嵌入式Linux裸机开发笔记9(IMX6ULL)GPIO 中断实验（1）

引言

        中断系统是一个处理器重要的组成部分，中断系统极大的提高了 CPU 的执行效率，在学习 STM32 的时候就经常用到中断。本章就通过与 STM32 的对比来学习一下 Cortex-A7(I.MX6U) 中断系统和 Cortex-M(STM32)中断系统的异同，同时，本章会将 I.MX6U 的一个 IO 作为输入中 断，借此来讲解如何对 I.MX6U 的中断系统进行编程。

9.1 Cortex-A7 中断系统详解

9.1.1 STM32 中断系统回顾

        STM32 的中断系统主要有以下几个关键点：         ①、中断向量表。         ②、NVIC(内嵌向量中断控制器)。         ③、中断使能。         ④、中断服务函数。 1、中断向量表         中断向量表是一个表，这个表里面存放的是中断向量。中断服务程序的入口地址或存放中 断服务程序的首地址成为中断向量，因此中断向量表是一系列中断服务程序入口地址组成的表。 这些中断服务程序(函数)在中断向量表中的位置是由半导体厂商定好的，当某个中断被触发以 后就会自动跳转到中断向量表中对应的中断服务程序(函数)入口地址处。中断向量表在整个程 序的最前面，比如 STM32F103 的中断向量表如下所示： 示例代码 9.1.1.1 STM32F103 中断向量表 1 __Vectors DCD __initial_sp ; Top of Stack 2 DCD Reset_Handler ; Reset Handler 3 DCD NMI_Handler ; NMI Handler 4 DCD HardFault_Handler ; Hard Fault Handler 5 DCD MemManage_Handler ; MPU Fault Handler 6 DCD BusFault_Handler ; Bus Fault Handler 7 DCD UsageFault_Handler ; Usage Fault Handler 8 DCD 0 ; Reserved 9 DCD 0 ; Reserved 10 DCD 0 ; Reserved 11 DCD 0 ; Reserved 12 DCD SVC_Handler ; SVCall Handler 13 DCD DebugMon_Handler ; Debug Monitor Handler 14 DCD 0 ; Reserved 15 DCD PendSV_Handler ; PendSV Handler 16 DCD SysTick_Handler ; SysTick Handler 17 18 ; External Interrupts 19 DCD WWDG_IRQHandler ; Window Watchdog 20 DCD PVD_IRQHandler ; PVD through EXTI Line detect 21 DCD TAMPER_IRQHandler ; Tamper 22 DCD RTC_IRQHandler ; RTC 23 DCD FLASH_IRQHandler ; Flash 2425 /* 省略掉其它代码 */ 2627DCD DMA2_Channel4_5_IRQHandler ; DMA2 Channel4 & l528 __Vectors_End         “示例代码 17.1.1.1”就是 STM32F103 的中断向量表，中断向量表都是链接到代码的最 前面，比如一般 ARM 处理器都是从地址 0X00000000 开始执行指令的，那么中断向量表就是 从 0X00000000 开始存放的。“示例代码 17.1.1.1”中第 1 行的“__initial_sp”就是第一条中断 向量，存放的是栈顶指针，接下来是第 2 行复位中断复位函数 Reset_Handler 的入口地址，依 次类推，直到第 27 行的最后一个中断服务函数 DMA2_Channel4_5_IRQHandler 的入口地址， 这样 STM32F103 的中断向量表就建好了。         我们说 ARM 处理器都是从地址 0X00000000 开始运行的，但是我们学习 STM32 的时候 代码是下载到 0X8000000 开始的存储区域中。因此中断向量表是存放到 0X8000000 地址处 的，而不是 0X00000000，这样不是就出错了吗？为了解决这个问题，Cortex-M 架构引入了一 个新的概念——中断向量表偏移，通过中断向量表偏移就可以将中断向量表存放到任意地址 处，中断向量表偏移配置在函数 SystemInit 中完成，通过向 SCB_VTOR 寄存器写入新的中断 向量表首地址即可，代码如下所示： 示例代码 9.1.1.2 STM32F103 中断向量表偏移 1 void SystemInit (void) 2 { 3RCC->CR |= (uint32_t)0x00000001; 45/* 省略其它代码 */ 67 #ifdef VECT_TAB_SRAM 8SCB->VTOR = SRAM_BASE | VECT_TAB_OFFSET; 9 #else 10SCB->VTOR = FLASH_BASE | VECT_TAB_OFFSET; 11 #endif 12 }         第 8 行和第 10 行就是设置中断向量表偏移，第 8 行是将中断向量表设置到 RAM 中，第 10 行是将中断向量表设置到 ROM 中，基本都是将中断向量表设置到 ROM 中，也就是地址 0X8000000 处。第 10 行用到了 FALSH_BASE 和 VECT_TAB_OFFSET，这两个都是宏，定义 如下所示：         #define FLASH_BASE ((uint32_t)0x08000000)         #define VECT_TAB_OFFSET 0x0         因此第 10 行的代码就是：SCB->VTOR=0X080000000，中断向量表偏移设置完成。通过上 面的讲解我们了解了两个跟 STM32 中断有关的概念：中断向量表和中断向量表偏移，那么这个 跟 I.MX6U 有什么关系呢？因为 I.MX6U 所使用的 Cortex-A7 内核也有中断向量表和中断向量 表偏移，而且其含义和 STM32 是一模一样的！只是用到的寄存器不同而已，概念完全相同！ 2、NVIC(内嵌向量中断控制器)         中断系统得有个管理机构，对于 STM32 这种 Cortex-M 内核的单片机来说这个管理机构叫 做 NVIC，全称叫做 Nested Vectored Interrupt Controller。关于 NVIC 本教程不作详细的讲解，既 然 Cortex-M 内核有个中断系统的管理机构—NVIC，那么 I.MX6U 所使用的 Cortex-A7 内核是 不是也有个中断系统管理机构？答案是肯定的，不过 Cortex-A 内核的中断管理机构不叫做 NVIC，而是叫做 GIC，全称是 general interrupt controller，后面我们会详细的讲解 Cortex-A 内 核的 GIC。3、中断使能         要使用某个外设的中断，肯定要先使能这个外设的中断，以 STM32F103 的 PE2 这个 IO 为 例，假如我们要使用 PE2 的输入中断肯定要使用如下代码来使能对应的中断： NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI2_IRQn; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0x02; //抢占优先级 2， NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0x02; //子优先级 2 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //使能外部中断通道 NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);         上述代码就是使能 PE2 对应的 EXTI2 中断，同理，如果要使用 I.MX6U 的某个中断的话也 需要使能其对应的中断。 4、中断服务函数         我们使用中断的目的就是为了使用中断服务函数，当中断发生以后中断服务函数就会被调 用，我们要处理的工作就可以放到中断服务函数中去完成。同样以 STM32F103 的 PE2 为例， 其中断服务函数如下所示： /* 外部中断 2 服务程序 */ void EXTI2_IRQHandler(void) { /* 中断处理代码 */ }         当 PE2 引脚的中断触发以后就会调用其对应的中断处理函数 EXTI2_IRQHandler，我们可 以在函数 EXTI2_IRQHandler 中添加中断处理代码。同理，I.MX6U 也有中断服务函数，当某个 外设中断发生以后就会调用其对应的中断服务函数。 通过对 STM32 中断系统的回顾，我们知道了 Cortex-M 内核的中断处理过程，那么 CortexA 内核的中断处理过程是否是一样的，有什么异同呢？接下来我们带着这样的疑问来学习 Cortex-A7 内核的中断系统。

9.1.2 Cortex-A7 中断系统简介

跟 STM32 一样，Cortex-A7 也有中断向量表，中断向量表也是在代码的最前面。CortexA7 内核有 8 个异常中断，这 8 个异常中断的中断向量表如表 9.1.2.1 所示：表 9.1.2.1 Cortex-A7 中断向量表 中断向量表里面都是中断服务函数的入口地址，因此一款芯片有什么中断都是可以从中断 向量表看出来的。从表 9.1.2.1 中可以看出，Cortex-A7 一共有 8 个中断，而且还有一个中断向量未使用，实际只有 7 个中断。和“示例代码 9.1.1.1”中的 STM32F103 中断向量表比起来少 了很多！难道一个能跑 Linux 的芯片只有这 7 个中断？明显不可能的！那类似 STM32 中的 EXTI9_5_IRQHandler、TIM2_IRQHandler 这样的中断向量在哪里？I2C、SPI、定时器等等的中 断怎么处理呢？这个就是 Cortex-A 和 Cotex-M 在中断向量表这一块的区别，对于 Cortex-M 内 核来说，中断向量表列举出了一款芯片所有的中断向量，包括芯片外设的所有中断。对于 CotexA 内核来说并没有这么做，在表 9.1.2.1 中有个 IRQ 中断， Cortex-A 内核 CPU 的所有外部中 断都属于这个 IRQ 中断，当任意一个外部中断发生的时候都会触发 IRQ 中断。在 IRQ 中断服 务函数里面就可以读取指定的寄存器来判断发生的具体是什么中断，进而根据具体的中断做出 相应的处理。这些外部中断和 IRQ 中断的关系如图 9.1.2.1 所示：

图 9.1.2.1 外部中断和 IRQ 中断关系 在图 9.1.2.1 中，左侧的 Software0_IRQn~PMU_IRQ2_IRQ 这些都是 I.MX6U 的中断，他 们都属于 IRQ 中断。当图 9.1.2.1 左侧这些中断中任意一个发生的时候 IRQ 中断都会被触发， 所以我们需要在 IRQ 中断服务函数中判断究竟是左侧的哪个中断发生了，然后再做出具体的处 理。 在表 9.1.2.1 中一共有 7 个中断，简单介绍一下这 7 个中断： ①、复位中断(Rest)，CPU 复位以后就会进入复位中断，我们可以在复位中断服务函数里面 做一些初始化工作，比如初始化 SP 指针、DDR 等等。 ②、未定义指令中断(Undefined Instruction)，如果指令不能识别的话就会产生此中断。 ③、软中断(Software Interrupt,SWI)，由 SWI 指令引起的中断，Linux 的系统调用会用 SWI 指令来引起软中断，通过软中断来陷入到内核空间。 ④、指令预取中止中断(Prefetch Abort)，预取指令的出错的时候会产生此中断。 ⑤、数据访问中止中断(Data Abort)，访问数据出错的时候会产生此中断。 ⑥、IRQ 中断(IRQ Interrupt)，外部中断，前面已经说了，芯片内部的外设中断都会引起此 中断的发生。 ⑦、FIQ 中断(FIQ Interrupt)，快速中断，如果需要快速处理中断的话就可以使用此中断。 在上面的 7 个中断中，我们常用的就是复位中断和 IRQ 中断，所以我们需要编写这两个中 断的中断服务函数，稍后我们会讲解如何编写对应的中断服务函数。首先我们要根据表 9.1.2.1 的内容来创建中断向量表，中断向量表处于程序最开始的地方，比如我们前面例程的 start.S 文 件最前面，中断向量表如下： 示例代码 9.1.1.1 Cortex-A 向量表模板 1 .global _start /* 全局标号 */ 23 _start: 4ldr pc, =Reset_Handler /* 复位中断 */5ldr pc, =Undefined_Handler /* 未定义指令中断*/ 6ldr pc, =SVC_Handler /* SVC(Supervisor)中断 */ 7ldr pc, =PrefAbort_Handler /* 预取终止中断 */ 8ldr pc, =DataAbort_Handler /* 数据终止中断 */ 9ldr pc, =NotUsed_Handler /* 未使用中断 */ 10 ldr pc, =IRQ_Handler /* IRQ 中断 */ 11ldr pc, =FIQ_Handler /* FIQ(快速中断)未定义中断 */ 12 13 /* 复位中断 */14 Reset_Handler: 15/* 复位中断具体处理过程 */ 16 17 /* 未定义中断 */ 18 Undefined_Handler: 19ldr r0, =Undefined_Handler 20bx r0 21 22 /* SVC 中断 */ 23 SVC_Handler: 24ldr r0, =SVC_Handler 25bx r0 26 27 /* 预取终止中断 */ 28 PrefAbort_Handler: 29ldr r0, =PrefAbort_Handler 30bx r0 31 32 /* 数据终止中断 */ 33 DataAbort_Handler: 34ldr r0, =DataAbort_Handler 35bx r0 36 37 /* 未使用的中断 */ 38 NotUsed_Handler: 39 40ldr r0, =NotUsed_Handler 41bx r0 42 43 /* IRQ 中断！重点！！！！！ */ 44 IRQ_Handler: 45/* 复位中断具体处理过程 */ 4647 /* FIQ 中断 */48 FIQ_Handler: 49ldr r0, =FIQ_Handler 50bx r0         第 4 到 11 行是中断向量表，当指定的中断发生以后就会调用对应的中断复位函数，比如 复位中断发生以后就会执行第 4 行代码，也就是调用函数 Reset_Handler，函数 Reset_Handler 就是复位中断的中断复位函数，其它的中断同理。         第 14 到 50 行就是对应的中断服务函数，中断服务函数都是用汇编编写的，我们实际需要 编写的只有复位中断服务函数 Reset_Handler 和 IRQ 中断服务函数 IRQ_Handler，其它的中断本 教程没有用到，所以都是死循环。在编写复位中断复位函数和 IRQ 中断服务函数之前我们还需 要了解一些其它的知识，否则的话就没法编写。
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