基于Lemon ZYNQ的PS实验四外部中断实验

前一节的按键的代码，是在主程序中不停的轮回去扫描IO的状态来达到按键检测的目的，对于小型的系统来说没什么问题，但是对于大型复杂的系统程序来说，如果main的主循环中要处理很多事务，对于IO的检测或者说对于外部事件的触发就不能及时的进行响应了，并且按键循环本身也占用了系统资源，这个时候外部中断的重要性就凸显出来了。

外部中断可以让MCU实时地处理外部事件，当外部事件发生时，系统的中断机制将迫使CPU暂停正在执行的程序，转而去进行中断事件的处理；中断处理完毕后．又返回被中断的程序处，继续执行下去。

本章我们将通过GPIO 中断实验来初步认识ZYNQ 的中断系统。

此章节内容适用于Lemon ZYNQ主板，如是其他板子请看对应板子目录
本文在 vivado2018.3版本上演示

一、硬件介绍

本实验仍然采用按键点灯的方式进行外部中断的演示，让按键去触发外部中断的功能，并且在中断函数中增加改变灯状态的命令。

先看原理图，由原理图可以看出板子上接了四个按键，并且默认是通过下拉电阻下拉到GND的，也就是当按键没有按下的时候按键KEY 的信号脚是0V ，当按键按下后，该信号脚被拉高到3.3V 。

为了演示按键的功能，这里再在工程中引入LED指示灯，指示灯之前章节的例子里测试过，将LED的驱动脚拉高，指示灯亮，拉低指示灯熄灭。

为了方便代码的演示，这里仅用两个按键，和两个LED进行测试。

二、工程创建

工程创建的过程可以参考试验一中的内容，这里不再详细描述了。基于Lemon ZYNQ的PS实验一 GPIO之用EMIO方式点亮LED（完整图文）(芯片型号选XC7Z020CLG400-1)

三、Vivado 中的设置

1）在BLOCK DESIGN 中搜索并添加一个ZYNQ模块

2）在ZYNQ 设置界面，设置 DDR MT41K256M16RE-125的型号和位宽16bit

3）因为Lemon ZYNQ主板的PS时钟是50M的晶振输入的，所以这里需要把默认的PS输入时钟33.33M改成50M

4）添加4个EMIO ，其中两个用来驱动LED灯，另两个用来读取按键KEY的信息

5）对GPIO make external，并且连接AXI的时钟（AXI默认开启的，这里用不到AXI，也可以去设置里关闭AXI功能，就不需要连接了）

6）点选Create HDL Wrapper

7）之后创建和添加约束文件：

set_property PACKAGE_PIN P14 [get_ports {GPIO_0_0_tri_io[3]}]
set_property PACKAGE_PIN R14 [get_ports {GPIO_0_0_tri_io[2]}]
set_property PACKAGE_PIN D20 [get_ports {GPIO_0_0_tri_io[1]}]
set_property PACKAGE_PIN D19 [get_ports {GPIO_0_0_tri_io[0]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {GPIO_0_0_tri_io[3]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {GPIO_0_0_tri_io[2]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {GPIO_0_0_tri_io[1]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {GPIO_0_0_tri_io[0]}]

8) 之后对程序进行正常的编译综合，并且导出 Export Hardware (勾选 include bitstream)供SDK加载

四、PS部分程序设计：

在SDK环境下建立一个名为GPIO_INTERRUPT空的工程，并且添加main.c 添加如下代码：

#include "xparameters.h"
#include "xgpiops.h"
#include "xscugic.h"
#include "xil_exception.h"
#include "xplatform_info.h"
#include <xil_printf.h>

#define LED2    	57
#define LED1    	56
#define KEY2    	55
#define KEY1    	54

#define GPIO_DEVICE_ID  	XPAR_XGPIOPS_0_DEVICE_ID
XGpioPs Gpio;
#define GPIO_BANK	XGPIOPS_BANK0  /* Bank 0 of the GPIO Device */

#define GPIO_DEVICE_ID		XPAR_XGPIOPS_0_DEVICE_ID
#define INTC_DEVICE_ID		XPAR_SCUGIC_SINGLE_DEVICE_ID
#define GPIO_INTERRUPT_ID	XPAR_XGPIOPS_0_INTR

static XScuGic Intc; /* The Instance of the Interrupt Controller Driver */


static void IntrHandler(void *CallBackRef, u32 Bank, u32 Status)
{
	XGpioPs *Gpio_cb = (XGpioPs *)CallBackRef;
	if (XGpioPs_IntrGetStatusPin(Gpio_cb, KEY1)){
		XGpioPs_WritePin(&Gpio, LED1, 1);
		XGpioPs_WritePin(&Gpio, LED2, 0);
		XGpioPs_IntrClearPin(Gpio_cb, KEY1);
	}
	else if (XGpioPs_IntrGetStatusPin(Gpio_cb, KEY2)){
		XGpioPs_WritePin(&Gpio, LED1, 0);
		XGpioPs_WritePin(&Gpio, LED2, 1);
		XGpioPs_IntrClearPin(Gpio_cb, KEY2);
	}
}



void SetupInterruptSystem(XScuGic *GicInstancePtr, XGpioPs *Gpio,
				u16 GpioIntrId){

	XScuGic_Config *IntcConfig;
	Xil_ExceptionInit();

	IntcConfig = XScuGic_LookupConfig(INTC_DEVICE_ID);

	XScuGic_CfgInitialize(GicInstancePtr, IntcConfig,
					IntcConfig->CpuBaseAddress);

	Xil_ExceptionRegisterHandler(XIL_EXCEPTION_ID_INT,
				(Xil_ExceptionHandler)XScuGic_InterruptHandler,
				GicInstancePtr);
	XScuGic_Connect(GicInstancePtr, GpioIntrId,
				(Xil_ExceptionHandler)IntrHandler,
				(void *)Gpio);


	XScuGic_Enable(GicInstancePtr, GpioIntrId);

	XGpioPs_SetIntrTypePin(Gpio, KEY1,  XGPIOPS_IRQ_TYPE_EDGE_FALLING);
	XGpioPs_SetIntrTypePin(Gpio, KEY2,  XGPIOPS_IRQ_TYPE_EDGE_FALLING);
	
	XGpioPs_IntrEnablePin(Gpio, KEY1);
	XGpioPs_IntrEnablePin(Gpio, KEY2);

	Xil_ExceptionEnableMask(XIL_EXCEPTION_IRQ);
}


void Gpio_Init(void){
	XGpioPs_Config *ConfigPtr;

	ConfigPtr = XGpioPs_LookupConfig(GPIO_DEVICE_ID);
	XGpioPs_CfgInitialize(&Gpio, ConfigPtr,ConfigPtr->BaseAddr);

	XGpioPs_SetDirectionPin(&Gpio, LED1, 1);
	XGpioPs_SetOutputEnablePin(&Gpio, LED1, 1);
	XGpioPs_WritePin(&Gpio, LED1, 1);

	XGpioPs_SetDirectionPin(&Gpio, LED2, 1);
	XGpioPs_SetOutputEnablePin(&Gpio, LED2, 1);
	XGpioPs_WritePin(&Gpio, LED2, 1);

	XGpioPs_SetDirectionPin(&Gpio, KEY1, 0);
	XGpioPs_SetDirectionPin(&Gpio, KEY2, 0);

	SetupInterruptSystem(&Intc, &Gpio, GPIO_INTERRUPT_ID);
}




int main(void)
{
	Gpio_Init();

	while(1){

	}

	return 0;
}

程序很简单， Gpio_Init是对4个GPIO进行初始化，因为EMIO 是从54的管脚号开始的，所以根据原先VIVADO 的管脚约束来看，两个按键应该对应54和55，两个LED灯对应56和57

中断初始化：SetupInterruptSystem(&Intc, &Gpio, GPIO_INTERRUPT_ID)是对中断进行初始化函数，在这个函数中这里我们分别对KEY1和KEY2的IO口进行中断的初始化。因为我们硬件上按键IO口没按下时默认电平是低电平的，按下后IO口被拉高，所以这里需要设置成上升沿中断，即XGPIOPS_IRQ_TYPE_EDGE_RISING 。如果硬件是下降沿中断的，则用XGPIOPS_IRQ_TYPE_EDGE_FALLING。

IntrHandler 是中断服务函数，在中断事件产生后对中断进行响应，一般我们中断后需要的动作代码都放在这个函数里面。（因为我们同时增加了两个外部中断，所以中断回调函数进来第一件事是区分哪个GPIO产生了中断，所以这里用XGpioPs_IntrGetStatusPin命令去读取CallBackRef的值，来判断哪个按键产生了中断，并根据结果点亮不同的LED灯）

static void IntrHandler(void *CallBackRef, u32 Bank, u32 Status)
{
	XGpioPs *Gpio_cb = (XGpioPs *)CallBackRef;
	if (XGpioPs_IntrGetStatusPin(Gpio_cb, KEY1)){
		XGpioPs_WritePin(&Gpio, LED1, 1);
		XGpioPs_WritePin(&Gpio, LED2, 0);
		XGpioPs_IntrClearPin(Gpio_cb, KEY1);
	}
	else if (XGpioPs_IntrGetStatusPin(Gpio_cb, KEY2)){
		XGpioPs_WritePin(&Gpio, LED1, 0);
		XGpioPs_WritePin(&Gpio, LED2, 1);
		XGpioPs_IntrClearPin(Gpio_cb, KEY2);
	}
}

对于主函数main函数来说，我们只需要完成GPIO初始化（里面包括中断初始化），之后就直接不作任何操作

int main(void)
{
	Gpio_Init();
	while(1){

	}

	return 0;
}

五、下载与验证

1）新创建的工程最好先对Run as 进行配置：右键工程，并点选Run As -> Run Configurations

2）在弹出的窗口中对Reset entire system 和 Program FPGA两个选项进行勾选操作，这样就不会出现下载程序debug的时候概率性不工作的问题了。（这样操作后系统会自动对FPGA进行配置，不需要按之前工程手动对FPGA进行编程了）

PS如果没有出现下图对话框，可以直接双击左侧的applicationo （System Debugger）。

3）设置好之后，选择Run As -> Launch on Hardware (System Debugger) 进行调试。

下载成功后会发现两个按键（BTN0,BTN1）任意一个被按下对应的LED灯灯会被点亮，证明我们的外部中断已成功运行（因为主程序中并不负责点灯，只有在中断中才负责改变灯的状态）。

中断比较简单，但是对应系统性的程序设计来说又必不可少。

本文的完整工程下载：04_PS_GPIO_INTERRUPT
VIVADO的版本：2018.3
工程创建目录： E:\Lemon_ZYNQ\SDK\04_PS_GPIO_INTERRUPT

一、硬件介绍

二、工程创建

三、Vivado 中的设置

四、PS部分程序设计：

五、下载与验证

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