SAM4E單片機(jī)之旅——3、LED閃爍之定時(shí)器中斷

讓一個(gè)LED燈閃爍不過癮，我們應(yīng)該讓這塊開發(fā)板完成一點(diǎn)更高難度的任務(wù)：比如讓兩個(gè)LED燈閃爍。

……

當(dāng)然了，以我們的現(xiàn)在使用的空循環(huán)技術(shù)，還是可以實(shí)現(xiàn)這點(diǎn)的。但是這樣顯得略為低端。所以我們使用一個(gè)高端點(diǎn)的技術(shù)：中斷。還有就是會(huì)介紹一下在CMSIS里怎么使用中斷。

一、電路

二、實(shí)現(xiàn)思路

第一個(gè)LED的閃爍還是用之前使用的空循環(huán)吧，別把世界弄得太復(fù)雜了。

第二個(gè)LED的閃爍就稍微自動(dòng)化一點(diǎn)了：使用一個(gè)定時(shí)器，讓它在到了需要切換引腳電平的時(shí)候通知我們一下。這樣做的好處就是我們只需在定時(shí)器通知時(shí)關(guān)注第二個(gè)LED燈，而在其他的時(shí)候就可以忙別的事了。（比如讓第一個(gè)LED閃爍。）

使用的中斷源還是之前用到的RTT。RTT可以在計(jì)數(shù)器達(dá)到特定值時(shí)產(chǎn)生中斷，這個(gè)特定的值（Alarm Value）可以通過訪問RTT報(bào)警寄存器（RTT_AR）設(shè)定。然后在RTT的中斷處理函數(shù)中切換LED引腳的電平，同時(shí)設(shè)定好下一次中斷的條件就好了。

三、中斷

在中斷時(shí)，處理器會(huì)根據(jù)中斷號(hào)在中斷向量表查詢中斷服務(wù)函數(shù)（ISR）相關(guān)的信息。為此，我們需要知道RTT的中端號(hào)（3），還有中斷向量表的位置，然后修改中斷向量表。系統(tǒng)控制塊（SCB）中有個(gè)“向量表偏移寄存器”（SCB_VTOR），在這個(gè)地址指向的區(qū)域里儲(chǔ)存著一系列的向量，包括外部中斷向量表。然后我們需要知道ISR相關(guān)信息在這個(gè)向量表的位置。接著修改中斷向量表時(shí)需要知道它儲(chǔ)存的只有ISR的地址，還是直接跳轉(zhuǎn)至ISR的指令……（先別忙著動(dòng)手）

四、main函數(shù)之前發(fā)生的事

實(shí)際上，入口點(diǎn)——即整個(gè)程序開始運(yùn)行的入口，并不是main函數(shù)。這個(gè)入口是鏈接器指定的，默認(rèn)情況下是_start函數(shù)。而在Atmel Studio生成的項(xiàng)目中，默認(rèn)情況下鏈接器的參數(shù)有“--entry=Reset_Handler”的這么一項(xiàng)，意思就是指定程序入口為Reset_Handler。

這個(gè)函數(shù)的實(shí)現(xiàn)在以下文件中：

srcASFsamutilscmsissam4esourcetemplatesgccstartup_sam4e.c

這個(gè)是函數(shù)也是重置時(shí)的中斷處理函數(shù)。在這個(gè)函數(shù)中，進(jìn)行了一系列的初始化工作，其中包括中斷向量表的配置。然后在初始化C庫之后，就調(diào)用main函數(shù)了。最后在main函數(shù)返回后執(zhí)行一個(gè)死循環(huán)。

五、定義中斷處理函數(shù)

CMSIS已經(jīng)為定義好了各種ISR的函數(shù)原型，同時(shí)做好了默認(rèn)的函數(shù)實(shí)現(xiàn)。這些函數(shù)在以下文件中實(shí)現(xiàn)：

srcASFsamutilscmsissam4esourcetemplatesexceptions.c

不過默認(rèn)的函數(shù)實(shí)現(xiàn)是“弱定義”為Dummy_Handler的別名，這個(gè)函數(shù)的實(shí)現(xiàn)只是一個(gè)簡(jiǎn)單的死循環(huán)。弱定義意味著我們可以很方便地在鏈接時(shí)覆蓋默認(rèn)的實(shí)現(xiàn)。方法就是重新定義一個(gè)具有相同簽名的函數(shù)。因?yàn)槟J(rèn)情況下是“強(qiáng)定義”的，所以就會(huì)覆蓋掉默認(rèn)的實(shí)現(xiàn)。

四、CMSIS默默完成的工作

其實(shí)CMSIS已經(jīng)做好很多事了。

在運(yùn)行C語言編譯后產(chǎn)生的代碼時(shí)，需要堆棧來追蹤函數(shù)調(diào)用情況，以及儲(chǔ)存一些臨時(shí)變量。我們編寫的main函數(shù)得以成功運(yùn)行的原因之一就是CMSIS已經(jīng)幫我們準(zhǔn)備好了堆棧。

然后CMSIS完成的事就是配置向量表了。CMSIS已經(jīng)為定義好了各種ISR的函數(shù)原型，同時(shí)做好了默認(rèn)的函數(shù)實(shí)現(xiàn)。不過默認(rèn)的函數(shù)實(shí)現(xiàn)是“弱定義”的，這意味著我們可以很方便地覆蓋默認(rèn)的實(shí)現(xiàn)。然后CMSIS就會(huì)根據(jù)這些信息配置向量表，而在編寫自定義的中斷處理函數(shù)只需根據(jù)原型做出實(shí)現(xiàn)即可。

接著CMSIS會(huì)進(jìn)行一系列系統(tǒng)初始化工作（調(diào)用SystemInit函數(shù)）。包括定義好讀寫Flash芯片時(shí)需要等待的時(shí)間，初始化震蕩器、鎖相環(huán)，設(shè)定系統(tǒng)主時(shí)鐘等。

“最后”，就是執(zhí)行main函數(shù)了。

六、準(zhǔn)備工作

現(xiàn)在程序已經(jīng)略為復(fù)雜了，需要做些準(zhǔn)備工作。

宏定義：

123456789/* LED 使用的GPIO引腳 */#define LED0_GPIO PIO_PA0#define LED1_GPIO PIO_PD20/* LED 閃爍的周期 */#define LED0_OFF_MS 500#define LED0_ON_MS 1000#define LED1_OFF_MS 500#define LED1_ON_MS 200

輔助函數(shù)CalcRTTNeedInc。之前為了計(jì)算經(jīng)過指定時(shí)間后RTT記數(shù)器增加的值，寫了幾行代碼。因?yàn)橛卸鄠€(gè)地方要用到這個(gè)計(jì)算，所以把它抽象出來了：

123456789inlineuint32_t CalcRTTNeedInc(unsigned intms){/* 計(jì)數(shù)器加一的頻率 */constuint32_t freq = CHIP_FREQ_SLCK_RC / PRESCALE;/* 計(jì)算延遲后，計(jì)數(shù)器需要增加的值* need_inc = ms /1000 / (1/freq) */return(ms * freq / 1000);}

六、RTT的中斷處理

在理論上，本程序在RTT中斷時(shí)切換第二個(gè)LED的引腳電平，并設(shè)置下一次中斷的條件。

在文件sam4e16e.h中，已經(jīng)定義好了RTT中斷處理函數(shù)的原型了，只需實(shí)現(xiàn)即可。

需要注意的是，在中斷處理函數(shù)中，需要通過讀取一次RTT_SR以清除RTT的Alarm狀態(tài)，否則該中斷一直會(huì)被觸發(fā)。

12345678910111213141516171819202122232425262728293031voidRTT_Handler(void){/* 通過讀取狀態(tài)寄存器清除Alarm */uint32_t _ = RTT->RTT_SR;uint32_t begin_rttv = ReadRTT_CRTV();uint32_t int_gap_ms ;uint32_t need_inc;if((PIOD->PIO_ODSR & LED1_GPIO) == 0){/* 現(xiàn)在引腳電平為低，LED是亮的 *//* 滅燈 */PIOD->PIO_SODR = LED1_GPIO;/* 設(shè)置下次中斷喚醒間隔的時(shí)間 */int_gap_ms = LED1_OFF_MS;}else{/* 現(xiàn)在引腳電平為高，LED是滅的 *//* 亮燈 */PIOD->PIO_CODR = LED1_GPIO;/* 設(shè)置下次中斷喚醒間隔的時(shí)間 */int_gap_ms = LED1_ON_MS;}/* 計(jì)算并設(shè)置下一次中斷的條件 */need_inc = CalcRTTNeedInc(int_gap_ms);RTT->RTT_AR = RTT_AR_ALMV(begin_rttv + need_inc - 1);return;}

七、RTT初始化中斷啟用

如果需要啟用中斷，需要配置NVIC_ISERx寄存器，而且需要進(jìn)行一定的計(jì)算。而CMSIS也做了相應(yīng)的工作：

123/* 啟用中斷 */NVIC_ClearPendingIRQ(RTT_IRQn);NVIC_EnableIRQ(RTT_IRQn);

對(duì)于RTT，配置時(shí)只需使能中斷，同時(shí)設(shè)置第一次中斷的條件即可。

12345678910/* 初始化 RTT */RTT->RTT_MR = RTT_MR_RTPRES(PRESCALE)| RTT_MR_RTTRST| RTT_MR_ALMIEN;/* 計(jì)算第一次中斷的時(shí)間* 現(xiàn)在燈是亮的，第一次中斷即在需要燈滅時(shí)*/RTT->RTT_AR = RTT_AR_ALMV(ReadRTT_CRTV() + CalcRTTNeedInc(LED1_ON_MS) -1);

八、禁用看門狗

程序在運(yùn)行若干秒之后，可能會(huì)看到一些不和諧的狀況，比如某個(gè)LED燈不按照我們的設(shè)想快速閃動(dòng)一兩下。這是因?yàn)榭撮T狗默認(rèn)是開啟的，而我們卻從來沒有“喂狗”，從而導(dǎo)致系統(tǒng)重置?，F(xiàn)在我只需禁用看門狗即可：

1WDT->WDT_MR = WDT_MR_WDDIS;

PS，完整程序代碼：

這一部分完整代碼放在下面，以后大概不會(huì)再在這個(gè)基礎(chǔ)上修改了吧。

#include

//#include

/* LED 使用的GPIO引腳 */

#define LED0_GPIO PIO_PA0

#define LED1_GPIO PIO_PD20

/* LED 閃爍的周期 */

#define LED0_OFF_MS 500

#define LED0_ON_MS 200

#define LED1_OFF_MS 200

#define LED1_ON_MS 300

#define PRESCALE (1u<<10)

inline uint32_t ReadRTT_CRTV(void)

{

//return (RTT->RTT_VR) & RTT_VR_CRTV_Msk;

uint32_t v1;

uint32_t v2;

while(1)

{

v1 = (RTT->RTT_VR) & RTT_VR_CRTV_Msk;

v2 = (RTT->RTT_VR) & RTT_VR_CRTV_Msk;

/* 通過連續(xù)讀取兩次RTT_VR的值以增加準(zhǔn)備性 */

if (v1 == v2)

{

return v1;

}

}

}

inline uint32_t CalcRTTNeedInc(unsigned int ms)

{

/* 計(jì)數(shù)器加一的頻率 */

const uint32_t freq = CHIP_FREQ_SLCK_RC / PRESCALE;

/* 計(jì)算延遲后，計(jì)數(shù)器需要增加的值

* need_inc = ms /1000 / (1/freq) */

return (ms * freq / 1000);

}

void Delay(unsigned int ms)

{

uint32_t begin_rttv = ReadRTT_CRTV();

uint32_t need_inc = CalcRTTNeedInc(ms);

uint32_t end_rttv = begin_rttv + need_inc;

/* 等待*/

while(ReadRTT_CRTV() < end_rttv)

;

}

/* RTT 中斷處理函數(shù)

* 在這里主要就進(jìn)行LED1引腳電平的切換了

*/

void RTT_Handler(void)

{

/* 通過