《ATK-DFPGL22G之FPGA开发指南_V1.0》 第十二章 外部中断实验
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第十二章 外部中断实验
前两章介绍了GPIO在输出模式和输入模式下最基本的的操作，本章将介绍如何将GPIO引脚作为外部中断输入来使用。通过本章的学习，读者将学习到GPIO作为外部中断输入的使用。
本章分为如下几个小节：
12.1 硬件设计
12.2 程序设计
12.3 下载验证
12.1 硬件设计
12.1.1 例程功能
1. 按下KEY0按键可控制LED0状态翻转，按下KEY_UP按键可控制LED1翻转。
12.1.2 硬件资源
1. LED
LED0 - PF9
LED1 - PF10
2. 按键
KEY0 - PE4
KEY_UP - PA0
12.1.3 原理图
本章实验使用的两个APM32E103最小系统板板载按键，分别为KEY0按键和KEY_UP按键，其于板载MCU的连接原理图，如下图所示：
图12.1.3.1 按键与MCU的连接原理图
从上面的原理图中可以看出，KEY0按键和KEY_UP按键的一端连接到了电源正极，而另一端分别与MCU的PE4引脚和PA0引脚相连接，并且在上一小节的介绍中，也说明了对于该硬件设计，PE4引脚和PA0引脚应当配置为下拉，这样一来，在按键被按下的时候，PE4引脚或PA0引脚就会从原来的低电平状态变为高电平状态，在这期间就会有一个上升沿的跳变，因此可以使用该上升沿信号作为中断的触发源。
12.2 程序设计
12.2.1 Geehy标准库的GPIO驱动
针对本章的实验要求，仅需将对应的GPIO引脚配置为输入下拉即可，请参考上一章节中的内容。
12.2.2 Geehy标准库的EINT驱动
EINT（外部中断/事件控制器）可以用于管理从GPIO引脚等I/O引脚输入的信号引起的中断或事件，即外部中断/事件。使用时，具体的步骤如下：
①：配置EINT线的模式、触发条件和是否使能等配置项
②：使能EINT线中断，并配置其相关的中断优先级
在Geehy标准库中对应的驱动函数如下：
①：配置EINT
该函数用于配置EINT的各项参数，其函数原型如下所示：
void EINT_Config(EINT_Config_T* eintConfig);
该函数的形参描述，如下表所示：
表12.2.3.1 函数EINT_Config()形参描述
该函数的返回值描述，如下所示：
表12.2.3.2 函数EINT_Config()返回值描述
该函数使用EINT_Config_T类型的结构体变量传入EINT的配置参数，该结构体的定义如下所示：
typedef enum
{
EINT_MODE_INTERRUPT = 0x00, /* 中断请求模式 */
EINT_MODE_EVENT = 0x04 /* 事件请求模式 */
} EINT_MODE_T;
typedef enum
{
EINT_TRIGGER_RISING = 0x08, /* 上升沿触发 */
EINT_TRIGGER_FALLING = 0x0C, /* 下降沿触发 */
EINT_TRIGGER_RISING_FALLING = 0x10 /* 上边沿触发 */
} EINT_TRIGGER_T;
typedef enum
{
EINT_LINENONE = 0x00000, /* 不选择外部中断线 */
EINT_LINE_0 = 0x00001, /* 外部中断线0 */
EINT_LINE_1 = 0x00002, /* 外部中断线1 */
EINT_LINE_2 = 0x00004, /* 外部中断线2 */
EINT_LINE_3 = 0x00008, /* 外部中断线3 */
EINT_LINE_4 = 0x00010, /* 外部中断线4 */
EINT_LINE_5 = 0x00020, /* 外部中断线5 */
EINT_LINE_6 = 0x00040, /* 外部中断线6 */
EINT_LINE_7 = 0x00080, /* 外部中断线7 */
EINT_LINE_8 = 0x00100, /* 外部中断线8 */
EINT_LINE_9 = 0x00200, /* 外部中断线9 */
EINT_LINE_10 = 0x00400, /* 外部中断线10 */
EINT_LINE_11 = 0x00800, /* 外部中断线11 */
EINT_LINE_12 = 0x01000, /* 外部中断线12 */
EINT_LINE_13 = 0x02000, /* 外部中断线13 */
EINT_LINE_14 = 0x04000, /* 外部中断线14 */
EINT_LINE_15 = 0x08000, /* 外部中断线15 */
EINT_LINE_16 = 0x10000, /* 外部中断线16 */
EINT_LINE_17 = 0x20000, /* 外部中断线17 */
EINT_LINE_18 = 0x40000, /* 外部中断线18 */
} EINT_LINE_T;
typedef struct
{
uint32_t line; /* 外部中断线 */
EINT_MODE_T mode; /* 模式 */
EINT_TRIGGER_T trigger; /* 触发模式 */
uint8_t lineCmd; /* 使能或禁止 */
} EINT_Config_T;
该函数的使用示例，如下所示：
#include "apm32e10x.h"
#include "apm32e10x_eint.h"
void example_fun(void)
{
EINT_Config_T eint_init_struct;
/* 配置使能EINT0的上升沿信号触发中断 */
eint_init_struct.line = EINT_LINE_0;
eint_init_struct.mode = EINT_MODE_INTERRUPT;
eint_init_struct.trigger = EINT_TRIGGER_RISING;
eint_init_struct.lineCmd = ENABLE;
EINT_Config(&eint_init_struct);
}
②：配置EINT线中断
该函数用于使能NVIC（嵌套向量中断控制器）的请求，因此不仅能用于配置EINT的中断，还能配置其他外设等的中断，其函数原型如下所示：
void NVIC_EnableIRQRequest( IRQn_Type irq,
uint8_t preemptionPriority,
uint8_t subPriority);
该函数的形参描述，如下表所示：
表12.2.3.3 函数NVIC_EnableIRQRequest()形参描述
该函数的返回值描述，如下表所示：
表12.2.3.4 函数NVIC_EnableIRQRequest()返回值描述
该函数的使用示例，如下所示：
#include "apm32e10x.h"
void example_fun(void)
{
/* 使能EINT0中断，并设置其抢占优先级为2，子优先级为0 */
NVIC_EnableIRQRequest(EINT0_IRQn, 2, 0);
}
/* 使能了中断，就可以实现其对应的中断回调函数 */
void EINT0_IRQHandler(void)
{
/* Do something. */
}
12.2.3 外部中断驱动
本实验的外部中断驱动主要就是配置GPIO引脚作为EINT的外部中断源，并在其对应的中断回调函数中处理按键被按下后执行的操作。
外部中断驱动中，对GPIO引脚、EINT的相关定义，如下所示：
/* 引脚和中断编号以及中断服务函数的定义 */
#define KEY0_INT_GPIO_PORT GPIOE
#define KEY0_INT_GPIO_PIN GPIO_PIN_4
#define KEY0_INT_GPIO_CLK_ENABLE()do{ RCM_EnableAPB2PeriphClock(RCM_APB2_PERIPH_GPIOE); }while(0)
#define KEY0_INT_IRQn EINT4_IRQn
#define KEY0_INT_IRQHandler EINT4_IRQHandler
#define KEY0_EINT EINT_LINE_4
#define KEY0_EINT_PORT_SOURCE GPIO_PORT_SOURCE_E
#define KEY0_EINT_PIN_SOURCE GPIO_PIN_SOURCE_4
#define WKUP_INT_GPIO_PORT GPIOA
#define WKUP_INT_GPIO_PIN GPIO_PIN_0
#define WKUP_INT_GPIO_CLK_ENABLE()do{ RCM_EnableAPB2PeriphClock(RCM_APB2_PERIPH_GPIOA); }while(0)
#define WKUP_INT_IRQn EINT0_IRQn
#define WKUP_INT_IRQHandler EINT0_IRQHandler
#define WKUP_EINT EINT_LINE_0
#define WKUP_EINT_PORT_SOURCE GPIO_PORT_SOURCE_A
#define WKUP_EINT_PIN_SOURCE GPIO_PIN_SOURCE_0
外部中断驱动中，外部中断的初始化函数，如下所示：
/**
* @brief 初始化外部中断
* @param 无
* @retval 无
*/
void eint_init(void)
{
GPIO_Config_T gpio_init_struct;
EINT_Config_T eint_init_struct;
KEY0_INT_GPIO_CLK_ENABLE(); /* KEY0时钟使能 */
WKUP_INT_GPIO_CLK_ENABLE(); /* WKUP时钟使能 */
RCM_EnableAPB2PeriphClock(RCM_APB2_PERIPH_AFIO); /* AFIO功能时钟使能 */
gpio_init_struct.pin = KEY0_INT_GPIO_PIN;
gpio_init_struct.mode = GPIO_MODE_IN_PD; /* 下拉输入 */
GPIO_Config(KEY0_INT_GPIO_PORT, &gpio_init_struct); /* 配置KEY0引脚 */
gpio_init_struct.pin = WKUP_INT_GPIO_PIN;
gpio_init_struct.mode = GPIO_MODE_IN_PD; /* 下拉输入 */
GPIO_Config(WKUP_INT_GPIO_PORT, &gpio_init_struct); /* 配置WKUP引脚 */
/* 选择用作EINT线路的KEY0引脚 */
GPIO_ConfigEINTLine(KEY0_EINT_PORT_SOURCE, KEY0_EINT_PIN_SOURCE);
/* 选择用作EINT线路的WKUP引脚 */
GPIO_ConfigEINTLine(WKUP_EINT_PORT_SOURCE, WKUP_EINT_PIN_SOURCE);
eint_init_struct.line = KEY0_EINT; /* 外部中断线4 */
/* 设置EINT线路为中断请求 */
eint_init_struct.mode = EINT_MODE_INTERRUPT;
/* 设置EINT线路的上升沿为中断请求 */
eint_init_struct.trigger = EINT_TRIGGER_RISING;
/* 定义EINT线路为使能状态 */
eint_init_struct.lineCmd = ENABLE;
EINT_Config(&eint_init_struct);
eint_init_struct.line = WKUP_EINT; /* 外部中断线0 */
/* 设置EINT线路为中断请求 */
eint_init_struct.mode = EINT_MODE_INTERRUPT;
/* 设置EINT线路的上升沿为中断请求 */
eint_init_struct.trigger = EINT_TRIGGER_RISING;
/* 定义EINT线路为使能状态 */
eint_init_struct.lineCmd = ENABLE;
EINT_Config(&eint_init_struct);
NVIC_EnableIRQRequest(KEY0_INT_IRQn, 0, 0); /* 抢占0，子优先级0 */
NVIC_EnableIRQRequest(WKUP_INT_IRQn, 3, 0); /* 抢占3，子优先级0 */
}
在外部中断的初始化函数中，除了使能按键对应GPIO端口的时钟，还配置了GPIO和EINT。
在外部中断的初始化函数中，开启了两个EINT的中断，因此需要编写这两个EINT中断对应的中断回调函数，如下所示：
/**
* @brief KEY0按键外部中断服务程序
* @param 无
* @retval 无
*/
void KEY0_INT_IRQHandler(void)
{
delay_ms(20); /* 消抖 */
if (EINT_ReadIntFlag((EINT_LINE_T)KEY0_INT_GPIO_PIN))
{
LED0_TOGGLE(); /* LED0 状态取反 */
LED1_TOGGLE(); /* LED1 状态取反 */
/* 默认先清中断再处理回调，退出时再清一次中断，避免按键抖动误触发 */
EINT_ClearIntFlag((EINT_LINE_T)KEY0_INT_GPIO_PIN);
}
}
/**
* @brief WK_UP按键外部中断服务程序
* @param 无
* @retval 无
*/
void WKUP_INT_IRQHandler(void)
{
delay_ms(20); /* 消抖 */
if (EINT_ReadIntFlag((EINT_LINE_T)WKUP_INT_GPIO_PIN))
{
LED1_TOGGLE(); /* LED1 状态取反 */
/* 默认先清中断再处理回调，退出时再清一次中断，避免按键抖动误触发 */
EINT_ClearIntFlag((EINT_LINE_T)WKUP_INT_GPIO_PIN);
}
}
在按键被按下的一瞬间，其与MCU连接的GPIO引脚会收到一个上升沿的信号，就会触发EINT的中断，并运行对应中断回调函数。
12.2.4 实验应用代码
本实验的应用代码，如下所示：
int main(void)
{
NVIC_ConfigPriorityGroup(NVIC_PRIORITY_GROUP_4); /* 设置中断优先级分组为组4 */
sys_apm32_clock_init(15); /* 配置系统时钟 */
delay_init(120); /* 初始化延时功能 */
usart_init(115200); /* 初始化串口 */
led_init(); /* 初始化LED */
eint_init(); /* 初始化外部中断 */
while (1)
{
printf("OK\r\n");
delay_ms(1000);
}
}
本实验的应用代码很简单，在初始化完LED和外部中断后，就进入一个while循环，以便通过串口助手查看单片机运行状态。另外，按键控制LED亮灭状态翻转的操作都在对应EINT的中断回调函数中完成了。
12.3 下载验证
在完成编译和烧录操作后，可以看到板子上的LED0处于亮起状态，而LED1是处于熄灭的状态，若此时按下KEY0按键，则能够看到LED0处于熄灭状态，而LED1处于亮起状态，如此两盏LED灯便发生了一次状态翻转，同样的，若此时按下KEY_UP按键，则能够看LED1的亮灭状态发生了一次翻转，与预期的实验现象效果相符。
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