对比恩智浦全系列MCU的GPIO电平中断设计差异

大家好，我是痞子衡，是正经搞技术的痞子。今天痞子衡给大家介绍的是恩智浦全系列MCU(包含Kinetis, LPC, i.MXRT, MCX)的GPIO电平中断设计差异。

在痞子衡旧文 《以i.MXRT1xxx的GPIO模块为例谈谈中断处理函数(IRQHandler)的标准流程》里，痞子衡主要介绍得是 GPIO 一般控制以及最常用的输入边沿中断相关知识。最近恩智浦官方社区有用户反映 i.MXRT1060 上 GPIO 中断状态寄存器（GPIO->ISR）在发生有效电平中断后的置位并不需要手动清零(W1C)，其会在 I/O 输入电平状态切换后自动清零，这和手册里描述不一致。

首先在痞子衡的认知里 GPIO 输入电平中断没有什么具体应用场景，想象一下，如果 GPIO 中断事件由输入电平值来触发，如果发生了有效输入电平且其状态不改变，那么 GPIO 中断响应函数就会被不断重复执行（此时 CPU 时间片无法再分给主函数），什么样的任务需要这样的处理呢？暂且不论应用场景，痞子衡今天就从恩智浦全系列 MCU 这方面的行为角度来做一下对比吧。

一、I/O中断控制模块差异

恩智浦现有的经典 Arm Cortex-M MCU 产品线共有如下五大类，它们在 GPIO 一般控制和中断控制外设上是有差异的。首先 i.MXRT四位数/Kinetis/LPC 这三条线各自是完全不同的外设，然后 i.MXRT三位数是在 LPC 外设基础上做了增强，而最新的 MCX 系列则是组合了 Kinetis 和 LPC 外设。

芯片系列	I/O一般控制	I/O中断控制
Kinetis	GPIO type1	PORT
LPC	GPIO type2	PINT
i.MXRT四位数	GPIO type3	GPIO type3
i.MXRT三位数	GPIO type2	GPIO type2（增加interrupt A/B）            PINT
MCX	GPIO type1	GPIO type1（集成Kinetis PORT）            PINT

二、不同系列MCU下测试结果

根据上一节外设情况我们知道，只要测试了 i.MXRT四位数/Kinetis/LPC 这三个系列的情况，剩下两个系列自然也就不用测试了。

2.1 Kinetis

Kinetis 系列分为 K/KL/KE/KS/KW/KV/KM/K32L 等若干子系列，但是它们关于 GPIO 中断设计这一块是一样的。痞子衡选取了 MKL03Z 这颗芯片来做的测试，查看其手册 PORTx->PCRn[ISF] 位或者 PORTx->ISFR 寄存器均标记了中断状态，并且标明了需要做 W1C 操作。

我们可以直接在 SDK_2.3.1_FRDM-KL03Zoardsfrdmkl03zdriver_examplesgpioinput_interrupt 例程上做测试，只需要做简单修改，痞子衡摘取了主要代码如下。FRDM-KL03Z 板上 SW3 按键对应 PTB5 引脚（按下为低电平，松开为高电平），代码设计里按一次 SW3 便打印一次。测试结果来看，在 Kinetis 上即使是电平中断，PORTx->ISFR 寄存器也是必须要手动清零的，与手册描述一致。

IRQ函数中是否清零Flag	SW3动作	IRQ执行情况	打印输出结果
是	上电默认松开（高电平）	IRQ函数未触发	无
	SW3按下（低电平）	IRQ函数重复执行	无
	SW3松开（高电平）	IRQ函数不再触发	出现一次打印
否	上电默认松开（高电平）	IRQ函数未触发	无
	SW3按下（低电平）	IRQ函数重复执行	无
	SW3松开（高电平）	IRQ函数重复执行	无

 

volatile bool g_ButtonPress = false;
void PORTB_IRQHandler(void)
{
    // 清除中断标志
    PORTB->ISFR = 1U << 5U;
    g_ButtonPress = true;
}
int main(void)
{
    // 省略 PTB5 引脚的 PINMUX 配置
    gpio_pin_config_t sw_config = {
        kGPIO_DigitalInput, 0,
    };
    // 仅需此处修改：将 GPIO 中断模式改为低电平触发
    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 
", "SW3");
            g_ButtonPress = false;
        }
    }
}

 

2.2 i.MXRT四位数

i.MXRT四位数系列分为 RT1010/1015/1020/1040/1050/1060/1160/1170/1180 等若干子型号，但是它们关于 GPIO 中断设计是一样的。痞子衡选取了 i.MXRT1062 这颗芯片来做的测试，查看其手册 GPIOx->ISR 寄存器标记了中断状态，同样标明了需要做 W1C 操作。

我们可以直接在 SDK_2_12_1_EVK-MIMXRT1060oardsevkmimxrt1060driver_examplesgpioinput_interrupt 例程上做测试，只需要做简单修改，主要代码如下。MIMXRT1060-EVK 板上 SW8 按键对应 WAKEUP_GPIO5[0] 引脚（按下为低电平，松开为高电平），代码设计里按一次 SW8 便打印一次。测试结果来看，在 i.MXRT 四位数上如果是电平中断，GPIOx->ISR 寄存器会在电平状态切换时自动清零，跟手册描述有点差异，不过这样的设计比 Kinetis 上看起来更合理。

IRQ函数中是否清零Flag	SW8动作	IRQ执行情况	打印输出结果
是/否	上电默认松开（高电平）	IRQ函数未触发	无
	SW8按下（低电平）	IRQ函数重复执行	无
	SW8松开（高电平）	IRQ函数不再触发	出现一次打印

 

volatile bool g_InputSignal = false;
void GPIO5_Combined_0_15_IRQHandler(void)
{
    // 清除中断标志
    GPIO5->ISR = 1U << 0U;
    g_InputSignal = true;
    __DSB();
}
int main(void)
{
    // 省略 WAKEUP 引脚的 PINMUX 配置
    gpio_pin_config_t sw_config = {
        kGPIO_DigitalInput,
        0,
        kGPIO_IntLowLevel,  // 仅需此处修改：将 GPIO 中断模式改为低电平触发
    };
    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. 
", "SW8");
            g_InputSignal = false;
        }
    }
}

 

2.3 LPC

LPC系列分为 800/1x00/4000/4300/51Uxx/54000/5500 等若干子型号，但是它们关于 GPIO 中断设计是一样的。痞子衡选取了 LPC54114 这颗芯片来做的测试，查看其手册 PINT->IST 寄存器标记了中断状态，这里关于 W1C 操作做了边沿方式和电平方式的区别，其中对于电平方式，W1C 是切换有效电平逻辑。

我们可以直接在 SDK_2_9_0_LPCXpresso54114oardslpcxpresso54114driver_examplespintpin_interrupt 例程上做测试，只需要做简单修改，主要代码如下。LPCXpresso-54114 板上 SW1 按键对应 PIO0[24] 引脚（按下为低电平，松开为高电平），代码设计里按一次 SW1 便打印一次。测试结果来看，在 LPC 上如果是电平中断，PINT->IST 寄存器会在电平状态切换时自动清零，跟手册描述有点差异，并且中断处理函数里如果主动加上 W1C 操作其效果就变成了双边沿中断，这样的设计比 i.MXRT 四位数更进了一步。

IRQ函数中是否清零Flag	SW1动作	IRQ执行情况	打印输出结果
否	上电默认松开（高电平）	IRQ函数未触发	无
	SW1按下（低电平）	IRQ函数重复执行	无
	SW1松开（高电平）	IRQ函数不再触发	出现一次打印
是	上电默认松开（高电平）	IRQ函数未触发	无
	SW1按下（低电平）	IRQ函数执行一次	出现一次打印
	SW1松开（高电平）	IRQ函数执行一次	出现一次打印

 

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);
    }
    // 清除中断标志
    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);
    // 仅需此处修改：将 GPIO 中断模式改为低电平触发
    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 
", "SW1");
            g_ButtonPress = false;
        }
    }
}

 

至此，恩智浦全系列MCU的GPIO电平中断设计差异痞子衡便介绍完毕了，掌声在哪里~~~

　　审核编辑：汤梓红