[痞子衡]对比恩智浦全系列MCU的GPIO电平中断设计差异

NXP管管 · 发表于 2023-2-7 13:27:06

对比恩智浦全系列MCU的GPIO电平中断设计差异

大家好，我是痞子衡，是正经搞技术的痞子。今天痞子衡给大家介绍的是恩智浦全系列MCU(包含Kinetis, LPC, i.MXRT, MCX)的GPIO电平中断设计差异。

在痞子衡旧文《以i.MXRT1xxx的GPIO模块为例谈谈中断处理函数(IRQHandler)的标准流程》里，痞子衡主要介绍得是 GPIO 一般控制以及最常用的输入边沿中断相关知识。最近恩智浦官方社区有用户反映 i.MXRT1060 上 GPIO 中断状态寄存器（GPIO->ISR）在发生有效电平中断后的置位并不需要手动清零(W1C)，其会在 I/O 输入电平状态切换后自动清零，这和手册里描述不一致。

首先在痞子衡的认知里 GPIO 输入电平中断没有什么具体应用场景，想象一下，如果 GPIO 中断事件由输入电平值来触发，如果发生了有效输入电平且其状态不改变，那么 GPIO 中断响应函数就会被不断重复执行（此时 CPU 时间片无法再分给主函数），什么样的任务需要这样的处理呢？暂且不论应用场景，痞子衡今天就从恩智浦全系列 MCU 这方面的行为角度来做一下对比吧。

一、I/O中断控制模块差异
恩智浦现有的经典 Arm Cortex-M MCU 产品线共有如下五大类，它们在 GPIO 一般控制和中断控制外设上是有差异的。首先 i.MXRT四位数/Kinetis/LPC 这三条线各自是完全不同的外设，然后 i.MXRT三位数是在 LPC 外设基础上做了增强，而最新的 MCX 系列则是组合了 Kinetis 和 LPC 外设。

二、不同系列MCU下测试结果
根据上一节外设情况我们知道，只要测试了 i.MXRT四位数/Kinetis/LPC 这三个系列的情况，剩下两个系列自然也就不用测试了。

2.1 Kinetis
Kinetis 系列分为 K/KL/KE/KS/KW/KV/KM/K32L 等若干子系列，但是它们关于 GPIO 中断设计这一块是一样的。痞子衡选取了 MKL03Z 这颗芯片来做的测试，查看其手册 PORTx->PCRn[ISF] 位或者 PORTx->ISFR 寄存器均标记了中断状态，并且标明了需要做 W1C 操作。

我们可以直接在 \SDK_2.3.1_FRDM-KL03Z\boards\frdmkl03z\driver_examples\gpio\input_interrupt 例程上做测试，只需要做简单修改，痞子衡摘取了主要代码如下。FRDM-KL03Z 板上 SW3 按键对应 PTB5 引脚（按下为低电平，松开为高电平），代码设计里按一次 SW3 便打印一次。测试结果来看，在 Kinetis 上即使是电平中断，PORTx->ISFR 寄存器也是必须要手动清零的，与手册描述一致。

volatile bool g_ButtonPress = false;
void PORTB_IRQHandler(void)
{
// 清除中断标志
PORTB->ISFR = 1U << 5U;
g_ButtonPress = true;
}
int main(void)
{
// 省略 PTB5 引脚的 PINMUX 配置
gpio_pin_config_t sw_config = {
kGPIO_DigitalInput, 0,
};
// 仅需此处修改：将 GPIO 中断模式改为低电平触发
PORT_SetPinInterruptConfig(PORTB, 5U, kPORT_InterruptLogicZero);
NVIC_EnableIRQ(PORTB_IRQn);
GPIO_PinInit(GPIOB, 5U, &sw_config);
while (1)
{
if (g_ButtonPress)
{
delay();
PRINTF(" %s is pressed \r\n", "SW3");
g_ButtonPress = false;
}
}
}

复制代码

2.2 i.MXRT四位数
i.MXRT四位数系列分为 RT1010/1015/1020/1040/1050/1060/1160/1170/1180 等若干子型号，但是它们关于 GPIO 中断设计是一样的。痞子衡选取了 i.MXRT1062 这颗芯片来做的测试，查看其手册 GPIOx->ISR 寄存器标记了中断状态，同样标明了需要做 W1C 操作。

我们可以直接在 \SDK_2_12_1_EVK-MIMXRT1060\boards\evkmimxrt1060\driver_examples\gpio\input_interrupt 例程上做测试，只需要做简单修改，主要代码如下。MIMXRT1060-EVK 板上 SW8 按键对应 WAKEUP_GPIO5[0] 引脚（按下为低电平，松开为高电平），代码设计里按一次 SW8 便打印一次。测试结果来看，在 i.MXRT 四位数上如果是电平中断，GPIOx->ISR 寄存器会在电平状态切换时自动清零，跟手册描述有点差异，不过这样的设计比 Kinetis 上看起来更合理。

volatile bool g_InputSignal = false;
void GPIO5_Combined_0_15_IRQHandler(void)
{
// 清除中断标志
GPIO5->ISR = 1U << 0U;
g_InputSignal = true;
__DSB();
}
int main(void)
{
// 省略 WAKEUP 引脚的 PINMUX 配置
gpio_pin_config_t sw_config = {
kGPIO_DigitalInput,
0,
kGPIO_IntLowLevel, // 仅需此处修改：将 GPIO 中断模式改为低电平触发
};
GPIO_PortEnableInterrupts(GPIO5, 1U << 0U);
NVIC_EnableIRQ(GPIO5_Combined_0_15_IRQn);
GPIO_PinInit(GPIO5, 0U, &sw_config);
while (1)
{
if (g_InputSignal)
{
delay();
PRINTF(" %s is turned on. \r\n", "SW8");
g_InputSignal = false;
}
}
}

复制代码

2.3 LPC
LPC系列分为 800/1x00/4000/4300/51Uxx/54000/5500 等若干子型号，但是它们关于 GPIO 中断设计是一样的。痞子衡选取了 LPC54114 这颗芯片来做的测试，查看其手册 PINT->IST 寄存器标记了中断状态，这里关于 W1C 操作做了边沿方式和电平方式的区别，其中对于电平方式，W1C 是切换有效电平逻辑。

我们可以直接在 \SDK_2_9_0_LPCXpresso54114\boards\lpcxpresso54114\driver_examples\pint\pin_interrupt 例程上做测试，只需要做简单修改，主要代码如下。LPCXpresso-54114 板上 SW1 按键对应 PIO0[24] 引脚（按下为低电平，松开为高电平），代码设计里按一次 SW1 便打印一次。测试结果来看，在 LPC 上如果是电平中断，PINT->IST 寄存器会在电平状态切换时自动清零，跟手册描述有点差异，并且中断处理函数里如果主动加上 W1C 操作其效果就变成了双边沿中断，这样的设计比 i.MXRT 四位数更进了一步。

volatile bool g_ButtonPress = false;
void PIN_INT0_DriverIRQHandler(void)
{
uint32_t pmstatus = PINT_PatternMatchResetDetectLogic(PINT);
if (s_pintCallback[kPINT_PinInt0] != NULL)
{
s_pintCallback[kPINT_PinInt0](kPINT_PinInt0, pmstatus);
}
// 清除中断标志
PINT->IST = (1UL << (uint32_t)kPINT_PinInt0);
__DSB();
}
void pint_intr_callback(pint_pin_int_t pintr, uint32_t pmatch_status)
{
g_ButtonPress = true;
}
int main(void)
{
INPUTMUX_Init(INPUTMUX);
INPUTMUX_AttachSignal(INPUTMUX, kPINT_PinInt0, kINPUTMUX_GpioPort0Pin24ToPintsel);
PINT_Init(PINT);
// 仅需此处修改：将 GPIO 中断模式改为低电平触发
PINT_PinInterruptConfig(PINT, kPINT_PinInt0, kPINT_PinIntEnableLowLevel, pint_intr_callback);
PINT_EnableCallbackByIndex(PINT, kPINT_PinInt0);
while (1)
{
if (g_ButtonPress)
{
delay();
PRINTF(" %s Pin Interrupt event detected \r\n", "SW1");
g_ButtonPress = false;
}
}
}