nRF52832——GPIOTE与外部中断

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GPIOTE 原理分析
GPIOTE 输入事件应用
- GPIOTE 事件寄存器应用
- GPIOTE 事件组件的应用（库函数）
- GPIOTE PORT 事件应用
GPIOTE 任务应用
- GPIOTE 任务触发 LED 寄存器操作
- 组件方式进行任务配置

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。
在这里插入图片描述

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。

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。

在这里插入图片描述

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

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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
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INTENCLR 寄存器
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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。

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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。
在这里插入图片描述
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：

函数 nrf_drv_gpiote_init 等同于函数 nrfx_gpiote_init，
函数 nrf_drv_gpiote_in_init 等同于函数 nrfx_gpiote_in_init，
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。
在这里插入图片描述

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：

在这里插入图片描述

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。

nrf_drv_gpiote_out_init，类似 nrfx_gpiote_out_init。
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);}
}