16. ICU——外部中断¶

本章配套视频介绍:

《22-ICU–外部中断(第1节)——中断过程介绍》

https://www.bilibili.com/video/BV1rb4y1G7Ud/

《23-ICU–外部中断(第2节)——按键外部中断实验》

https://www.bilibili.com/video/BV1D64y1p7KQ/

本章参考资料：《RA6M5 Group User’s Manual: Hardware》主要参考章节：13. Interrupt Controller Unit (ICU)

16.1. 外部引脚中断¶

上一章节我们已经详细介绍了NVIC、ICU、ELC、NMI 并对RA系列MCU的中断管理系统有个全局的了解，我们这一章节的内容是如何控制外部中断，也是内核里的NVIC的实例应用，这也是RA系列MCU非常重要的一个外部中断资源。

16.1.1. ICU框图-外部中断介绍¶

根据ICU的功能框图我们知道，首先需要配置IRQCR寄存器(IRQ Control Register，IRQ英文全称：Interrupt ReQuest，中文名：中断请求）。之后我们要配置IELSR寄存器（英文全称：ICU Event Link Setting Register，中文名：中断控制单元事件链接设置寄存器）。之后使能IR寄存器。最后我们需要配置NVIC，关于NVIC详情可以了解上一节。

16.1.2. 相应寄存器介绍¶

16.1.2.1. IRQCR介绍¶

Interrupt Request Control Register(IRQCR) — 中断请求控制寄存器，这个寄存器拥有0-15个通道，有三个标志位： (1) IRQMD[1:0]检测感知选择 (2) FCLKSEL[1:0]数字滤波采样时钟选择 (3) FLTEN数字滤波器使能

IRQ控制寄存器:

IRQCRi寄存器¶
位	位域名	说明
0	IRQMD	外部引脚中断源的检测方法 Falling edge 下降沿 Rising edge 上升沿 Rising and falling edges 上升和下降沿 Low level 低电平
1	FCLKSEL	数字滤波采样时钟选择 PCLKB PCLKB/8 PCLKB/32 PCLKB/64
2	FLTEN	IRQ数字滤波器使能

IELSR寄存器¶
位	位域名	说明
0	IELS	ICU事件链接选择
1	IR	中断状态标志,置0不产生中断请求，置1产生中断请求
2	DTCE	DTCE位（DTC激活启用）：当DTCE位设置为1时，相关事件被选择为DTC激活源

中断控制单元事件链接设置寄存器（IELSRn），在整个的RA6M5中拥有的数量有96个。

16.2. 中断的过程介绍¶

当中断来临的时候会最先经过IRQ寄存器，IRQ寄存器检测到中断的时候，会向中央处理嵌套向量中断控制器NVIC发送中断信号，当NVIC检测到中断请求的时候，会将相应的中断服务函数进行挂起。之后将运行的八个寄存器进行压栈，压栈完成之后将中断服务程序进行激活。之后将原先压栈的寄存器取出，继续运行之前的程序。

中断抢占的过程:

当中断来临的时候会最先经过IRQ寄存器，IRQ寄存器检测到中断的时候，会向中央处理嵌套向量中断控制器NVIC发送中断信号，当NVIC检测到中断请求的时候，会将相应的中断服务函数进行挂起。之后将运行的八个寄存器进行压栈，堆栈完成之后将中断服务程序进行激活。此时当另一个优先级更高的中断源发生请求的时候，会将相应的中断服务函数进行挂起。之后将当前运行的八个寄存器进行压栈，压栈完成之后将中断服务程序进行激活。当中断服务程序运行完之后会将原先压栈的寄存器取出，之后继续运行之前中断服务的程序。中断服务程序运行完成之后之后将原先压栈的寄存器取出，继续运行之前的程序。

16.3. 实验：按键外部中断¶

中断在嵌入式应用中的地位不言而喻，几乎每个控制器都有中断功能。中断对事件得到第一时间处理是非常重要的。我们设计使用按键来作为触发源，使得控制器产生中断，并在中断服务函数中实现控制LED灯的任务。

16.3.1. 硬件设计¶

轻触按键在按下时会使得按键的两个引脚接通，通过电路设计可以使得在按键按下时引脚产生电平变化。

野火启明6M5开发板的按键电路设计如下：

野火启明4M2开发板的按键电路设计如下：

野火启明2L1开发板的按键电路设计如下：

其中，RES 按键是开发板的芯片复位按键，用于复位MCU芯片。另外两个按键为用户可自定义的按键，可用于实现用户所需的功能。

在按键的电路设计中，与按键相并联的电容属于硬件滤波电容，可以在一定程度上防止按键抖动带来的误触发。其实，用户也可以使用瑞萨RA MCU的IO引脚内部自带的数字滤波功能，这样可以去掉该电容，从而减少电路板的硬件成本。

开发板按键引脚分配和中断号¶
开发板	引脚及其对应中断号
启明6M5	KEY1_SW2: P004 (IRQ9-DS) KEY2_SW3: P005 (IRQ10-DS)
启明4M2	KEY1_SW2: P403 (IRQ14-DS) KEY2_SW3: P404 (IRQ15-DS)
启明2L1	KEY1_SW2: P001 (IRQ7) KEY2_SW3: P002 (IRQ2)

16.3.2. 软件设计¶

16.3.2.1. 新建工程¶

对于 e2 studio 开发环境：: 拷贝一份我们之前的 e2s 工程 “11_GPIO_LED”，然后将工程文件夹重命名为 “16_ICU_External_IRQ”，最后再将它导入到我们的 e2 studio 工作空间中。
对于 Keil 开发环境：: 拷贝一份我们之前的 Keil 工程 “11_GPIO_LED”，然后将工程文件夹重命名为 “16_ICU_External_IRQ”，并进入该文件夹里面双击 Keil 工程文件，打开该工程。

工程新建好之后，在工程根目录的 “src” 文件夹下面新建 “key” 文件夹，再进入 “key” 文件夹里面新建源文件和头文件： “bsp_key_irq.c” 和 “bsp_key_irq.h”。工程文件结构如下。

文件结构¶

16_ICU_External_IRQ
├─ ......
└─ src
   ├─ led
   │  ├─ bsp_led.c
   │  └─ bsp_led.h
   ├─ key
   │  ├─ bsp_key_irq.c
   │  └─ bsp_key_irq.h
   └─ hal_entry.c

16.3.2.2. FSP配置¶

首先打开 “16_ICU_External_IRQ” 项目的 FSP 配置界面，接下来我们要在这个界面里配置芯片的引脚及其相应的功能。

以野火启明6M5开发板为例，首先配置引脚连接到 ICU 的中断通道。

然后，依次点击 “Stacks” -> “New Stack” -> “Input”-> “External IRQ” 来加入外部中断模块，如下图所示。由于使用两个按键，需要两个外部中断，所以这里需要加入2个外部中断模块。

第一个外部中断模块设置的是按键1的外部中断配置，按如下图所示进行设置：

第二个外部中断模块设置的是按键2的外部中断配置，按如下图所示进行设置：

外部中断模块（r_icu）的属性介绍如下表所示。

External IRQ 属性介绍¶
External IRQ 属性	描述
Name	名称
Channel	通道（IRQ中断号）
Trigger	触发方式：上升沿、下降沿、双边沿或低电平触发
Digital Filtering	数字滤波使能
Digital Filtering Sample Clock (Only valid when Digital Filtering is Enabled)	数字滤波采样时钟
Callback	中断回调函数 2个按键外部中断的中断回调函数可以设置为相同，只需要在函数中判断触发中断的中断号即可互相区分
Pin Interrupt Priority	中断优先级

配置完成之后可以按下快捷键“Ctrl + S”保存，最后点右上角的 “Generate Project Content” 按钮，让软件自动生成配置代码即可。

16.3.2.3. 按键外部中断初始化函数¶

代码清单 16_1：外部中断初始化函数¶

/* KEY 外部中断初始化函数 */
void Key_IRQ_Init(void)
{
   fsp_err_t err = FSP_SUCCESS;

   /* Open ICU module */
   err = R_ICU_ExternalIrqOpen(&g_external_irq9_ctrl, &g_external_irq9_cfg);
   err = R_ICU_ExternalIrqOpen(&g_external_irq10_ctrl, &g_external_irq10_cfg);
   /* 允许中断 */
   err = R_ICU_ExternalIrqEnable(&g_external_irq9_ctrl);
   err = R_ICU_ExternalIrqEnable(&g_external_irq10_ctrl);
}

R_ICU_ExternalIrqOpen() 用于打开一个外部中断模块实例。
R_ICU_ExternalIrqEnable() 用于使能外部中断，使能后即可触发产生外部中断。

16.3.2.4. 按键中断回调函数¶

因为之前的 FSP 配置里面 Callback 属性配置的都是同一个中断回调函数，因此，我们仅需实现一个中断回调函数即可。当然，中断回调函数也可设置为不同的两个函数，由用户定义。

两个按键共用 key_external_irq_callback 中断回调函数，并通过 p_args->channel 参数来判断是哪个中断通道产生了中断从而判断是哪个按键按下，该函数如下：

代码清单 16_2：按键中断回调函数¶

/* 按键按下标志 */
volatile bool key1_sw2_press = false;
volatile bool key2_sw3_press = false;

/* 按键中断回调函数 */
void key_external_irq_callback(external_irq_callback_args_t *p_args)
{
   /* 判断中断通道 */
   if (9 == p_args->channel)
   {
      key1_sw2_press = true;   // 按键KEY1_SW2按下
   }
   else if (10 == p_args->channel)
   {
      key2_sw3_press = true;   // 按键KEY2_SW3按下
   }
}

16.3.2.5. hal_entry入口函数¶

hal_entry 入口函数如下所示：

代码清单 16_3：hal_entry 入口函数¶

/* 用户头文件包含 */
#include "led/bsp_led.h"
#include "key/bsp_key_irq.h"


extern volatile bool key1_sw2_press;
extern volatile bool key2_sw3_press;


void hal_entry(void)
{
   /* TODO: add your own code here */

   LED_Init(); // LED 初始化
   Key_IRQ_Init(); // KEY 外部中断初始化

   while(1)
   {
      /* 判断按键 KEY1_SW2 是否被按下 */
      if (key1_sw2_press)
      {
            key1_sw2_press = false; //标志位清零

            LED2_TOGGLE;            //LED2 翻转
      }

      /* 判断按键 KEY2_SW3 是否被按下 */
      if (key2_sw3_press)
      {
            key2_sw3_press = false; //标志位清零

            LED3_TOGGLE;            //LED3 翻转
      }

      // LED1 闪烁指示程序正在运行
      LED1_TOGGLE;
      R_BSP_SoftwareDelay(1, BSP_DELAY_UNITS_SECONDS); //延时1秒
      // 按键被按下触发中断后，在主循环中LED2或LED3最长会被推迟1秒翻转
   }


#if BSP_TZ_SECURE_BUILD
   /* Enter non-secure code */
   R_BSP_NonSecureEnter();
#endif
}

16.3.3. 下载验证¶

把编译好的程序下载到开发板并复位，按下用户按键1和按键2即可分别控制LED2和LED3灯的亮灭。同时LED1灯在每秒钟翻转一次状态。