详解LPC82X中断使用

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一、LPC82X 的中断系统概述
1.1 LPC82x (Cortex-M0+ CPU)的中断系统概述

M0+ 内部集成了中断系统的核心功能：

− 管理中断的进入、退出、嵌套，与优先级制度；自动保存与恢复现场
− 这一切都是全自动的，软件看不见——也就是说不用写汇编代码！

M0+ 自带了一个嵌套中断控制器，简称 NVIC，支持 32 路中断输入

         − 提供开关控制
         − 反映和控制待决标志
         − 设置优先级
         − 反映 ISR 是否已进入
         − 如果发生嵌套，可以出现两个以上中断的 ISR 已进入的情况

除了来自 NVIC 的中断，M0+ 自身还定义了其它的特殊中断类型

− 不可屏蔽中断(NMI), 硬故障(Hard_Fault),系统服务(SVCall, PendSV),系统节拍定时器(Systick)
1.2 中断编号

M0+ CPU 为每个中断都分配了唯一识别号

− 你可以把它当作是中断源的身份证号

中断号非常重要，它是识别和响应中断的凭据

         − 中断号用于寻找 ISR 的入口地址
         − M0+ 内核以变换后的中断号记录当前的中断
         − NVIC 就是以中断号管理各路中断源的

在 NVIC 的 API 函数中也是以中断号作为参数

         − 这个和我们写程序时关系最密切了
         − 在 cmsis.h 中的“IRQn_Type”定义了 LPC82x 的中断编号分配
          NVIC 管理的中断从 0 号开始
          M0+ 直接管理的特殊中断，中断号为负
1.3 中断开关控制示意图

1.4 在 LPC82x 上使用中断

1.5 LPC82x 的 CPU 内核(M0+)支持的其它中断

除了来自 NVIC 的中断，M0+ 还支持其它的特殊中断类型，用于任何以 M0+ 为内核的 MCU：

         − NMI: 不可屏蔽中断。LPC82x 可以任选一个中断源连接到 NMI
          常用的是把看门狗中断或者欠压警告中断连接到 NMI，它们的后果很严重。
         − Hard_fault: 软件或总线错误导致程序不能执行下去时，就会产生 hardfault(硬故障)，并且走中断响应的流程进入 Hard_Fault 中断
          例如，软件存取了一个不存在的地址，或者地址没有对齐。
          又如，CPU 读取到的指令译码失败(如果 M3 的 bin 文件烧到了 M0 的器件上）。
         − SVCall 和 PendSV: 给操作系统选用的系统服务中断（一般不用）
          在严格划分特权级别以保护系统的 RTOS上可能会用到 SVCall。
          PendSV 专用于上下文切换。
         − SysTick: 这是 M0+ 自带的一个简单的节拍定时器所对应的中断源。
          在一般情况下可以作为系统的时基，有超低功耗要求时不能用。
1.6 中断向量表

M0+ 要求程序在 CPU 看到的 0 地址存储一张表，称为“中断向量表”

         − 每个表目存储一个 ISR 的入口地址（有些位置没有用到）
         − 每个中断源在表中有自己的位置
       NVIC 管理的中断，就是中断号 +16。

    M0+ 自己管理的中断，另有编号机制。
         − 0 号表目有些特殊，它存储复位后的栈指针，会被装载到 SP 寄存器
         − 默认的中断向量表存储在启动代码中

LPC82x 提供“0 地址重映射”功能，把 0 地址开始的 512 字节范围映射到 Flash, RAM, 或者 Boot ROM

      − 用户程序执行时默认把 Flash 映射到 0
      − 用户程序可以今后再手工把向量表放到 Flash 或 RAM
      − 映射成 RAM 后，Flash 的前 512 字节内容无法被访问到！

启动后，M0+ 允许把向量表放到别处 (NVIC 的 VTOR 寄存器)

1.7 LPC82x 启动文件(keil_startup_lpc82x.s)中的中断向量表

IRQ 编号		中断向量		向量地址
	DCD	__initial_sp ;	Top of Stack	0x0000_0000
	DCD	Reset_Handler ;	Reset Handler	0x0000_0004
-14	DCD	NMI_Handler ;	NMI Handler	0x0000_0008
-13	DCD	HardFault_Handler ;	HardFault Handler	0x0000_000C
-12	DCD	0	Reserved interrupt	0x0000_0010
-11	DCD	0	Reserved interrupt	0x0000_0014
-10	DCD	0	Reserved interrupt	0x0000_0018
-9	DCD	0	Checksum of the first 7 words	0x0000_001C
-8	DCD	0	Reserved interrupt	0x0000_0020
-7	DCD	0	Reserved interrupt	0x0000_0024
-6	DCD	0	Reserved interrupt	0x0000_0028
-5	DCD	SVC_Handler ;	SVCall Handler	0x0000_002C
-4	DCD	0	Reserved interrupt	0x0000_0030
-3	DCD	0	Reserved interrupt	0x0000_0034
-2	DCD	PendSV_Handler ;	PendSV Handler	0x0000_0038
-1	DCD	SysTick_Handler ;	SysTick Handler	0x0000_003C
		; External Interrupts
0	DCD	SPI0_IRQHandler ;	SPI0 interrupt	0x0000_0040
1	DCD	SPI1_IRQHandler ;	SPI1 interrupt	0x0000_0044
2	DCD	0 ;	Reserved interrupt	0x0000_0048
3	DCD	USART0_IRQHandler ;	USART0 interrupt	0x0000_004C
4	DCD	USART1_IRQHandler ;	USART1 interrupt	0x0000_0050
5	DCD	USART2_IRQHandler ;	USART2 interrupt	0x0000_0054
6	DCD	0 ;	Reserved interrupt	0x0000_0058
7	DCD	I2C1_IRQHandler ;	I2C1 interrupt	0x0000_005C
8	DCD	I2C0_IRQHandler ;	I2C0 interrupt	0x0000_0060
9	DCD	SCT0_IRQHandler ;	State configurable timer interrupt	0x0000_0064
10	DCD	MRT0_IRQHandler ;	Multi-rate timer interrupt	0x0000_0068
11	DCD	CMP_IRQHandler ;	Analog comparator interrupt	0x0000_006C
12	DCD	WDT_IRQHandler ;	Windowed watchdog timer interrupt	0x0000_0070
13	DCD	BOD_IRQHandler ;	BOD interrupts	0x0000_0074
14	DCD	FLASH_IRQHandler ;	flash interrupt	0x0000_0078
15	DCD	WKT_IRQHandler ;	Self-wake-up timer interrupt	0x0000_007C
16	DCD	ADC0_SEQA_IRQHandler ;	ADC0 sequence A completion.	0x0000_0080
17	DCD	ADC0_SEQB_IRQHandler ;	ADC0 sequence B completion.	0x0000_0084
18	DCD	ADC0_THCMP_IRQHandler ;	ADC0 threshold compare and error.	0x0000_0088
19	DCD	ADC0_OVR_IRQHandler ;	ADC0 overrun	0x0000_008C
20	DCD	DMA0_IRQHandler ;	DMA0 interrupt	0x0000_0090
21	DCD	I2C2_IRQHandler ;	I2C2 interrupt	0x0000_0094
22	DCD	I2C3_IRQHandler ;	I2C3 interrupt	0x0000_0098
23	DCD	0 ;	Reserved interrupt	0x0000_009C
24	DCD	PIN_INT0_IRQHandler ;	Pin interrupt 0 or pattern match engine slice 0 interrupt	0x0000_00A0
25	DCD	PIN_INT1_IRQHandler ;	Pin interrupt 1 or pattern match engine slice 1 interrupt	0x0000_00A4
26	DCD	PIN_INT2_IRQHandler ;	Pin interrupt 2 or pattern match engine slice 2 interrupt	0x0000_00A8
27	DCD	PIN_INT3_IRQHandler ;	Pin interrupt 3 or pattern match engine slice 3 interrupt	0x0000_00AC
28	DCD	PIN_INT4_IRQHandler ;	Pin interrupt 4 or pattern match engine slice 4 interrupt	0x0000_00B0
29	DCD	PIN_INT5_IRQHandler ;	Pin interrupt 5 or pattern match engine slice 5 interrupt	0x0000_00B4
30	DCD	PIN_INT6_IRQHandler ;	Pin interrupt 6 or pattern match engine slice 6 interrupt	0x0000_00B8
31	DCD	PIN_INT7_IRQHandler ;	Pin interrupt 7 or pattern match engine slice 7 interrupt	0x0000_00BC

前 16 个是 M0+ 内核自己管理的特殊向量，有两个比较特殊：

         −  0 号：栈指针初值
         −  1 号：复位后第 1 条指令的地址
      另外，7 号是前面 7 个向量之和的 checksum 补码，由开发工具自动计算。

后面 32 个是 NVIC 管理的最多 32 路中断未用到的填 0

二、 LPC82x 的 SysTick & GPIO 中断实验

目的：通过本实验，理解和掌握 SysTick 和 GPIO 中断配置的全过程
软/硬件环境搭建：

         − 硬件：LPC824Lite-V1.0（评估板）
         − 软件：SDK 从 NXP 官网下载（https://mcuxpresso.nxp.com/en/select）；
            工程位置：......driver_examplesgpioled_outputmdkgpio_led_output.uvprojx

描述：

- 本实验把 S1 键所在的 PIO0_12 配置为下降沿触发中断，另有 SysTick 定时器产生周期性中断(1Hz)。
- 循环读取整个端口的输入值，当对应位为 0 时，即 S1 键被按下，反转 LED2 的输出电平；同时 SysTick 一直计数，如果触发中断就反转 LED0 的电平。

结果:

按下 S1 时 LED2 熄灭或点亮，松开时一般不闪烁（但偶尔会“抖动”闪烁）
LED0 以 1Hz 频率闪烁

主要代码:

                           /**
                           * @brief    Handle interrupt from SysTick timer: reverses current output logic of the GPIO pins.
                           * @return Nothing
                           */
                           void SysTick_Handler(void)
                           {
                           GPIO_PortToggle(GPIO, APP_BOARD_TEST_LED_PORT, 1u << 7); // LED0
                           }

                           /*!
                           * @brief Main function
                           */
                           int main(void)
                           {
                                    uint32_t port_state = 0;

                           /* Define the init structure for the output LED pin*/
                           // LED 灯的初始化结构体
                           gpio_pin_config_t led_config =
                           {
                                 kGPIO_DigitalOutput,// 设置为数字电平输出
                                 0,                               // 输出为低电平
                           };
                           ……
                           /* Init output LED GPIO. */
                           /*
                           初始化 PIO0 端口；
                           初始化 PIO0_16 和 PIO0_7 引脚为输出模式，输出高电平
                        */
                        GPIO_PortInit(GPIO, APP_BOARD_TEST_LED_PORT);
                        GPIO_PortInit(GPIO, APP_SW_PORT);
                        GPIO_PinInit(GPIO, APP_BOARD_TEST_LED_PORT, APP_BOARD_TEST_LED_PIN, &led_config);
                        GPIO_PinWrite(GPIO, APP_BOARD_TEST_LED_PORT, APP_BOARD_TEST_LED_PIN, 1);

                        GPIO_PinInit(GPIO, APP_BOARD_TEST_LED_PORT, 7, &led_config);
                        GPIO_PinWrite(GPIO, APP_BOARD_TEST_LED_PORT, 7, 1);
                        ……
                                 //初始化 SysTick 及其中断，并启动系统计时
                                 SysTick_Config(SystemCoreClock / TICKRATE_HZ); /* SystemCoreClock / TICKRATE_HZ 得出 SysTick
                                 两次中断之间的节拍数 */

                                 while (1)
                                 {
                                 port_state = GPIO_PortRead(GPIO, APP_SW_PORT); // 读取整个 GPIO 端口当前的输入值
                                 if (!(port_state & (1 << APP_SW_PIN))) // 判断按键 S1 对应引脚位是否被置零
                                          {
                                          PRINTF("rn Port state: %xrn", port_state);
                                          GPIO_PortToggle(GPIO, APP_BOARD_TEST_LED_PORT, 1u << APP_BOARD_TEST_LED_PIN);
                                          }
                                 delay();
                                    }
                        }

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