009.中断实践之实现按键测试|千篇笔记实现嵌入式全栈/裸机篇
1. 要做什么？
MINI2440上有6个按键，我们要做一个测试程序，当按下按键的时候，串口打印对应的按键按下的消息。
要包含中断的知识，就要用中断的方法去实现，
为了使用中断实现，我们需要搭建一个完整的中断流程框架（中断异常的现场保护、返回地址计算、中断分发、基础操作API实现等）
2. 具体思路
测试程序和中断框架的两条流程设计：
代码框图：
3. 怎么实现？
3.1 框架层面
3.1.1 irq_handler.c
创建common/irq_handler.c文件，
实现irq框架初始化，
/// @brief 中断控制器初始化 /// 设置IRQ模式的SP, 禁用IRQ/FIQ void irq_handler_init() { unsigned long cpsr; __asm__ volatile ( // 读取cpsr "mrs %0, cpsr\n\t" // 禁用IRQ/FIQ, 切换至IRQ模式 "msr cpsr_c, #0b11010010\n\t" // 设置IRQ模式的SP "ldr sp, =0x40001000\n\t" // 恢复原来模式和原始中断状态 "msr cpsr, %0\n\t" : "=&r" (cpsr) : : "sp", "cc", "memory" ); // 清除可能的中断挂起 SUBSRCPND = SUBSRCPND; SRCPND = SRCPND; INTPND = INTPND; // 屏蔽所有中断 INTMSK = 0xFFFFFFFF; INTSUBMSK = 0xFFFFFFFF; }实现irq处理函数，作用是中断分发，
// 默认中断处理函数 (弱实现，用户可重写) void __attribute__((weak)) irq_eint0_handler(void) { } void __attribute__((weak)) irq_eint1_handler(void) { } void __attribute__((weak)) irq_eint2_handler(void) { } void __attribute__((weak)) irq_eint3_handler(void) { } void __attribute__((weak)) irq_eint4_7_handler(void) { } void __attribute__((weak)) irq_eint8_23_handler(void) { } // ...略... // 中断处理函数表 static irq_handler_t irq_handlers[32] = { [IRQ_EINT0] = irq_eint0_handler, [IRQ_EINT1] = irq_eint1_handler, [IRQ_EINT2] = irq_eint2_handler, [IRQ_EINT3] = irq_eint3_handler, [IRQ_EINT4_7] = irq_eint4_7_handler, [IRQ_EINT8_23] = irq_eint8_23_handler, // ...略... }; /// @brief IRQ中断处理函数 /// 中断分发 void __irq_handler() { // 获取中断源偏移 uint32_t offset = INTOFFSET; if (offset >= 32 || NULL == irq_handlers[offset]) return ; // 清除对应的中断标志位 SRCPND = (1 << offset); INTPND = (1 << offset); // 分发 irq_handlers[offset](); }我们使用了weak函数技巧，实现了所有中断处理函数的存根，然后应用层根据需要，覆盖实现对应的处理函数~
还要实现一些公共的API，
/// @brief CPU中断使能控制 void irq_enable(bool enable) { unsigned long old_cpsr = disable_irq_save(); if (!enable) old_cpsr |= (1 << 7); else old_cpsr &= ~(1 << 7); restore_irq_mask(old_cpsr); } /// @brief 恢复IRQ Mask void restore_irq_mask(unsigned long old_cpsr) { __asm__ volatile ( "msr cpsr, %0\n\t" : : "r" (old_cpsr) : "cc", "memory" ); } /// @brief 禁用IRQ并保存当前cpsr unsigned long disable_irq_save() { unsigned long old_cpsr; __asm__ volatile ( /* 读取cpsr */ "mrs %0, cpsr\n\t" /* 禁止IRQ */ "orr r1, %0, #(1 << 7)\n\t" "msr cpsr_c, r1\n\t" : "=&r" (old_cpsr) : // 这里损坏部声明了r1, 表示我弄脏了r1, 这样编译器会将r1自动压栈保护 : "cc", "memory", "r1" ); return old_cpsr; } /// @brief 中断源使能控制 void irq_src_enable(irq_src_t src, bool enable) { unsigned long _save = disable_irq_save(); SRCPND = (1 << src); INTPND = (1 << src); if (enable) { INTMSK &= ~(1 << src); } else { INTMSK |= (1 << src); } restore_irq_mask(_save); }我们用了大量的的内联汇编技巧，可以参考章节：
007.GNU C内联汇编杂谈|千篇笔记实现嵌入式全栈/裸机篇
3.1.2 start.s
回到common/start.s，进行修改，
注释掉原来的irq: b ., 重新实现irq段，
并且设置cpsr确保处于SVC模式，然后调整SVC模式下的栈顶，为IRQ模式预留512字节栈空间，
@irq: b . fiq: b . @ irq现场保护和恢复 irq: @ 修正返回地址： @ ARM9流水线取指 (Fetch) -> 译码 (Decode) -> 执行 (Execute) -> 访存 (Memory) -> 回写 (Write) @ LR(异常触发时PC) = 触发点PC + 8 @ 那么目标返回点PC = 触发点PC + 4 = (LR - 8) + 4 = LR - 4 sub lr, lr, #4 @ 压栈保护通用寄存器和lr stmdb sp!, {r0-r12, lr} @ 跳转至C分发函数 bl __irq_handler @ 恢复现场退出中断 @ ^表示将SPSR>CPSR, 实现模式切换 ldmia sp!, {r0-r12, pc}^ .section .text .global _start _start: @ 关闭看门狗 ldr r0, =WTCON ldr r1, =0 str r1, [r0] @ 关中断且确保处于SVC模式 msr cpsr_c, 0b11010011 @ 设置栈顶(给IRQ SP预留512空间) ldr sp, =0x40000E003.2 应用方面
看原理图，
为了与常规轮询方式对比，我们选择两路按键使用轮询的方式，四路按键使用外部中断的方式，
/** * @file key.c * @brief 按键测试 * 部分采用轮询, 部分采用中断 * @pins: * KEY1(轮询): EINT8/GPG0 * KEY2(轮询): EINT11/GPG3 * KEY3(中断): EINT13/GPG5 * KEY4(中断): EINT14/GPG6 * KEY5(中断): EINT15/GPG7 * KEY6(中断): EINT19/GPG11 */新建key/main.c,
实现main函数，用于配置和逻辑处理，
int main() { // 配置为INPUT GPIO_SET_MODE(GPIOGCON, 0, 0b00, 2); GPIO_SET_MODE(GPIOGCON, 3, 0b00, 2); // 配置为EINT GPIO_SET_MODE(GPIOGCON, 5, 0b10, 2); GPIO_SET_MODE(GPIOGCON, 6, 0b10, 2); GPIO_SET_MODE(GPIOGCON, 7, 0b10, 2); GPIO_SET_MODE(GPIOGCON, 11, 0b10, 2); // 上拉 GPIO_SET_PULLUP(GPIOGUP, 0, 0); GPIO_SET_PULLUP(GPIOGUP, 3, 0); GPIO_SET_PULLUP(GPIOGUP, 5, 0); GPIO_SET_PULLUP(GPIOGUP, 6, 0); GPIO_SET_PULLUP(GPIOGUP, 7, 0); GPIO_SET_PULLUP(GPIOGUP, 11, 0); // 外部中断配置 EINT13/14/15/19 // 下降沿触发 EXTINT1 &= ~((7 << 20) | (7 << 24) | (7 << 28)); EXTINT2 &= ~(7 << 12); EXTINT1 |= (0b010 << 20) | (0b010 << 24) | (0b010 << 28); EXTINT2 |= (0b010 << 12); // 外部中断屏蔽 // 屏蔽其它所有外部中断 EINTMASK = ~((1 << 13) | (1 << 14) | (1 << 15) | (1 << 19)); // 使能EINT8_23中断 irq_src_enable(IRQ_EINT8_23, true); // 使能CPU中断 irq_enable(true); bool _key1_st_old = false; bool _key2_st_old = false; int count_for_key1 = 0; int count_for_key2 = 0; while (1) { // 10ms周期 easy_delay_ms(10); count_ref ++; if (event_key3) { uart0_printf("KEY3: pressed\n"); event_key3 = false; } if (event_key4) { uart0_printf("KEY4: pressed\n"); event_key4 = false; } if (event_key5) { uart0_printf("KEY5: pressed\n"); event_key5 = false; } if (event_key6) { uart0_printf("KEY6: pressed\n"); event_key6 = false; } // 轮询检测KEY1/KEY2 // 100ms去抖 bool key1_st = GPIO_GET_VALUE(GPIOGDAT, 0) ? true : false; bool key2_st = GPIO_GET_VALUE(GPIOGDAT, 3) ? true : false; if (key1_st != _key1_st_old) { if (++count_for_key1 > DEBOUNCE_COUNT) { if (!(_key1_st_old = key1_st)) uart0_printf("KEY1: pressed\n"); count_for_key1 = 0; } } else { count_for_key1 = 0; } if (key2_st != _key2_st_old) { if (++count_for_key2 > DEBOUNCE_COUNT) { if (!(_key2_st_old = key2_st)) uart0_printf("KEY2: pressed\n"); count_for_key2 = 0; } } else { count_for_key2 = 0; } } return 0; }然后，
覆盖实现中断源处理函数，就是通过外部中断挂起寄存器来判断是哪里按键触发，
///@brief EINT8_23 中断处理函数 void irq_eint8_23_handler(void) { unsigned long _pend = EINTPEND; EINTPEND = _pend; // 清除中断标志 if (_pend & (1 << 13)) { if ((count_ref - count_for_key3) > DEBOUNCE_COUNT_EINT) { event_key3 = true; count_for_key3 = count_ref; } } if (_pend & (1 << 14)) { if ((count_ref - count_for_key4) > DEBOUNCE_COUNT_EINT) { event_key4 = true; count_for_key4 = count_ref; } } if (_pend & (1 << 15)) { if ((count_ref - count_for_key5) > DEBOUNCE_COUNT_EINT) { event_key5 = true; count_for_key5 = count_ref; } } if (_pend & (1 << 19)) { if ((count_ref - count_for_key6) > DEBOUNCE_COUNT_EINT) { event_key6 = true; count_for_key6 = count_ref; } } }完整的代码，见当前TAG：9-isr-key
4. 效果
编译，make key，
生成key.bin，烧录，运行，
依次按下所有按键，