO1,18) == 0) { state = !state; beep_switch(state); } //清除中斷標志 gpio_clearintflags(GPIO1,18); }

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以上代碼準備完成后，我們在 main.c 中分別調用代碼進行初始化

3.6 編寫Makefile腳本

在 Makefile 里面添加上對應文件的文件夾就可以完成編譯，添加位置如下：

編譯一下，成功通過：

四、實驗現象

按下按鍵 LED 的燈光效果切換

ARM 單片機

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