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ESP32开发板的中断矩阵、功能描述与实现、相关API和示例程序进行介绍
ESP32中断矩阵将任一外部中断源单独分配到每个CPU的任一外部中断上，提供了强大的灵活性，能适应不同的应用需求。
ESP32中断主要有以下特性：
接收71个外部中断源作为输入，为两个CPU分别生成26个外部中断（总共52个）作为输出，屏蔽CPU的NMI类型中断，查询外部中断源当前的中断状态，
包括外设中断配置寄存器、中断源、中断矩阵和中断输出寄存器。
1.外部中断源
ESP32共有71个外部中断源，有67个可以分配给两个CPU，
其余4个外部中断源只能分配给特定的CPU，每个CPU2个。GPIO_INTERRUPT_PRO和GPIO_INTERRUPT_PRO_NMI只可以分配给PRO_CPU，GPIO_INTERRUPT_APP和GPIO_INTERRUPT_APP_NMI只可以分配给APP_CPU。
因此，PRO_CPU与APP_CPU各分配到69个外部中断源。
2.CPU中断源
两个CPU（PRO_CPU和APP_CPU）各有32个中断，其中26个为外部中断。
| 编号 | 类别 | 种类 | 优先级 | 编号 | 类别 | 种类 | 优先级 |
| 0 | 外部中断 | 电平触发 | 1 | 16 | 内部中断 | 定时器 2 | 5 |
| 1 | 外部中断 | 电平触发 | 1 | 17 | 外部中断 | 电平触发 | 1 |
| 2 | 外部中断 | 电平触发 | 1 | 18 | 外部中断 | 电平触发 | 1 |
| 3 | 外部中断 | 电平触发 | 1 | 19 | 外部中断 | 电平触发 | 2 |
| 4 | 外部中断 | 电平触发 | 1 | 20 | 外部中断 | 电平触发 | 2 |
| 5 | 外部中断 | 电平触发 | 1 | 21 | 外部中断 | 电平触发 | 2 |
| 6 | 内部中断 | 定时器 0 | 1 | 22 | 外部中断 | 边沿触发 | 3 |
| 7 | 内部中断 | 软件 | 1 | 23 | 外部中断 | 电平触发 | 3 |
| 8 | 外部中断 | 电平触发 | 1 | 24 | 外部中断 | 电平触发 | 4 |
| 9 | 外部中断 | 电平触发 | 1 | 25 | 外部中断 | 电平触发 | 4 |
| 10 | 外部中断 | 边沿触发 | 1 | 26 | 外部中断 | 电平触发 | 5 |
| 11 | 内部中断 | 解析 | 3 | 27 | 外部中断 | 电平触发 | 3 |
| 12 | 外部中断 | 电平触发 | 1 | 28 | 外部中断 | 边沿触发 | 4 |
| 13 | 外部中断 | 电平触发 | 1 | 29 | 内部中断 | 软件 | 3 |
| 14 | 外部中断 | NMI | NMI | 30 | 外部中断 | 边沿触发 | 4 |
| 15 | 内部中断 | 定时器 1 | 3 | 31 | 外部中断 | 电平触发 | 5 |
3.分配外部中断源至CPU外部中断
首先，按照如下规则描述中断：记号Source_X代表某个外部中断源。记号PRO_X_MAP_REG（或 APP_X_MAP_REG）表示PRO_CPU（或 APP_CPU）的某个外部中断配置。寄存器，且此外部中断配置寄存器与外部中断源Source_X相对应。
即表4-7中“PRO_CPU（APP_CPU）-外设中断配置寄存器”一列中与“外设中断源名称”一列中的某个外部中断源处于同一行的寄存器。记号Interrupt_P表示CPU中断序号为Num_P的外部中断，Num_P的取值范围为是0~5、8~10、12~14、17~28、30~31。记号Interrupt_I表示CPU中断序号为Num_I的内部中断，Num_I的取值范围是6、7、11、15、16、29。
其次，根据中断源、寄存器、内外中断，可以这样描述中断矩阵控制器操作：将外部中断源Source_X分配到CPU（PRO_CPU或APP_CPU）。
寄存器PRO_X_MAP_REG（APP_X_MAP_REG）配成Num_P。Num_P可以取任意CPU外部中断值，CPU中断可以被多个外设共享。关闭CPU（PRO_CPU或APP_CPU）外部中断源Source_X。将寄存器PRO_X_MAP_REG（APP_X_MAP_REG）配成任意 Num_I。由于任何被配成 Num_I 的中断都没有连接到2 CPU上，选择特定内部中断值不会造成影响。
将多个外部中断源Source_Xn ORed分配到PRO_CPU（APP_CPU）的外部中断。将各个寄存器PRO_Xn_MAP_REG (APP_Xn_MAP_REG)配成同样的Num_P。这些外设中断都会触发CPU的Interrupt_P。
4.屏蔽CPU的NMI类型中断
中断矩阵能够根据信号PRO_CPU的NMI中断屏蔽（或APP_CPU的NMI中断屏蔽）暂时屏蔽所有被分配到PRO_CPU（或APP_CPU）的外部中断源的NMI中断。
信号PRO_CPU的NMI中断屏蔽和APP_CPU的NMI中断屏蔽分别来自外设进程号控制器。
5.查询外部中断源当前的中断状态
读寄存器 PRO_INTR_STATUS_REG_n（APP_INTR_STATUS_REG_n）中特定位的值就可以获知外部中断源当前的中断状态。
寄存器PRO_INTR_STATUS_REG_n（APP_INTR_STATUS_REG_n）与外部中断源的对应关系。
中断类型定义
中断的大多数功能与GPIO有关，从GPIO的头文件中有很多定义和函数是针对中断的，本节对其主要的定义和函数进行总结。在gpio_types.h或者gpio.h，头文件中的预定义。gpio_int_type_t是ESP32中断类型的定义，是枚举类型，定义如下：
typedef enum {
GPIO_INTR_DISABLE = 0, /*禁用GPIO中断*/
GPIO_INTR_POSEDGE = 1, /*GPIO中断类型：上升沿*/
GPIO_INTR_NEGEDGE = 2, /*GPIO中断类型：下降沿*/
GPIO_INTR_ANYEDGE = 3, /*GPIO中断类型：上升和下降沿*/
GPIO_INTR_LOW_LEVEL = 4, /*GPIO中断类型：低电平触发*/
GPIO_INTR_HIGH_LEVEL = 5, /*GPIO中断类型：高电平触发*/
GPIO_INTR_MAX,
} gpio_int_type_t;
中断示例程序
基于ESP IDF的VS Code、Arduino和MicroPython环境的三种代码实现。
本程序将GPIO18定义为输出，GPIO4定义为输入，上拉状态，从上升沿触发中断，将GPIO18与GPIO4通过导线直接连接，GPIO18产生的脉冲触发，开始计数，对GPIO4进行余4运算，每隔4s产生中断，在串口打印中断信息。
1. 基于ESP IDF的VS Code开发环境实现方式
代码如下：
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include "freertos/FreeRTOS.h"
#include "freertos/task.h"
#include "freertos/queue.h"
#include "driver/gpio.h"
#define GPIO_OUTPUT_IO_0 18
#define GPIO_OUTPUT_PIN_SEL (1ULL<<GPIO_OUTPUT_IO_0)
#define GPIO_INPUT_IO_0 4
#define GPIO_INPUT_PIN_SEL (1ULL<<GPIO_INPUT_IO_0)
#define ESP_INTR_FLAG_DEFAULT 0
static xQueueHandle gpio_evt_queue = NULL; //FreeRTOS的队列句柄
static void IRAM_ATTR gpio_isr_handler(void* arg) //函数gpio_isr_handler的调用规范
{
uint32_t gpio_num = (uint32_t) arg;
xQueueSendFromISR(gpio_evt_queue, &gpio_num, NULL);
}
static void gpio_task_example(void* arg) //构建任务
{
uint32_t io_num;
for(;;) {
if(xQueueReceive(gpio_evt_queue, &io_num, portMAX_DELAY)) { //接收队列
printf("GPIO[%d] intr, val: %d\n", io_num, gpio_get_level(io_num));
}
}
}
void app_main(void) //主函数
{
gpio_config_t io_conf; //定义结构体
io_conf.intr_type = GPIO_PIN_INTR_DISABLE; //禁用中断
io_conf.mode = GPIO_MODE_OUTPUT; //设置输出模式
io_conf.pin_bit_mask = GPIO_OUTPUT_PIN_SEL; //GPIO18的比特掩码
io_conf.pull_down_en = 0; //禁用下拉模式
io_conf.pull_up_en = 0; //禁用上拉模式
gpio_config(&io_conf); //使用以上参数初始化GPIO
io_conf.intr_type = GPIO_PIN_INTR_POSEDGE; //上升沿触发中断
io_conf.pin_bit_mask = GPIO_INPUT_PIN_SEL; //GPIO4的比特掩码
io_conf.mode = GPIO_MODE_INPUT; //设置输入模式
io_conf.pull_up_en = 1; //使能上拉模式
gpio_config(&io_conf); //使用以上参数配置
gpio_evt_queue = xQueueCreate(10, sizeof(uint32_t)); //创建队列处理中断
xTaskCreate(gpio_task_example, "gpio_task_example", 2048, NULL, 10, NULL); //开启任务
gpio_install_isr_service(ESP_INTR_FLAG_DEFAULT); //安装GPIO中断服务
gpio_isr_handler_add(GPIO_INPUT_IO_0, gpio_isr_handler, (void*) GPIO_INPUT_IO_0);
//GPIO引脚挂钩ISR处理程序
int cnt = 0;
while(1) {
printf("cnt: %d\n", cnt++); //打印计数
vTaskDelay(1000 / portTICK_RATE_MS); //延时1S
gpio_set_level(GPIO_OUTPUT_IO_0, cnt % 4); //每隔4个计数，打印一次中断
//gpio_set_level(GPIO_OUTPUT_IO_1, cnt % 2);
}
}2. Arduino开发环境实现
代码如下：
void callBack(void)
{
Serial.printf("GPIO 4 Interrupted\n");
}
void setup()
{
Serial.begin(115200); //设置串口监视器波特率
Serial.println();
pinMode(18, OUTPUT); //GPIO18为输出模式
pinMode(4, INPUT); //GPIO4为输入模式
attachInterrupt(4, callBack, RISING); //上升沿触发中断
}
int cnt = 0;
void loop() //主函数
{
Serial.printf("cnt: %d\n", cnt++); //打印计数
digitalWrite(18, cnt % 4); //每隔4个计数，打印一次中断
delay(1000); //延时1S
//detachInterrupt(4); //关闭中断
}3. MicroPython开发环境实现
代码如下：
import time
import machine
from machine import Pin
GPIO_OUTPUT=Pin(18,Pin.OUT)
GPIO_INPUT=Pin(4,Pin.IN, Pin.PULL_UP)
cnt=0 #定义计数
interrupt = 0
interruptsCounter = 0 #计算中断事件次数
def callback(pin): #定义回调函数
global interrupt, interruptsCounter #声明为全局变量
interrupt = 1
interruptsCounter = interruptsCounter+1
GPIO_INPUT.irq(trigger=Pin.IRQ_RISING, handler=callback)
while True:
GPIO_OUTPUT.value(cnt%4)
time.sleep(1)
cnt=cnt+1
if interrupt:
#state = machine.disable_irq() #禁用计数器
interrupt = 0
#machine.enable_irq(state) #重新启动计数器
print("Interrupt has occurred: " + str(interruptsCounter))
