nRF52832——GPIOTE与外部中断

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GPIOTE 原理分析

GPIO 任务和时间（GPIOTE）模块提供了使用任务和事件访问 GPIO 引脚的功能。每个 GPIOTE 通道被分配到一个引脚，GPIOTE 其实就是对 GPIO 口进行操作，同时引入了外部中断的概念。

比如按键控制分为两种情况：

• 按键扫描：CPU 需要不停工作来判断 GPIO 引脚是否有拉低或者置高，效率很低；
• 外部中断控制：中断控制的效率很高，一旦系统 IO 口出现上升或下降沿电平就会触发中断内的程序。

在 nRF52832 内部普通的 IO 管脚设置成 GPIO，中断和任务管脚设置成 GPIOTE。
nRF5x 系列处理器将 GPIO 的中断的快速触发做成了一个单独的模块 GPIOTE，这个模块不仅提供了 GPIO 的中断功能，同时提供了通过 task 和 event 方式来访问 GPIO 的功能。GPIOTE 的后缀 T 即为 task，E 为 event。

Event 称为事件，来源与 GPIO 的输入、定时器的匹配中断等可以产生中断的外设来触发。Task 称为任务，就是执行某一特定功能，比如翻转 IO 端口等。那么事件 event 触发任务 task。task 和 event 的组合是为了和 52832 中的 PPI（可编程外围设备互联系统）模块的配合使用。这种机制不需要 CPU 参与，极大的减少了内核消耗，降低功率，特别适合于 BLE 低功耗蓝牙进行应用。

GPIOTE 实际上分为两种模式：

• 任务模式：作为输出使用
• 事件模式：作为中断触发使用

GPIOTE task 任务模式，每个 GPIOTE 通道最多可以使用三个任务来执行引脚的写操作。

• 固定的输出高电平（SET）
• 固定的输出低电平（CLR）
• 输出任务（OUT）可以配置为执行 置位、清零、切换。

GPIOTE event 事件模式，可以从以下输入条件之一在每个 GPIOTE 通道中生成事件：

• 上升边缘
• 下降边缘
• 任何改变

任务模式有三种状态：置位、清零、翻转；事件模式有三种触发状态：上升沿触发、下降沿触发、任意变化触发。TASJK 任务通过通道 OUT[0]-OUT[7] 设置输出触发状态，Event 则可以通过检测信号产生 PORT event 事件，产生 IN[n] event 事件。

整个 GPIOTE 寄存器的个数非常少。GPIOTE 模块提供了 8 个通道，这 8 个通道都是通过 CONFIG[0]~CONFIG[7] 寄存器来配置。八个通道可以通过单独设置来分别和普通的 GPIO 绑定。当需要使用 GPIOTE 的中断功能时可以设置相应寄存器的相关位，让某个通道作为 event 事件模式，同时配置触发 event 动作。比如绑定的引脚有上升沿跳变或者下降沿跳变触发 event，然后配置中断使能寄存器，配置让其 event 产生时触发输入中断。这样实现了 GPIO 的中断方式。

1. GPIO 绑定 GPIOTE 通道
   那么如何实现和普通 GPIO 端口的绑定了？关键是设置 GPIOTE 的 CONFIG[n]n = 0~7 寄存器，如下。
   
   
   如上描述，每个 GPIOTE 通道通过 CONFIG.PSEL 字段与一个物理 GPIO 引脚相绑定。

• 在 CONFIG.MODE 中选择时间模式时：CONFIG.PSEL 绑定的引脚将被配置为输入，从而覆盖 GPIO 中的 DIR 设置。
• 当在 CONFIG.MODE 中选择任务模式时：CONFIG.PSEL 绑定的引脚将被配置为输出，也会覆盖 GPIO 中的 DIR 寄存器设置和 OUT 值的输出。
• 当在 CONFIG.MODE 中选择 disabled 时，CONFIG.PSEL 绑定的引脚将使用普通 GPIO 中 PIN[n].CNF 寄存器的配置，也就是不绑定。因此只能将一个 GPIOTE 通道分配给一个 GPIO 物理引脚。

2. 设置为事件模式
   当设置为事件模式时，因为事件模式就是输入，通过输入信号可以出发事件中断。基本步骤如下：

• 首先在寄存器 CONFIG.PSEL 绑定引脚，设置一个 GPIO 管脚绑定 GPIOTE 通道；
• 在 CONFIG.MODE 设置为事件模式
• 在 CONFIG.POLARITY 中设置触发事件模式的输入电平
• 当对应电平输入 GPIOTE 通道后就会产生中断，EVENTS_IN 寄存器就来判断对应端口中断事件是否发生。

3. 设置为任务模式
   因为任务模式为输出模式。配置过程：

• 首先需要设置 CONFIG.PSEL 绑定 GPIO 管脚；
• 然后设置 CONFIG.MODE 为 GPIOTE 任务模式
• 设置 CONFIG.POLARITY OUT[n[ 任务输出：置位、清零、切换
• 设置完成后触发任务。TASKS_OUT[n] 触发 OUT[n] 值、TASKS_SET[n] 触发高电平、TASKS_CLR[n] 触发低电平
  三种状态触发同时申请，则优先级如下执行：

任务状态	优先级
TASKS_OUT	1
TASKS_CLR	2
TASKS_SET	3

4. 中断配置
   中断是在事件模式下触发的，如果在配置寄存器 CONFIG[n] 中，绑定了对应的 GPIO 端口，同时配置为事件输入模式，那么可以通过 INTENSET 寄存器是能对应的中断通道。通过 INTENCLR 寄存器关闭对应的中断通道。INTENSET 寄存器和 INTENCLR 寄存器如下表所示：

INTENSET 寄存器

INTENCLR 寄存器

GPIOTE 输入事件应用

GPIOTE 事件寄存器应用

修改前面 GPIO 应用按键应用改为中断控制方式。中断控制的效率很高，一旦系统 IO 口出现上升沿或者下降沿电平就会触发执行中断内的处理程序。这样可以大大节省 CPU 的占用。中断在计算机多任务处理，尤其是实时系统重尤为有用，这样的系统包括运行在骑上的操作系统，也成为“中断驱动”。

硬件方面，和前面讲述 GPIO 输入扫描哪里的按键输入应用一样。四个按键分别连接 P0.13、 P0.14、 P0.15、 P0.16。

在使用 nRF52832 完成中断时，当 IO 管脚为低的时候可以判断管脚已经按下。通过 key 的中断来控制 led 的亮灭。硬件上设计是比较简单的，这和普通的 MCU 的中断用法一致。如下创建工程。

这样我们需要编写 exit.c 文件，主要有两部分：初始化开发板上的按键中断；编写中断执行代码。
按键中断这里实际上使用了事件模式。在 CONFIG 寄存器里进行了事件模式的配置。代码如下：

NRF_GPIOTE->CONFIG[0] = (GPIOTE_CONFIG)_POLARITY_HiToLo << GPIOTE_CONFIG_POLARITY_Pos) //输入事件极性| (13 << GPIOTE_CONFIG_PSEL_Pos)//绑定的引脚| (GPIOTE_COFNIG_MODE_Event << GPIOTE_CONFIG_MODE_Pos);//模式配置

上面的代码严格按照寄存器要求进行，首先是 MODE 模式设置，配置 GPIOTE 通道作为 event 还是 task 使用，这里设置成 event 事件。PSEL 设置对应绑定的 IO 管脚，选择 P0.13 作为触发管脚，POLARIY 极性设置为下降沿触发。
设置好了工作方式后，我们就需要进行中断的使能了，因为前面绑定的是 GPIOTE 的 0 通道，因此中断使能代码如下：

NVIC_EnableIRQ(GPIOTE_IRQn);//中断嵌套是能
NRF_GPIOTE->INTENSET = GPIOTE_INTENSET_IN0_Set <<GPIOTE_INTENSET_IN0_Pos;//是能中断通道 IN0

上面任务基本上就可以把 GPIOTE 管脚中断配置好了，如果搞清楚这些寄存器配置很简单。中断函数的设计这里主要讲 LED 灯状态翻转，当然也可以加入对应的其他处理操作。

void GPIOTE_IRQHander()
{if((NRF_GPIOTE->EVENTS_IN[0] == 1) &&(NRF_GPIOTE->INTENSET & GPIOTE_INTENSET_IN0_Msk)){Delay(10000);//延迟消抖NRF_GPIOTE->EVENTS_IN[0] = 0;//中断事件清零}LED_Toggle();//led 灯状态翻转
}

完成 exit.c 的编写后，main 主函数的操作就很简单，直接调用写好的驱动函数，然后尝试按键是否有对应的响应即可。

#include "nrf52.h"
#include "nrf_gpio.h"
#include "exit.h"
#include "led.h"int mian()
{LED_Init();LED_Open();EXIT_KEY_Init();while(1){//这里暂时控制，主操作死循环}return 0;
}

GPIOTE 事件组件的应用（库函数）

通过使用 nrf 官方库函数可以更加方便完成整个过程的操作，对于寄存器操作我们仅仅只需要了解原理即可，如果非要使用寄存器去完成开发对日后维护和使用有很大弊端，所以官方已经将这部分进行了完美的封装。我们根据官方 SDK 的封装接口进行调用完成对应操作即可。

添加了 SDK 库函数的工程和之前也有所不同，这里添加了 nRF_Libraries 库函数路径。

官方也提供了一个驱动 nrfx_gpiote 的 GPIOTE 驱动库，但是这个驱动库带有错误跟踪函数，所以工程中必须添加错误跟踪库。同时区别于寄存器编程，组件库还需要配置 sdk_config.h 配置文件。

打开 sdk_config.h 配置文件，打开配置向导 Configuration Wizard，勾选以下两个使能项目，

• GPIOTE_ENABLE 使能 GPIOTE 驱动库
• NRFX_GPIOTE__ENABLE 使能 GPIOTE 兼容库
  
  同时需要再 C/C++ 中添加硬件 GPIOTE 的库文件和头文件路径，如下：
  
  库函数介绍：

1. 函数 nrf_drv_gpiote_init 等同于函数 nrfx_gpiote_init，
   

2. 函数 nrf_drv_gpiote_in_init 等同于函数 nrfx_gpiote_in_init，
   
   

3. nrf_drv_gpiote_in_event_enable 等同于函数 nrfx_gpiote_in_event_enable
   

介绍完了前面的库函数接口。由于驱动组件库 SDK 已经编写好了，我们只需要编写 main.c 的主函数调用即可。

#include <stdbool.h>
#include "nrf.h"
#include "nrf_drv_gpiote.h"
#include "app_error.h"
#include "boards.h"#ifdef BSP_BUTTON_0#define PIN_IN BSP_BUTTON_0
#endif
#ifndef PIN_IN#error "Please indicate input pin"
#endif#ifdef BSP_LED_0#define PIN_OUT BSP_LED_0
#endif
#ifndef PIN_OUT#error "Please indicate output pin"
#endif/**GPIOTE中断处理*/
void in_pin_handler(nrf_drv_gpiote_pin_t pin, nrf_gpiote_polarity_t action)
{if(nrf_gpio_pin_read(PIN_IN)== 0)//按键防抖{nrf_gpio_pin_toggle(PIN_OUT);}
}
/**
配置GPIOTE初始化*/
static void gpio_init(void)
{nrf_gpio_cfg_output(PIN_OUT);//led灯的输出ret_code_t err_code;err_code = nrf_drv_gpiote_init();//初始化GPIOTEAPP_ERROR_CHECK(err_code);nrf_drv_gpiote_in_config_t in_config = GPIOTE_CONFIG_IN_SENSE_TOGGLE(true);in_config.pull = NRF_GPIO_PIN_PULLUP;//设置GPIOTE输入，极性，模式err_code = nrf_drv_gpiote_in_init(PIN_IN, &in_config, in_pin_handler);APP_ERROR_CHECK(err_code);//使能GPIOTEnrf_drv_gpiote_in_event_enable(PIN_IN, true);
}/**
主函数，循环等待中断*/
int main(void)
{gpio_init();while (true){// Do nothing.}
}

GPIOTE PORT 事件应用

把普通的 GPIO 端口配置为 GPIOTE 中断输入事件，能够绑定的只有 8 个通道，如果我们中断的数据量超过了 8 个，多的中断无法处理，如何出现这种情况，怎么处理？显然芯片设计厂家为了针对这种情况，特别在 GPIOTE 模块中提出了 GPIOTE PORT 功能。

GPIOTE PORT 是从使用 GPIO DETECT 信号的多个 IO 输入引脚来生成的事件。该事件将在 DETECT 信号的上升沿而产生。也就是说这个功能可以通过 32 个 IO 端口来产生，相当于一个总通道，32 个 IO 端口共用这个通道来申请中断。

同时 GPIO DETECT 信号就是通过 GPIO 的 SENSE 寄存器打开，此功能始终处于启用状态。即便外围设备本身是休眠状态，也不需要请求时钟或其他功率密集型基础架构来启用此功能。因此此功能可用于在系统启动时从 WFI 或 WFE 类型的睡眠时，来唤醒 CPU、所有外设和 CPU 空闲。达到唤醒系统启动模式下的最低功耗模式。
为了在配置源时防止来自 PORT 事件的虚假中断，用户应首先禁用 PORT 事件中的中断（通过 INTENCLR.PORT），然后配置源（PIN_CNF[n].SENSE），清除配置期间可能发生的任何潜在事件（向EVENTS_PORT写入“1”），最后启用中断（通过INTENSET.PORT）。

采用组件库编写 GPIOTE 输入事件与 GPIOTE PORT 事件的主要区别：

• 配置事件的时候选择 IN 事件还是 PORT 事件，这个通过配置函数实现，GPIOTE_CONFIG_IN_SENSE_HITOLO(false），当函数参数是 false 的时候选择 PORT 事件；当函数参数是 true 的时候，选择 IN 事件
• 所有 32 个 IO 端口触发的中断都是 INTENSET.PORT，因此配置都指向一个中断配置就可以了。

#include <stdbool.h>
#include "nrf.h"
#include "nrf_drv_gpiote.h"
#include "app_error.h"
#include "boards.h"/**GPIOTE中断处理*/
void in_pin_handler(nrf_drv_gpiote_pin_t pin, nrf_gpiote_polarity_t action)
{//事件由按键S1产生，即按键S1按下if(pin == BUTTON_1){//翻转指示灯D1的状态nrf_gpio_pin_toggle(LED_1);}//事件由按键S2产生，即按键S2按下else if(pin == BUTTON_2){//翻转指示灯D2的状态nrf_gpio_pin_toggle(LED_2);}//事件由按键S3产生，即按键S3按下else if(pin == BUTTON_3){//翻转指示灯D3的状态nrf_gpio_pin_toggle(LED_3);}//事件由按键S4产生，即按键S4按下else if(pin == BUTTON_4){//翻转指示灯D4的状态nrf_gpio_pin_toggle(LED_4);}}
/**
配置GPIOTE初始化*/
static void gpio_init(void)
{   //配置LED灯输出nrf_gpio_cfg_output(LED_1);nrf_gpio_cfg_output(LED_2);nrf_gpio_cfg_output(LED_3);nrf_gpio_cfg_output(LED_4);ret_code_t err_code;//初始化GPIOTEerr_code = nrf_drv_gpiote_init();APP_ERROR_CHECK(err_code);//配置SENSE模式，选择fales为sense配置nrf_drv_gpiote_in_config_t in_config = GPIOTE_CONFIG_IN_SENSE_HITOLO(false);in_config.pull = NRF_GPIO_PIN_PULLUP;//配置按键0绑定POTRerr_code = nrf_drv_gpiote_in_init(BSP_BUTTON_0, &in_config, in_pin_handler);APP_ERROR_CHECK(err_code);nrf_drv_gpiote_in_event_enable(BSP_BUTTON_0, true);//配置按键1绑定POTRerr_code = nrf_drv_gpiote_in_init(BSP_BUTTON_1, &in_config, in_pin_handler);APP_ERROR_CHECK(err_code);nrf_drv_gpiote_in_event_enable(BSP_BUTTON_1, true);//配置按键2绑定POTRerr_code = nrf_drv_gpiote_in_init(BSP_BUTTON_2, &in_config, in_pin_handler);APP_ERROR_CHECK(err_code);nrf_drv_gpiote_in_event_enable(BSP_BUTTON_2, true);//配置按键3绑定POTRerr_code = nrf_drv_gpiote_in_init(BSP_BUTTON_3, &in_config, in_pin_handler);APP_ERROR_CHECK(err_code);nrf_drv_gpiote_in_event_enable(BSP_BUTTON_3, true);}/**
主函数，循环等待中断*/
int main(void)
{gpio_init();while (true){// Do nothing.}
}

修改 sdk_config.h 配置文件，将其中中断配置的事件数目修改为 4。

GPIOTE 任务应用

GPIOTE 任务触发 LED 寄存器操作

GPIOTE 具有任务模式，任务模式就是输出模式。如果把 GPIO 管脚绑定了 GPIOTE 通道后，把它配置为任务模式，则可以实现输出功能。任务模式的使用不是孤立的，一般都是由事件来触发任务，如果在事件和任务中间假设一个通道，也就是后面的 PPI，那么整个过程不需要 CPU 参与了，大大节省了 MCU 资源。

构建工程：

新建 GPIOTE.c，首先是 GPIOTE 任务初始化，初始化两个 GPIOTE 通道。初始化首先设置通道 CONFIG[0].PSEL 域设置绑定 GPIO 的 19 管脚，CONFIG[1].PSEL 绑定 20 管脚；再设置两个通道的 CONFIG.MODE 为 TASK 任务模式；最后设置 CONFIG.POLARITY 为 OUT[0] 任务输出位翻转电平，OUT[1] 输出低电平。具体如下：

#include "nrf52.h"
#include "nrf_gpio.h"
#include "GPIOTE.h"void Delay(uint32_t temp)
{for(; temp!= 0; temp--);
} void GPIOTE_TASK_Init(void)
{NVIC_EnableIRQ(GPIOTE_IRQn);//中断嵌套设置//绑定两个GPIOTENRF_GPIOTE->CONFIG[0] =  (GPIOTE_CONFIG_POLARITY_Toggle << GPIOTE_CONFIG_POLARITY_Pos)//设置极性，翻转| (GPIOTE0 << GPIOTE_CONFIG_PSEL_Pos)  //绑定管脚| (GPIOTE_CONFIG_MODE_Task << GPIOTE_CONFIG_MODE_Pos);//设置模式//配置任务输出状态、绑定通道、任务模式（详细说明请参看青风教程）NRF_GPIOTE->CONFIG[1] =  (GPIOTE_CONFIG_POLARITY_HiToLo << GPIOTE_CONFIG_POLARITY_Pos)//输出低电平| (GPIOTE1<< GPIOTE_CONFIG_PSEL_Pos)  | (GPIOTE_CONFIG_MODE_Task << GPIOTE_CONFIG_MODE_Pos);配置任务输出状态、绑定通道、任务模式（详细说明请参看青风教程）}

主函数 main 中只需要初始化即可。

#include "nrf52.h"
#include "nrf_gpio.h"
#include "GPIOTE.h"
#include "led.h"
#include "nrf_delay.h"int main(void)
{/*初始化输出任务*/GPIOTE_TASK_Init();while(1){//触发输出任务模式NRF_GPIOTE->TASKS_OUT[0]=1;//由config寄存器里的极性配置觉得输出的信号NRF_GPIOTE->TASKS_OUT[1]=1;nrf_delay_ms(500);}
}

组件方式进行任务配置

和前面操作类似，这里使用 SDK 库函数的 API 进行组件方式的任务配置。

1. nrf_drv_gpiote_out_init，类似 nrfx_gpiote_out_init。
   
2. nrf_drv_gpiote_out_task_enabel , 类似 nrfx_gpiote_out_task_enabel
   
   具体操作代码如下：

#include <stdbool.h>
#include "nrf.h"
#include "nrf_drv_gpiote.h"
#include "app_error.h"
#include "nrf_delay.h"#define GPIOTE0       19
#define GPIOTE1       20void GPIOTE_TASK_Init(void){ret_code_t err_code;	//初始化GPIOTE程序模块err_code = nrf_drv_gpiote_init();APP_ERROR_CHECK(err_code);//定义GPIOTE输出初始化结构体，主要是配置为翻转模式nrf_drv_gpiote_out_config_t config1 = GPIOTE_CONFIG_OUT_TASK_TOGGLE(true);////绑定GPIOTE输出引脚err_code = nrf_drv_gpiote_out_init(GPIOTE0, &config1);APP_ERROR_CHECK(err_code);//配置为引脚LED_3所在GPIOTE通道的任务模式nrf_drv_gpiote_out_task_enable(GPIOTE0);  //定义GPIOTE输出初始化结构体，主要是配置为低电平模式nrf_drv_gpiote_out_config_t config2 = GPIOTE_CONFIG_OUT_TASK_LOW;//绑定GPIOTE输出引脚err_code = nrf_drv_gpiote_out_init(GPIOTE1, &config2);APP_ERROR_CHECK(err_code);//配置为引脚LED_4所在GPIOTE通道的任务模式nrf_drv_gpiote_out_task_enable(GPIOTE1); 	}int main(void)
{GPIOTE_TASK_Init();   while(true){ //触发输出，即指示灯D3，D4翻转状态nrf_drv_gpiote_out_task_trigger(GPIOTE0);     nrf_drv_gpiote_out_task_trigger(GPIOTE1);nrf_delay_ms(500);}
}