痞子衡嵌入式：對比恩智浦全系列MCU(包含Kinetis/LPC/i.MXRT/MCX)的GPIO電平中斷設計差異

　　大家好，我是痞子衡，是正經搞技術的痞子。今天痞子衡給大家介紹的是恩智浦全系列MCU(包含Kinetis, LPC, i.MXRT, MCX)的GPIO電平中斷設計差異。

　　在痞子衡舊文 《以i.MXRT1xxx的GPIO模組為例談談中斷處理常式(IRQHandler)的標準流程》裡，痞子衡主要介紹得是 GPIO 一般控制以及最常用的輸入邊沿中斷相關知識。最近恩智浦官方社群有使用者反映 i.MXRT1060 上 GPIO 中斷狀態暫存器（GPIO->ISR）在發生有效電平中斷後的置位並不需要手動清零(W1C)，其會在 I/O 輸入電平狀態切換後自動清零，這和手冊裡描述不一致。

　　首先在痞子衡的認知裡 GPIO 輸入電平中斷沒有什麼具體應用場景，想象一下，如果 GPIO 中斷事件由輸入電平值來觸發，如果發生了有效輸入電平且其狀態不改變，那麼 GPIO 中斷響應函數就會被不斷重複執行（此時 CPU 時間片無法再分給主函數），什麼樣的任務需要這樣的處理呢？暫且不論應用場景，痞子衡今天就從恩智浦全系列 MCU 這方面的行為角度來做一下對比吧。

一、I/O中斷控制模組差異

　　恩智浦現有的經典 Arm Cortex-M MCU 產品線共有如下五大類，它們在 GPIO 一般控制和中斷控制外設上是有差異的。首先 i.MXRT四位數/Kinetis/LPC 這三條線各自是完全不同的外設，然後 i.MXRT三位數是在 LPC 外設基礎上做了增強，而最新的 MCX 系列則是組合了 Kinetis 和 LPC 外設。

二、不同系列MCU下測試結果

　　根據上一節外設情況我們知道，只要測試了 i.MXRT四位數/Kinetis/LPC 這三個系列的情況，剩下兩個系列自然也就不用測試了。

2.1 Kinetis

　　Kinetis 系列分為 K/KL/KE/KS/KW/KV/KM/K32L 等若干子系列，但是它們關於 GPIO 中斷設計這一塊是一樣的。痞子衡選取了 MKL03Z 這顆晶片來做的測試，檢視其手冊 PORTx->PCRn[ISF] 位或者 PORTx->ISFR 暫存器均標記了中斷狀態，並且標明瞭需要做 W1C 操作。

　　我們可以直接在 \SDK_2.3.1_FRDM-KL03Z\boards\frdmkl03z\driver_examples\gpio\input_interrupt 例程上做測試，只需要做簡單修改，痞子衡摘取了主要程式碼如下。FRDM-KL03Z 板上 SW3 按鍵對應 PTB5 引腳（按下為低電平，鬆開為高電平），程式碼設計裡按一次 SW3 便列印一次。測試結果來看，在 Kinetis 上即使是電平中斷，PORTx->ISFR 暫存器也是必須要手動清零的，與手冊描述一致。

volatile bool g_ButtonPress = false;
void PORTB_IRQHandler(void)
{
    // 清除中斷標誌
    PORTB->ISFR = 1U << 5U;
    g_ButtonPress = true;
}
int main(void)
{
    // 省略 PTB5 引腳的 PINMUX 設定
    gpio_pin_config_t sw_config = {
        kGPIO_DigitalInput, 0,
    };
    // 僅需此處修改：將 GPIO 中斷模式改為低電平觸發
    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;
        }
    }
}

2.2 i.MXRT四位數

　　i.MXRT四位數系列分為 RT1010/1015/1020/1040/1050/1060/1160/1170/1180 等若干子型號，但是它們關於 GPIO 中斷設計是一樣的。痞子衡選取了 i.MXRT1062 這顆晶片來做的測試，檢視其手冊 GPIOx->ISR 暫存器標記了中斷狀態，同樣標明瞭需要做 W1C 操作。

　　我們可以直接在 \SDK_2_12_1_EVK-MIMXRT1060\boards\evkmimxrt1060\driver_examples\gpio\input_interrupt 例程上做測試，只需要做簡單修改，主要程式碼如下。MIMXRT1060-EVK 板上 SW8 按鍵對應 WAKEUP_GPIO5[0] 引腳（按下為低電平，鬆開為高電平），程式碼設計裡按一次 SW8 便列印一次。測試結果來看，在 i.MXRT 四位數上如果是電平中斷，GPIOx->ISR 暫存器會在電平狀態切換時自動清零，跟手冊描述有點差異，不過這樣的設計比 Kinetis 上看起來更合理。

volatile bool g_InputSignal = false;
void GPIO5_Combined_0_15_IRQHandler(void)
{
    // 清除中斷標誌
    GPIO5->ISR = 1U << 0U;
    g_InputSignal = true;
    __DSB();
}
int main(void)
{
    // 省略 WAKEUP 引腳的 PINMUX 設定
    gpio_pin_config_t sw_config = {
        kGPIO_DigitalInput,
        0,
        kGPIO_IntLowLevel,  // 僅需此處修改：將 GPIO 中斷模式改為低電平觸發
    };
    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;
        }
    }
}

2.3 LPC

　　LPC系列分為 800/1x00/4000/4300/51Uxx/54000/5500 等若干子型號，但是它們關於 GPIO 中斷設計是一樣的。痞子衡選取了 LPC54114 這顆晶片來做的測試，檢視其手冊 PINT->IST 暫存器標記了中斷狀態，這裡關於 W1C 操作做了邊沿方式和電平方式的區別，其中對於電平方式，W1C 是切換有效電平邏輯。

　　我們可以直接在 \SDK_2_9_0_LPCXpresso54114\boards\lpcxpresso54114\driver_examples\pint\pin_interrupt 例程上做測試，只需要做簡單修改，主要程式碼如下。LPCXpresso-54114 板上 SW1 按鍵對應 PIO0[24] 引腳（按下為低電平，鬆開為高電平），程式碼設計裡按一次 SW1 便列印一次。測試結果來看，在 LPC 上如果是電平中斷，PINT->IST 暫存器會在電平狀態切換時自動清零，跟手冊描述有點差異，並且中斷處理常式裡如果主動加上 W1C 操作其效果就變成了雙邊沿中斷，這樣的設計比 i.MXRT 四位數更進了一步。

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);
    }
    // 清除中斷標誌
    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);
    // 僅需此處修改：將 GPIO 中斷模式改為低電平觸發
    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;
        }
    }
}

　　至此，恩智浦全系列MCU的GPIO電平中斷設計差異痞子衡便介紹完畢了，掌聲在哪裡~~~

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