嵌入式中断(stm32+linux)详解

一开始学单片机时 就知道中断这一个概念 看些视频学了大半天 也是似懂非懂 看代码也就是设置下寄存器写下中断服务程序而已 学的不是很深入 一直到现在 经过了<微机原理>这门课的学习 才对中断有了一定的深入了解 发现中断也就是一门说复杂也能很复杂 只要封装好了api 使用也很简单的事 但是身为一名学习者 还是有必要学习中断的使用和原理

身为一个学习嵌入式的小白 一开始我学习的当然是单片机 所学的单片机是stm32 相信大部分嵌入式的人都会 所学的中断 是这样使用的
(这里主要是记载以下如何使用中断 至于中断的什么优先级,什么优先级分组,使能之类的原理,就不再赘述)
第一步:将一个I/O口配置成中断输入模式。
注意点:一般中断分为外部中断和内部中断 外部中断一般是指由计算机外设发出的中断请求,如:键盘中断、打印机中断、定时器中断等。外部中断是可以屏蔽的中断,也就是说,利用中断控制器可以屏蔽这些外部设备 的中断请求。内部中断是指因硬件出错(如突然掉电、奇偶校验错等)或运算出错(除数为零、运算溢出、单步中断等)所引起的中断。
这里使用的是按键中断 用的是GPIO引脚 板子上是PD^11,PD^12两个端口作为中断输入的 所以这里要做的是
1)初始化I/O口为输入;
2)开启I/O复用时钟,并设置外部事件映射关联。

为啥GPIO口使用中断方式进行工作的时候就必须要映射到外部事件上去,而其他就不呢?参照下网友的解析是:比如USART产生的中断,是没有经过EXTI,而是直接将中断放入了NVIC;但是GPIO它作为中断源,是要经过EXTI的。仔细参看下面两个图,其实就会恍然大悟:
嵌入式中断(stm32+linux)详解_第1张图片嵌入式中断(stm32+linux)详解_第2张图片

所以GPIO口的中断方式进行工作要映射到外部事件上去

 void BUTTON_Configuration(void)
 {
     /* 初始化PD^11 PD^12为中断输入模式 */
    GPIO_InitTypeDef    GPIO_InitStructure;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;  
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_11 | GPIO_Pin_12;
    GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStructure);
    /* 开启复用时钟 */
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOD | RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);
    /* 将PD^11,PD^12映射到外部事件线上去 */
    GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOD , GPIO_PinSource11);
    GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOD , GPIO_PinSource12);
 }

第一步是将外部GPIO口映射到某外部事件上去。那么接下来,就该对该外部事件进行配置了,包括外部事件线路的选择、触发条件、使能。这里需要理解清楚的是,GPIO口和外部事件是各自独立的,它们并不是一体的—详细理解第一步,将GPIO口映射到某外部事件,可以看出GPIO和外部事件这个东西是两个不同的东西,在这里,GPIO的映射,无非就是GPIO口搭了外部事件的一趟顺风车。也所以,外部事件依然是要配置和使能的,不能说,将GPIO口映射到外部事件就可以产生中断了。

void EXTI_Configuration(void)
{
    EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStructure;
    /*PD11外部中断输入 下降沿触发*/
    EXTI_InitStructure.EXTI_Line = EXTI_Line11; 
    EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;
    EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Falling;
    EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd    = ENABLE;
    EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);

    /*PD12外部中断输入 下降沿触发*/
    EXTI_InitStructure.EXTI_Line = EXTI_Line12;
    EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;
    EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Falling;
    EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd    = ENABLE; 
    EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);
}

第三步,现在就该配置中断了。也即是配置中断分组,以及中断优先级。当然,这并不是最后的工作。

void NVIC_Configuration(void)
{
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
    /* 中断分组 影响到了后面优先级的分配 */
    NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);

    /*外部中断线 使能中断*/
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI15_10_IRQn ;      
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0 ;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE ;
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}

不管是IO的配置和外部事件还有中断的配置都配置完毕后 最后一步就是写中断服务函数
第四步:中断服务函数
这里有个重点必须注意:所有中断服务函数的名字,ST官方已经取好了,而且还放在了中断向量表中了<也即是启动文件里>,如果你不自己写启动文件的话,那么你的中断服务函数的名字必须和ST官方的一样,不然,一个中断来了,找不到负责任的函数,它就只有悲剧去了。

void EXTI15_10_IRQHandler(void)
{
    if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line11)!= RESET)  
    {  
        EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line11);
        Flag = 0x01;
    }

    if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line12)!= RESET)  
    {  
        EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line12);
        Flag = 0x02;
    }    
}
int main(void)
{
    /* Add your application code here
       */
    SystemInit();              /*系统初始化*/
    LED_Configuration();       /* LED初始化 也就是GPIO的简单配置而已 */
    BUTTON_Configuration();     
    NVIC_Configuration();
    EXTI_Configuration();
    /* Infinite loop */
    while (1)
    {          
        switch(Flag)
        {
            case 0x01:
            {
                LED2(1); 
                Delay();
                LED2(0);
                Delay();
                break;                
            }
            case 0x02:
            {
                LED3(1);
                Delay();
                LED3(0);
                Delay();
                break;                
            }
            default   :
            {
                 LED1(1);
                Delay();
                LED1(0);
                Delay();
                break;
            }          
        }
    }
}

主函数主要是调用一些初始化函数然后定义了一个全局变量Flag,每次中断,都影响Flag的值,然后main函数判断该值,就这么简单。完了

将GPIO作为中断的处理流程
1. GPIO初始化。包括外设时钟,管脚,速度,模式等。
2. 将GPIO脚连接到EXTI line。这是通过写AFIO下的EXTICR寄存器实现的。
3. EXTI初始化,使能该条EXTI line,并做上升下降沿设置。通过写EXTI下IMR, EMR, PTSR, FTSR实现。
4. NVIC初始化。包括优先级的计算和使能。
当中断到来,ISR做相应处理后:
1. 清除GPIO寄存器中的信号量。
2. 清除EXTI上的信号量。

这就是一个stm32的中断使用方式

这里穿插一个小知识 也就是怎么找到中断服务程序的地址呢 当一个中断发生时 开发板就会根据对应的中断找到中断服务程序 然后运行 运行完后就恢复原样 返回
其实这里是通过中断向量表实现的
拿x86的的中断系统举例
每个中断源对应一个确定的8位中断类型码,cpu在响应中断后,会根据中断类型码查询中断向量表转入的中断服务程序
一般的做法是
1.将中断类型码*4 作为中断向量表的地址指针
2.将cpu的标志寄存器入栈保护
3.清楚IF和TF标志位,屏蔽信的INTR中断和单步中断
4.保存断点,即把断点处的IP和CS值压入堆栈,先压入CS值,再压入IP值
5.从中断向量表中取中断服务程序的入口地址,分别送至CS和IP中
6.从新的CS:IP执行中断程序
CS:段地址 IP:偏移量

下面我们就来讲解下Linux下的中断 linux作为一个嵌入式操作系统 中断机制的代码很庞大和复杂 这里也只是稍微的讲解下大概的框架 全部讲完估计要讲三天三夜也未必讲的清楚
在中断机制中 会有一个叫中断控制器的东西 负责将外设的中断请求经过一下处理后发送到CPU的中断输入 外设是不能直接中断通知CPU的 同时CPU也不能一直轮询外设 这样太耗精力和时间 所以这工作由中断控制器来完成
比如最经典的就是8259A中断控制器
嵌入式中断(stm32+linux)详解_第3张图片
IRQ0-IRQ7是8个中断输入信号引脚 来接收中断输入信号

但是中断控制器硬件平台多种多样 为了屏蔽各种硬件平台的区别,Linux提供了一个统一抽像的平台来实现中断子系统。irq_chip结构用于描述一个硬件中断控制器,它封装了控制器的名称(如XTPIC或IO-APIC)和控制器相应的操作:

中断控制器

struct irq_chip {
        const char        *name;                                                          //控制器名称
        unsigned int        (*startup)(unsigned int irq);          //第一次激活时调用,用于第一次初始化IRQ
        void                (*shutdown)(unsigned int irq);                        //对应的关闭操作
        void                (*enable)(unsigned int irq);                        //激活IRQ
        void                (*disable)(unsigned int irq);                        //禁用IRQ

        void                (*ack)(unsigned int irq);                                //显示的中断确认操作
        void                (*mask)(unsigned int irq);                                //屏蔽中断
        void                (*mask_ack)(unsigned int irq);                        //屏幕并确认
        void                (*unmask)(unsigned 

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