11_GPIO中断
发布时间：2023-03-20 16:30
第十一章 GPIO中断
1.1 GPIO中断介绍(通用的概念)
假设你现在正在写作业，突然电话响起，你需要停下写作业接电话，挂电话后继续写作业。突然由人按门铃，你需要先去开门，然后继续回来写作业。电话和门铃打断了写作业，能中断写作业的事情有很多，比如身体不舒服，口渴等。被打断后怎么做？身体不舒服就停下写作业休息一会，身体好了继续写作业。口渴就停下写作业喝水，喝完水继续写作业。如果你正在接一个很重要的电话，突然门铃响了，这是会优先处理其中一件事，比如先让按门铃的人等一下，挂电话后再去开门，或者先挂电话，等开门后再打电话过去。这就存在一个中断优先级的问题。
当有事件产生，处理事件之前我们需要记住现在作业写到第几页了，或者在作业上记一个标记，然后取处理事件，电话铃响了需要到放电话的地方去，门铃响了需要到门口去，口渴需要到放饮水机地方去，也就是说，不同的突发事件需要到不同的地方去处理。
嵌入式系统中也有类似的情况。CPU在运行过程中，也会被各种异常打断。这些异常有
① 指令未定义
② 指令、数据访问有问题
③ SWI（软中断）
④ 快中断
⑤ 中断
中断也属于一种异常，导致中断发生的中断源有很多，比如：
① 按键
② 定时器
③ ADC转换完成
④ UART发生完数据、接收数据
⑤ 等等
这些众多的中断源，汇集中中断管理器，由中断管理器选择优先级最高的中断并通知CPU。CPU会根据中断的类型到跳转到不同的地址处理中断。发生中断后，CPU并不是随便跳到一个地址处理中断，而是根据异常向量表，跳转到对应的地址处理中断。
1.2.1 GPIO中断
GPIO中断，指有GPIO模块产生的中断，有边沿触发中断或者电平翻转中断。GPIO模块能检测到引脚上的值是0还是1，并能通过外部拓展将电平从变为1或是从1变到0。CPU接收外部的中断请求，并进行处理，其实是一个被动接受的过程，这样的好处是己能保证主任务的执行效率，又能及时获取外部请求，从而处理重要的设备请求中断。
当GPIO模块检测到管脚电平变化且满足中断触发条件，就会触发中断，CPU会跳转到中断处理地址进行中断处理，为了避免破坏主任务数据，CPU会处理保存当前相关寄存器（保存现场）并进入中断服务函数，执行完中断服务函数后，CPU会恢复相关寄存器（恢复现场），回到主任务继续执行程序。
程序发生GPIO中断后会根据异常向量表强制跳转到0x18（IRQ中断地址）。如下图：
异常向量表并不总是从0地址开始，IMX6ULL可以设置vector base寄存器，指定向量表在其他位置，比如设置 vector base 为 0x80000000，指定为 DDR 的某个地
址。但是表中的各个异常向量的偏移地址，是固定的：复位向量偏移地址是 0，中断是 0x18。
本次实验使用GPIO中断方式实现按键控制LED亮灭，并通过串口把中断ID打印出来。
中断控制器和CP15协处理器
操作系统中，中断系统是很重要的一部分。有了中断系统，才不用一直轮询是否有事件发生，系统效率得以提高。中断系统一般分为三个部分：模块、中断管理器和处理器。模块通常有寄存器设置是否使能中断和中断触发方式。中断控制器可以管理中断优先级等。处理器则设置寄存器响应中断。
如上图所示，硬件中断信号发送GIC（Generic Interrupt Controller），GIC产生一个FIQ或IRQ信号给CPU。GPIO模块、UART模块均能产生硬件中断。在初始化中断时，要初始化GIC中断控制器，如果时GPIO中断则还要设置GPIO模块内相关的寄存器，如果时串口中断则还要设置UART模块内相关的寄存器。
1.2 GIC中断控制器介绍
1.2.1 IMX6ULL GIC中断控制器
IMX6ULL是Cortex-A7内核，采用GIC V2（Generic Interrupt Controller）中断控制器。在这里只简单的介绍一下GIC，具体可以参考arm文档。
GIC的主要作用可以归结为接受硬件中断信号，并进行简单的处理，按照一定的设置策略，分给对应的CPU处理。如下图：
ARM内核只提供了四个信号给GIC汇报中断情况：VIRQ（虚拟快速IRQ）、VFIQ（虚拟快速FIQ）、IRQ、FIQ。VIRQ、VFIQ是针对虚拟化，剩下就是IRQ和FIQ。GPIO中断属于IRQ中断，所以在本次实验中GIC上报IRQ信号给ARM内核。
接下来看一下GIC内部过程，如下图：
中断源分为SPI（Shared Peripheral Interrupt）、PPI（Private Peripheral Interrupt）、SGI request（Software-generated Interrupt）。外部中断都属于SPI中断源。
GIC控制器包括分发器（Distributor）和CPU接口端（CPU interface）。
分发器（Distributor）主要完成对整个中断控制器使能，设置中断优先级，设置中断触发方式，决定每个中断信号发送到哪一个具体的CPU上执行。
CPU接口端（CPU interface）主要完成使能和发送一个具体的中断信号到特定的CPU上，确认中断已被CPU接受、处理以及处理完成，设置CPU能接受中断的优先级以及基于级别的中断抢占。
中断信号先到分发器，根据设定CPU，发送到CPU对应的interface上，在这里判断是否优先级足够高，能否抢断或打断当前的终端处理，如果可以，CPU interface就会发送一个物理的signa到CPU的IRQ线上，CPU接收到中断信号，转到中断处理模式进行处理。
1.2.2 IMX6ULL GIC中断寄存器
GIC寄存器分为Distributor register和CPU interface register。寄存器数目较多，这里介绍本次实验中需要我们设置的寄存器。
1.2.2.1 GICC_IAR寄存器
GICC_IAR寄存器属于CPU interface register，作用是：保存中断ID，读取GICC_IAR寄存器可以获得中断ID，这个过程可以当作对中断的确认。
1.2.2.2 GICC_EOIR寄存器
GICC_EOIR寄存器属于CPU interface register，作用是：中断完成时，向GICC_EOIR写入中断ID，表示IRQ处理结束。
1.2.3 CP15协处理器
1.2.3.1 CP15协处理器介绍
在基于ARM的嵌入式系统中，存储系统通常是系统控制协处理器CP15完成的。ARM处理器使用协处理器指令MCR和MRC来读写寄存器，控制cache、MMU、配置时钟（在bootloader时钟初始化时会用到）等。CP15包含16个32位寄存器，编号为0~15。
在本次实验中，需要设置的寄存器有：SCTLR（System Control Register）寄存器，VBAR（Vector Base Address）寄存器。
1.2.3.2 SCTLR（System Control Register）寄存器
设置SCTLR寄存器可以控制cache、MMU等。
Bit[13]: 异常向量表地址设置位。我们设置为0，默认0x00000000地址，可以通过设置vector base寄存器映射到设置地址。
Bit[12]、Bit[2]: 指令cache、数据cache使能位。刚上电时，CPU还不能管理cache，指令cache可关闭也可不关闭，但数据cache一定要关闭，否争可能导致刚开始的代码里，去读取数据时到cache里读取，而这时候RAM数据还没有cache过来，导致数据预取错误。
Bit[11]: 分支预测使能位。分支预测技术是用来提高执行流水线指令效率。在本次实验中关闭分支预测技术。
Bit[1]: 字节对齐设置位。打开字节对齐，可以提高CPU访问效率，但会损失一部分内存空间。在本次实验中 CPU并不会做太多复杂的工作，所以关闭字节对齐。
Bit[0]: MMU使能位。上电后系统没有配置MMU，所以要先关掉MMU。
MRC p15, 0, < Rt >, c1, c0, 0: 把SCTLR寄存器的值读到ARM寄存器Rt中。
MRC p15, 0, < Rt >, c1, c0, 0: 把ARM寄存器Rt的值写入SCTLR寄存器。
1.2.3.3 VBAR（Vector Base Address）寄存器
设置VBAR寄存器，可以设置异常向量表的映射地址。如果不把异常向量表的映射地址告诉CPU，在发生异常时，CPU就找不到异常向量表，就无法处理异常。
MRC p15, 0, < Rt >, c12, c0, 0: 把VBAR寄存器的值读到ARM寄存器Rt中。
MRC p15, 0, < Rt >, c12, c0, 0: 把ARM寄存器Rt的值写入VBAR寄存器。
1.3 IMX6ULL的GPIO中断寄存器介绍
1.3.1 GPIO interrupt configuration register1 (GPIOx_ICR1)
GPIO中断配置寄存器1
ICRn[1:0]决定中断类型：
00 低电平触发
01 高电平触发
10 上升沿触发
11 下降沿触发
ICR0~ICR15对应GPIO interrupt 0-15
1.3.2 GPIO interrupt configuration register2 (GPIOx_ICR2)
GPIO中断配置寄存器2
与GPIOx_ICR1类似
ICR0~ICR15对应GPIO interrupt 16-31
1.3.3 GPIO interrupt mask register (GPIOx_IMR)
GPIO中断屏蔽寄存器
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-qzczoE5q-1642060200367)(https://cdn.jsdelivr.net/gh/DongshanPI/HomeSite-Photos@main/IMX6ULL-BareMetal/11_GPIO_interrupt_image_018.png)]
Bit[n]对应interrupt n
0 interrupt n屏蔽
1 interrupt n 打开
1.3.4 GPIO interrupt status register (GPIOx_ISR)
GPIO中断状态寄存器
中断状态位-当在GPIO输入上检测到有效状态（由相应的ICR位确定）时，该寄存器的位n置为有效（高电平有效）。该寄存器的值与GPIO_IMR中的值无关。
当检测到活动状态时，相应的位将保持置位状态，直到被软件清除为止。通过将1写入相应的位位置来清除状态标志。
1.3.5 GPIO edge select register (GPIOx_EDGE_SEL)
GPIO中断边沿选择寄存器
设置GPIO_EDGE_SEL [n]时，GPIO会忽略ICR [n]设置，同时检测对应输入信号的上升沿和下降沿。
1.4 按键中断程序编程示例一
1.4.1 管脚设置和查询中断号
从上面的电路图可见KEY1接在GPIO5_1（SNVS_TAMPER1 pad，ALT5）上，KEY4接在GPIO4_14（NAND_CE1_B pad，ALT5）上。使用IOMUXC_SetPinMux设置这两个引脚为GPIO模式。如何获取这两个GPIO的中断号呢？查阅数据手册的chapter3，CORTEX A7interrupts章节，这两个GPIO的中断号如下表所示。对应到GIC的SPI中断号需要在此编号基础上加上32，所以KEY1对应的GIC interrupt ID为（74 + 32 = 106），KEY2对应的GIC interrupt ID为（72 + 32 = 104）。
1.4.2 GIC控制器基地址的获取方法
直接查数据手册 Table 2-1. System memory map
可以知道gic的基地址是0xA0000
对于gic控制器还有另一种方法，通过 CP15查询：
mrc p15, 4, r0, c15, c0, 0
将gic的基地址通过mrc指令读取到r0寄存器。
1.4.3 GIC的初始化
通过CP15获取GIC的基地址，读取GICD_TYPER寄存器获得中断的数目，往GICD_ ICENABLERn寄存器写入0xFFFFFFFF禁用所有的SGI，PPI和SPI。通过GICC_PMR设置优先级等级，设置为0xF8；将GICC_BPR设置为2，这允许各个优先级进行抢占。 最后使能group0的distributor和CPU interface。
代码在**裸机Git仓库 NoosProgramProject/(11_GPIO中断/008_exception/gic.c)**目录内：
void gic_init(void)
{
u32 i, irq_num;
GIC_Type *gic = get_gic_base();
/* the maximum number of interrupt IDs that the GIC supports */
irq_num = (gic->D_TYPER & 0x1F) + 1;
/* On POR, all SPI is in group 0, level-sensitive and using 1-N model */
/* Disable all PPI, SGI and SPI */
for (i = 0; i < irq_num; i++)
gic->D_ICENABLER[i] = 0xFFFFFFFFUL;
/* The priority mask level for the CPU interface. If the priority of an
* interrupt is higher than the value indicated by this field,
* the interface signals the interrupt to the processor.
*/
gic->C_PMR = (0xFFUL << (8 - 5)) & 0xFFUL;
/* No subpriority, all priority level allows preemption */
gic->C_BPR = 7 - 5;
/* Enables the forwarding of pending interrupts from the Distributor to the CPU interfaces.
* Enable group0 distribution
*/
gic->D_CTLR = 1UL;
/* Enables the signaling of interrupts by the CPU interface to the connected processor
* Enable group0 signaling
*/
gic->C_CTLR = 1UL;
}
1.4.4 中断异常处理汇编部分
在异常向量表偏移为0x18的地方将pc设置为IRQ_Handler标号的位置，跳转到IRQ_Handler标号位置执行，处理器处于中断模式，lr_irq保存了被中断模式中的下一条即将执行的指令的地址，将lr减去4，将r0-r12和lr保存在栈上，用bl指令调用C函数handle_irq_c，C函数返回来后将r0-r12从栈上弹出，栈上的lr弹出到PC，并将SPSR拷贝到CPSR，返回被打断的指令继续执行。在reset handler里需要设置好irq模式的栈，这样在中断模式里才可以调用C函数，同时调用cpsie i打开中断。使用如下两条指令设置异常向量的基地址
ldr r0, =_vector_table
mcr p15, 0, r0, c12, c0, 0 /* set VBAR, Vector Base Address Register*/
汇编部分代码如下所示代码如下**裸机Git仓库 NoosProgramProject/(11_GPIO中断/008_exception/**008_exception\start.S）文件：
.text
.global _start, _vector_table
_start:
_vector_table:
ldr pc, =Reset_Handler /* Reset */
ldr pc, =Undefined_Handler /* Undefined instructions */
ldr pc, =SVC_Handler /* Supervisor Call */
b halt//ldr pc, =PrefAbort_Handler /* Prefetch abort */
b halt//ldr pc, =DataAbort_Handler /* Data abort */
.word 0 /* RESERVED */
ldr pc, =IRQ_Handler /* IRQ interrupt */
b halt//ldr pc, =FIQ_Handler /* FIQ interrupt */
………
.align 2
IRQ_Handler:
/* 执行到这里之前:
* 1. lr_irq保存有被中断模式中的下一条即将执行的指令的地址
* 2. SPSR_irq保存有被中断模式的CPSR
* 3. CPSR中的M4-M0被设置为10010, 进入到irq模式
* 4. 跳到0x18的地方执行程序
*/
/* 保存现场 */
/* 在irq异常处理函数中有可能会修改r0-r12, 所以先保存 */
/* lr-4是异常处理完后的返回地址, 也要保存 */
sub lr, lr, #4
stmdb sp!, {r0-r12, lr}
/* 处理irq异常 */
bl handle_irq_c
/* 恢复现场 */
ldmia sp!, {r0-r12, pc}^ /* ^会把spsr_irq的值恢复到cpsr里 */
.align 2
Reset_Handler:
/* Reset SCTlr Settings */
mrc p15, 0, r0, c1, c0, 0 /* read SCTRL, Read CP15 System Control register */
bic r0, r0, #(0x1 << 13) /* Clear V bit 13 to use normal exception vectors */
bic r0, r0, #(0x1 << 12) /* Clear I bit 12 to disable I Cache */
bic r0, r0, #(0x1 << 2) /* Clear C bit 2 to disable D Cache */
bic r0, r0, #(0x1 << 2) /* Clear A bit 1 to disable strict alignment */
bic r0, r0, #(0x1 << 11) /* Clear Z bit 11 to disable branch prediction */
bic r0, r0, #0x1 /* Clear M bit 0 to disable MMU */
mcr p15, 0, r0, c1, c0, 0 /* write SCTRL, Write to CP15 System Control register */
cps #0x1B /* Enter undef mode */
ldr sp, =0x80300000 /* Set up undef mode stack */
cps #0x12 /* Enter irq mode */
ldr sp, =0x80400000 /* Set up irq mode stack */
cps #0x13 /* Enter Supervisor mode */
ldr sp, =0x80200000 /* Set up Supervisor Mode stack */
ldr r0, =_vector_table
mcr p15, 0, r0, c12, c0, 0 /* set VBAR, Vector Base Address Register*/
//mrc p15, 0, r0, c12, c0, 0 //read VBAR
bl clean_bss
bl system_init
cpsie i /* Unmask interrupts */
bl main
halt:
b halt
clean_bss:
/* 清除BSS段 */
ldr r1, =__bss_start
ldr r2, =__bss_end
mov r3, #0
clean:
cmp r1, r2
strlt r3, [r1]
add r1, r1, #4
blt clean
mov pc, lr
1.4.5 中断异常处理C函数部分
获取到gic的基地址后，读取GICC_IAR获得中断号，根据中断号调用对应中断号的irq_handler函数，该函数是用户通过request_irq注册的中断处理函数，然后往GICC_EOIR写入中断号清除掉中断。
代码在裸机Git仓库 NoosProgramProject/(11_GPIO中断/008_exception\gic.c)：
void handle_irq_c(void)
{
int nr;
GIC_Type *gic = get_gic_base();
/* The processor reads GICC_IAR to obtain the interrupt ID of the
* signaled interrupt. This read acts as an acknowledge for the interrupt
*/
nr = gic-> C_IAR;
printf("irq %d is happened\r\n", nr);
irq_table[nr].irq_handler(nr, irq_table[nr].param);
/* write GICC_EOIR inform the CPU interface that it has completed
* the processing of the specified interrupt
*/
gic->C_EOIR = nr;
}
1.4.6 GPIO中断初始化和安装中断处理程序
对于KEY1，将GPIO5_01通过EDGE_SEL设置成双边沿触发，通过IMR对应位设置为1打开中断，为了防止误触发将ISR对应位写1清除掉中断。然后调用request_irq注册对应中断的中断处理函数，对于GPIO5_01是key_gpio5_handle_irq，中断处理函数里根据按键按下和松开分别在串口打印，并且按下时绿灯点亮，松开时绿灯熄灭，并且往ISR对应位写1清掉中断，否则会一直触发中断。对于KEY2，和KEY1类似，按下和松开只会在串口进行打印。
代码在裸机Git仓库 NoosProgramProject/(11_GPIO中断/008_exception\main.c）：
void key_gpio5_handle_irq(void)
{
/* read GPIO5_DR to get GPIO5_IO01 status*/
if((GPIO5->DR >> 1 ) & 0x1) {
printf("key 1 is release\r\n");
/* led off, set GPIO5_DR to configure GPIO5_IO03 output 1 */
GPIO5->DR |= (1<<3); //led on
} else {
printf("key 1 is press\r\n");
/* led on, set GPIO5_DR to configure GPIO5_IO03 output 0 */
GPIO5->DR &= ~(1<<3); //led off
}
/* write 1 to clear GPIO5_IO03 interrput status*/
GPIO5->ISR |= (1 << 1);
}
void key_gpio4_handle_irq(void)
{
/* read GPIO4_DR to get GPIO4_IO014 status*/
if((GPIO4->DR >> 14 ) & 0x1)
printf("key 2 is release\r\n");
else
printf("key 2 is press\r\n");
/* write 1 to clear GPIO4_IO014 interrput status*/
GPIO4->ISR |= (1 << 14);
}
void key_irq_init(void)
{
/* if set detects any edge on the corresponding input signal*/
GPIO5->EDGE_SEL |= (1 << 1);
/* if set 1, unmasked, Interrupt n is enabled */
GPIO5->IMR |= (1 << 1);
/* clear interrupt first to avoid unexpected event */
GPIO5->ISR |= (1 << 1);
GPIO4->EDGE_SEL |= (1 << 14);
GPIO4->IMR |= (1 << 14);
GPIO4->ISR |= (1 << 14);
request_irq(GPIO5_Combined_0_15_IRQn, (irq_handler_t)key_gpio5_handle_irq, NULL);
request_irq(GPIO4_Combined_0_15_IRQn, (irq_handler_t)key_gpio4_handle_irq, NULL);
}
1.4.7 特定中断号的中断使能和禁止
以中断号调用gic_enable_irq，对应的中断在GIC中打开，通过往GICD_ISENABLERn对应的位写入1打开。以中断号调用gic_ disable _irq，对应的中断在GIC中关闭，通过往GICD_ICENABLERn对应的位写入1关闭。
代码裸机Git仓库 NoosProgramProject/(11_GPIO中断/008_exception/gic.c）：
void gic_enable_irq(IRQn_Type nr)
{
GIC_Type *gic = get_gic_base();
/* The GICD_ISENABLERs provide a Set-enable bit for each interrupt supported by the GIC.
* Writing 1 to a Set-enable bit enables forwarding of the corresponding interrupt from the
* Distributor to the CPU interfaces. Reading a bit identifies whether the interrupt is enabled.
*/
gic->D_ISENABLER[nr >> 5] = (uint32_t)(1UL << (nr & 0x1FUL));
}
void gic_disable_irq(IRQn_Type nr)
{
GIC_Type *gic = get_gic_base();
/* The GICD_ICENABLERs provide a Clear-enable bit for each interrupt supported by the
* GIC. Writing 1 to a Clear-enable bit disables forwarding of the corresponding interrupt from
* the Distributor to the CPU interfaces. Reading a bit identifies whether the interrupt is enabled.
*/
gic->D_ICENABLER[nr >> 5] = (uint32_t)(1UL << (nr & 0x1FUL));
}
1.4.8 主函数调用
调用system_init_irq_table初始化中断跳转表，key_irq_init初始化按键中断的GPIO配置和注册中断处理函数，通过gic_init初始化GIC控制器，最后通过gic_enable_irq使能按键对应GIC中断号使用的中断。
代码裸机Git仓库 NoosProgramProject/(11_GPIO中断/008_exception/main.c）：
void system_init()
{
init_pins();
led_gpio_init();
led_ctl(0);//turn off led
boot_clk_gate_init();
boot_clk_init();
uart1_init();
puts("hello world\r\n");
system_init_irq_table();
key_irq_init();
gic_init();
gic_enable_irq(GPIO5_Combined_0_15_IRQn);
gic_enable_irq(GPIO4_Combined_0_15_IRQn);
}
1.4.9 参考章节《4-1.4编译程序》编译程序
进入 **裸机Git仓库 NoosProgramProject/(11_GPIO中断/008_exception)**源码目录
1.4.10 参考章节《4-1.4映像文件烧写、运行》烧写、运行程序
此时观察串口打印
按下KEY1，绿灯点亮，松开，绿灯熄灭，同时串口会打印按下松开的信息。按下或者松开KEY2，串口会打印出KEY2按下松开的信息。串口打印如下所示：
1.5 按键中断编程示例二
1.5.1 按键中断程序编程
此节代码在**裸机Git仓库 NoosProgramProject/(11_GPIO中断/011_gpio_eint)**目录内。
1.5.1.1 编写start.S
1．编写异常向量表
.text
.global _start, _vector_table
_start:
_vector_table:
ldr pc, =Reset_Handler
/* Reset */
b halt
/* Undefined instructions */
b halt
/* Supervisor Call */
b halt
/* Prefetch abort */
b halt
/* Data abort */
.word 0
/* RESERVED */
ldr pc, =IRQ_Handler
/* IRQ interrupt */
b halt
/* FIQ interrupt */
.align 2
IRQ_Handler:
b halt
.align 2
Reset_Handler:
b halt
halt:
b halt
上电后，程序从_start地址开始执行，05行代码对应的是0x00地址，06行代码对应的是0x4，依次类推，11行代码对应的是0x18，与11.1.2章节介绍的异常向量表对应。在编程时，通常在异常向量表中放一条跳转指令，跳转去执行更复杂的操作。比如在IRQ_Handler函数中需要保存现场，等处理完异常后又需要恢复现场。
程序在0x00地址通过ldr指令把Reset Handler的地址赋给pc，CPU跳转到Reset Handler运行，发生中断时，CPU跳转到IRQ_Handler运行。
2．编写复位中断函数
Reset_Handler:
/* Reset SCTlr Settings */
mrc p15, 0, r0, c1, c0, 0 /* read SCTRL, Read CP15 System Control register */
bic r0, r0, #(0x1 << 13) /* Clear V bit 13 to use normal exception vectors */
bic r0, r0, #(0x1 << 12) /* Clear I bit 12 to disable I Cache */
bic r0, r0, #(0x1 << 2) /* Clear C bit 2 to disable D Cache */
bic r0, r0, #(0x1 << 1) /* Clear A bit 1 to disable strict alignment */
bic r0, r0, #(0x1 << 11) /* Clear Z bit 11 to disable branch prediction */
bic r0, r0, #0x1 /* Clear M bit 0 to disable MMU */
mcr p15, 0, r0, c1, c0, 0 /* write SCTRL, Write to CP15 System Control register */
cps #0x1B /* Enter undef mode */
ldr sp, =0x80300000 /* Set up undef mode stack */
cps #0x12 /* Enter irq mode */
ldr sp, =0x80400000 /* Set up irq mode stack */
cps #0x13 /* Enter Supervisor mode */
ldr sp, =0x80200000 /* Set up Supervisor Mode stack */
ldr r0, =_vector_table
mcr p15, 0, r0, c12, c0, 0 /* set VBAR, Vector Base Address Register*/
//mrc p15, 0, r0, c12, c0, 0 //read VBAR
bl clean_bss
bl system_init
cpsie i /* Unmask interrupts */
bl main
halt:
b halt
clean_bss:
/* 清除BSS段 */
ldr r1, =__bss_start
ldr r2, =__bss_end
mov r3, #0
clean:
cmp r1, r2
strlt r3, [r1]
add r1, r1, #4
blt clean
mov pc, lr
在Reset_Handler中，需要完成关闭Icache、Dcache、MMU等操作。通过CPS指令改变处理器状态，比如cps #0x1B进入undef mode，然后设置undef mode状态下的栈地址。CPS #0x12进入irq mode，设置irq mode状态下的栈地址。CPS #0x13进入Supervisor mode，设置Supervisor mode状态下的栈地址。设置不同模式下栈地址的目的是在调用C函数时，总有一些寄存器的值需要保存下来，如果直接跳转到子函数里去执行，很有可能就被破坏，因为子函数可能也会用到这些寄存器。
3．编写IRQ服务函数
IRQ_Handler:
/* 执行到这里之前:
* 1. lr_irq保存有被中断模式中的下一条即将执行的指令的地址
* 2. SPSR_irq保存有被中断模式的CPSR
* 3. CPSR中的M4-M0被设置为10010, 进入到irq模式
* 4. 跳到0x18的地方执行程序 */
/* 保存现场 */
/* 在irq异常处理函数中有可能会修改r0-r12, 所以先保存 */
/* lr-4是异常处理完后的返回地址, 也要保存 */
sub lr, lr, #4
stmdb sp!, {r0-r12, lr}
/* 处理irq异常 */
bl handle_irq_c
/* 恢复现场 */
ldmia sp!, {r0-r12, pc}^ /* ^会把spsr_irq的值恢复到cpsr里 */
在IRQ_Handler中，需要保存现场，因为在handle_irq_c函数中可能会有修改r0-r12寄存器。等异常处理完后，再恢复现场。保存现场、恢复现场都离不开栈，保存现场需要把寄存器的值一个个放入栈中，恢复现场则从栈中一个个读取寄存器的值。所以再Reset_Handler中提前设置IRQ mode下的栈地址，当然，在IRQ_Handler中在设置栈也可以，看个人习惯吧。
1.5.1.2 编写interrupt.c
1．初始化GIC、使能中断并设置中断触发方式
void key_exit_init(void)
{
GPIO5_IMR = (volatile unsigned int *)(0x20AC014);
GPIO5_EDGE_SEL = (volatile unsigned int *)(0x20AC01C);
GPIO5_ISR = (volatile unsigned int *)(0x20AC018);
GPIO5_DR = (volatile unsigned int *)(0x20AC000);
GPIO4_IMR = (volatile unsigned int *)(0x20A8014);
GPIO4_EDGE_SEL = (volatile unsigned int *)(0x20A801C);
GPIO4_ISR = (volatile unsigned int *)(0x20A8018);
GPIO4_DR = (volatile unsigned int *)(0x20A8000);
gic_init();
gic_enable_irq(GPIO5_Combined_0_15_IRQn);
gic_enable_irq(GPIO4_Combined_0_15_IRQn);
/* 设置GPIOx_EDGE_SEL寄存器
* GPIO_EDGE_SEL bit is set, then a rising edge or falling edge in the corresponding
* signal generates an interrupt.
* GPIO5_EDGE_SEL 0x20AC01C
* bit[1] = 0b1
* GPIO4_EDGE_SEL 0x20A801C
* bit[14] = 0b1
*/
*GPIO5_EDGE_SEL |= (1<<1);
*GPIO4_EDGE_SEL |= (1<<14);
/* 设置GPIOx_IMR寄存器
* GPIO_IMR contains masking bits for each interrupt line.
* GPIO5_IMR 0x20AC014
* bit[1] = 0b1
* GPIO4_IMR 0x20A8014
* bit[14] = 0b1
*/
*GPIO5_IMR |= (1<<1);
*GPIO4_IMR |= (1<<14);
}
在key_exit_init函数中，首先调用gic_init函数对GIC中断控制器初始化，然后调用gic_enable_irq函数允许GPIO5_00GPIO5_15和GPIO4_00GPIO4_15管脚中断，这两个函数均根据官方SDK修改，具体的实现就是设置GIC寄存器，在这里不在详细分析。
设置GPIOx_EDGE_SEL选择双边沿触发中断，再设置GPIOx_IMR寄存器，使能GPIO5_1（key1）、GPIO4_14（key2）管脚中断。
2、编写中断服务C语言中断服务函数
void handle_irq_c(void)
{
int nr;
GIC_Type *gic = get_gic_base();
/* The processor reads GICC_IAR to obtain the interrupt ID of the
* signaled interrupt. This read acts as an acknowledge for the interrupt
*/
nr = gic->C_IAR;
printf("irq %d is happened\r\n", nr);
switch(nr)
{
case GPIO5_Combined_0_15_IRQn:
{
/* read GPIO5_DR to get GPIO5_IO01 status*/
if((*GPIO5_DR >> 1 ) & 0x1) {
printf("key 1 is release\r\n");
/* led off, set GPIO5_DR to configure GPIO5_IO03 output 1 */
led_ctl(0);
} else {
printf("key 1 is press\r\n");
/* led on, set GPIO5_DR to configure GPIO5_IO03 output 0 */
led_ctl(1);
}
/* write 1 to clear GPIO5_IO03 interrput status*/
*GPIO5_ISR |= (1 << 1);
break;
}
case GPIO4_Combined_0_15_IRQn:
{
/* read GPIO4_DR to get GPIO4_IO014 status*/
if((*GPIO4_DR >> 14 ) & 0x1)
{
printf("key 2 is release\r\n");
led_ctl(0);
}
else
{
printf("key 2 is press\r\n");
led_ctl(1);
}
/* write 1 to clear GPIO4_IO014 interrput status*/
*GPIO4_ISR |= (1 << 14);
break;
}
default:
break;
}
/* write GICC_EOIR inform the CPU interface that it has completed
* the processing of the specified interrupt
*/
gic->C_EOIR = nr;
}
在handle_irq_c函数中，通过读取GICC_IAR寄存器确定中断ID，得到中断ID后再判断此时管脚的电平状态，最后通过串口把中断ID打印出来，中断处理完成后不要忘了设置GPIOx_ISR寄存器，清除中断标志位，注意这是GPIO模块内的中断标志位寄存器，然后把中断ID写入GICC_EOIR寄存器，表示中断处理完成，这里时GIC中断控制器内的寄存器，清中断标志位一定要清除干净，注意分清楚GPIO内的中断标志位和GIC中断控制器内的中断标志寄存器。
1.5.2 上机实验
1.5.2.1 修改官方SDK文件
#include "gic.h"
#include "my_printf.h"
GIC_Type * get_gic_base(void)
{
GIC_Type *dst;
__asm volatile ("mrc p15, 4, %0, c15, c0, 0" : "=r" (dst));
return dst;
}
void gic_init(void)
{
u32 i, irq_num;
GIC_Type *gic = get_gic_base();
/* the maximum number of interrupt IDs that the GIC supports */
irq_num = (gic->D_TYPER & 0x1F) + 1;
/* On POR, all SPI is in group 0, level-sensitive and using 1-N model */
/* Disable all PPI, SGI and SPI */
for (i = 0; i < irq_num; i++)
gic->D_ICENABLER[i] = 0xFFFFFFFFUL;
/* The priority mask level for the CPU interface. If the priority of an
* interrupt is higher than the value indicated by this field,
* the interface signals the interrupt to the processor.
*/
gic->C_PMR = (0xFFUL << (8 - 5)) & 0xFFUL;
/* No subpriority, all priority level allows preemption */
gic->C_BPR = 7 - 5;
/* Enables the forwarding of pending interrupts from the Distributor to the CPU interfaces.
* Enable group0 distribution
*/
gic->D_CTLR = 1UL;
/* Enables the signaling of interrupts by the CPU interface to the connected processor
* Enable group0 signaling
*/
gic->C_CTLR = 1UL;
}
void gic_enable_irq(IRQn_Type nr)
{
GIC_Type *gic = get_gic_base();
/* The GICD_ISENABLERs provide a Set-enable bit for each interrupt supported by the GIC.
* Writing 1 to a Set-enable bit enables forwarding of the corresponding interrupt from the
* Distributor to the CPU interfaces. Reading a bit identifies whether the interrupt is enabled.
*/
gic->D_ISENABLER[nr >> 5] = (uint32_t)(1UL << (nr & 0x1FUL));
}
void gic_disable_irq(IRQn_Type nr)
{
GIC_Type *gic = get_gic_base();
/* The GICD_ICENABLERs provide a Clear-enable bit for each interrupt supported by the
* GIC. Writing 1 to a Clear-enable bit disables forwarding of the corresponding interrupt from
* the Distributor to the CPU interfaces. Reading a bit identifies whether the interrupt is enabled.
*/
gic->D_ICENABLER[nr >> 5] = (uint32_t)(1UL << (nr & 0x1FUL));
}
gic_init函数作用是初始化GIC控制器
gic_enable_irq函数作用是使能GPIO管脚中断
gic_disable_irq函数作用是屏蔽GPIO管脚中断
get_gic_base函数作用是得到GIC寄存器地址，通过GIC寄存器地址就可以访问GIC内部的寄存器。
1.5.2.2 修改Makefile
PREFIX=arm-linux-gnueabihf-
CC=$(PREFIX)gcc
LD=$(PREFIX)ld
AR=$(PREFIX)ar
OBJCOPY=$(PREFIX)objcopy
OBJDUMP=$(PREFIX)objdump
INCLUDEDIR := $(shell pwd)/include
CFLAGS := -Wall
CPPFLAGS := -nostdinc -fno-builtin -I$(INCLUDEDIR)
LDFLAGS := -L /usr/arm/gcc-linaro-6.2.1-2016.11-x86_64_arm-linux-gnueabihf/lib/gcc/arm-linux-gnueabihf/6.2.1 -lgcc
objs := start.o main.o led.o key.o interrupt.o uart.o eabi_compat.o my_printf.o gic.o
TARGET := eint
$(TARGET).img : $(objs)
$(LD) -T imx6ull.lds -o $(TARGET).elf $^ $(LDFLAGS)
$(OBJCOPY) -O binary -S $(TARGET).elf $(TARGET).bin
$(OBJDUMP) -D -m arm $(TARGET).elf > $(TARGET).dis
./tools/mkimage -n ./tools/imximage.cfg.cfgtmp -T imximage -e 0x80100000 -d $(TARGET).bin $(TARGET).imx
dd if=/dev/zero of=1k.bin bs=1024 count=1
cat 1k.bin $(TARGET).imx > $(TARGET).img
%.o:%.c
${CC} $(CPPFLAGS) $(CFLAGS) -c -o $@ $<
%.o:%.S
${CC} $(CPPFLAGS) $(CFLAGS) -c -o $@ $<
clean:
rm -f $(TARGET).dis $(TARGET).bin $(TARGET).elf $(TARGET).imx $(TARGET).img *.o
1.5.3 参考章节《4-1.4编译程序》编译程序
进入裸机Git仓库 NoosProgramProject/(11_GPIO中断/011_gpio_eint) 源码目录进行编译。
1.5.3.1 参考章节《4-1.4映像文件烧写、运行》烧写、运行程序
此时观察串口打印
分别按下松开key1、key2，中断ID打印出来，对应的Led也亮灭，在MCIMX6Y2.h文件中查询GPIO5_Combined_0_15_IRQn、GPIO4_Combined_0_15_IRQn，分别对应106、104，实验成功。
