嵌入式按键中断控制 LED 跑马灯实验

Posted 2021-05-29 啥也不想，只想搞钱

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了嵌入式按键中断控制 LED 跑马灯实验相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

【嵌入式】按键中断控制 LED 跑马灯实验

1. 操作内容
2. 原理解释
3. 操作步骤
4. 操作结果
附件一：start.S 文件
附件二：addheader.c 文件
附件三：Makefile 文件
附件四：key.c 文件

1. 操作内容

熟悉中断控制主程序需要进行的步骤
熟悉中断服务程序需要进行的步骤
利用按键SW4和SW5实现按键中断控制LED跑马灯。按下按键SW4，LED从左向右跑马灯闪烁10次；按下按键SW5，LED从右向左跑马灯闪烁10次。编写系统的启动代码、按键中断控制程序、头文件以及Makefile文件，编译得到可执行文件，下载至开发板，实现在开发板上启动系统及按键控制功能。

2. 原理解释

2.1 实验箱按键电路

按键使用GPIO接口，但按键本身需要外部的输入。按键硬件驱动原理图如图1所示。在下图的1×6矩阵按键（SW4~SW9）电路中，使用6个输入（EINT2、EINT3、EINT4、EINT8、EINT9和EINT11）。

图 1 按键电路

按键入口对应的核心板接口电路如图2所示。

图 2 核心板按键接口电路

按键入口对应于核心板的GPH0接口，当其中一个SW按键被按下，通过查询方式就可以检测到是哪一个接口有输入信号，从而控制相应的操作。前述的按键工作原理都是在按键的理想状态下进行的，实际的按键动作会在短时间（几毫秒至几十毫秒）内产生信号抖动。例如，当按键被按下时，其动作就像弹簧的若干次往复运动，将产生几个脉冲信号。一次按键操作将会产生若干次按键中断，从而会产生抖动现象。因此驱动程序中必须要解决去除抖动所产生的毛刺信号的问题。

2.2 实验箱LED电路

LED使用GPIO接口，对应于核心板的GPJ2接口，其接口电路如图3所示。当GPJ2接口输出低电平时，LED亮；输出高电平时，LED灭。

图 3 LED 接口电路

2.3 寄存器说明

按键对应的GPH0相关寄存器以及LED对应的GPJ2相关寄存器功能如下图所示。

图 4 GPH0CON 寄存器功能

图 5 GPJ2CON 和 GPJ2DAT 寄存器地址

图 6 GPJ2CON 寄存器功能

图 7 GPJ2DAT 寄存器功能

3. 操作步骤

3.1 编写键控制 LED 代码，将代码编译为二进制文

a) 在 ubuntu 系统中，进入共享文件夹 forlinux，新建 key 文件夹。
b) 进入 key 文件夹，新建启动文件 start.S，并添加启动代码（参考附录 1）。
c) 新建按键控制代码文件 key.c，自行编写 c 语言代码。
d) 新建 Makefile 文件，添加编译命令（参考附录 2），由以下命令编译生成二进制文件210.bin。

$ make clean
$ make

在这里插入图片描述

3.2 安装 USB 驱动

将实验箱中的拨码开关 2 拨到 on，长按 Power 键直至电脑提示安装驱动。打开计算机设备管理器，选择下图所示硬件安装驱动。

在这里插入图片描述
图 8 设备管理器界面

右键选择更新驱动程序，手动添加 USB 驱动程序路径“D:\\新 509\\04-常用工具\\DNW”。在图 9 所示驱动安装过程中，关闭开发板的电源，将拨码开关 2 重新置为 OFF 状态。

在这里插入图片描述

图 9 驱动程序安装

驱动安装完成提示如图 10 所示。

在这里插入图片描述

图 10 驱动安装成功

3.2 使用 DNW 软件下载裸机程序至 SRAM 中运行

1）用 USB device 线连接电脑和开发板，设置开发板为 nandflash 启动(拨码开关全部拨至 OFF 状态)。
2）在目录“D:\\新 509\\04-常用工具\\DNW”中打开 DNW.exe。设置串口：波特率为 115200， USB Port 为 Download，Address 为 0xd0020010。
3）在菜单栏开启 DNW 串口连接（Serial Port ->Connect）。启动开发板后立即在 DNW 窗口迅速敲击空格键进入 Uboot 状态，可见图 11 启动界面

在这里插入图片描述
图 11 开发板 Uboot 启动界面

4）在 DNW 窗口中输入“dnw 0xd0020010”设置下载地址。如果 DNW 驱动安装失败或首次使用 DNW，会提示安装驱动，请正确安装驱动，等到提示硬件可使用从进行下一步。
5）在 DNW 菜单中，选择 usbport->Transmit->Transmit 发送生成的 210.bin 文件，DNW 自动下载 210.bin 文件至开发板。（210.bin的生成和下载，参考实验九。）

在这里插入图片描述

6）在 DNW 窗口中输入“go 0xd0020010”，即可开始运行 210.bin 程序。注意，将二进制文件下载到 SRAM 中不会破坏开发板中现有文件与程序，但是掉电后所下载的文件将丢失。

4. 操作结果

在这里插入图片描述

附件一：start.S 文件

.global _start 
.global key_isr                   
_start:
      	@设置栈，以调用c函数      
	ldr sp, =0x40000000             
	@ 开总中断      
	mrs r0, cpsr      
	@ 读取cpsr寄存器中的值到r0
	bic r0, r0, #0x00000080     
	@ 清除第7位，IRQ中断禁止位，写0使能IRQ      
	msr cpsr, r0  	       
	@把修改好的r0的值重新赋会cpsr 
	bl main                    
	@  跳转到C函数去执行  
halt:
	b halt    
key_isr:      
@; 计算返回地址:PC的值等于当前执行的地址+8，当CPU正要执行某条指令时（还未执行），被中断， 这时这条刚要执行的指令的地址刚好=PC-4   
     sub lr, lr, #4     
     stmfd sp!, {r0-r12, lr}     
@; 保护现场    
     bl key_handle    
@; 恢复现场    
     ldmfd sp!, {r0-r12, pc}^    
@; ^表示把spsr恢复到cpsr

附件二：addheader.c 文件

/* 
** 在BL0阶段，iROM内固化的代码读取nandflash或SD卡前面最大16K的内容（即BL1）到iRAM， 
** 并比对前16字节中的校验和是否正确，正确则继续，错误则尝试启动下一个设备。 
** BL1的头信息规定如下 
** 0x0：BL1的大小（最大16K，包括BL1头信息的大小） 
** 0x4: 0（规定） 
** 0x8：校验和 
** 0xC：0（规定） 
*/
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>

#define IMG_SIZE (16 * 1024)
#define HEADER_SIZE 16
#define BLKSIZE 512

int main(int argc, char *argv[])
{
    FILE *fp;
    unsigned char *Buf;
    int BufLen;
    int nbytes, fileLen;
    unsigned int checksum, count;
    int i;

    if (argc != 3)
    {
        printf("Usage: %s <source file> <destination file>\\n", argv[0]);
        return -1;
    }

    /* 分配16K的buffer */
    BufLen = IMG_SIZE;
    Buf = malloc(BufLen);
    if (!Buf)
    {
        perror("Alloc buffer failed!");
        return -1;
    }
    memset(Buf, 0x00, BufLen);

    /* 读源bin到buffer */
    fp = fopen(argv[1], "rb");
    if (fp == NULL)
    {
        perror("source file open error");
        free(Buf);
        return -1;
    }
    /* 获取源bin长度 */
    fseek(fp, 0L, SEEK_END);
    fileLen = ftell(fp);
    fseek(fp, 0L, SEEK_SET);

    /* 源bin长度不得超过16K-16byte */
    fileLen = (fileLen < (IMG_SIZE - HEADER_SIZE)) ? fileLen : (IMG_SIZE - HEADER_SIZE);

    /* 读源bin到buffer[16] */
    nbytes = fread(Buf + HEADER_SIZE, 1, fileLen, fp);
    if (nbytes != fileLen)
    {
        perror("source file read error\\n");
        free(Buf);
        fclose(fp);
        return -1;
    }
    fclose(fp);

    /* 计算校验和 */
    for (i = 0, checksum = 0; i < fileLen; i++)
        checksum += Buf[HEADER_SIZE + i];

    /* 计算BL1的大小: 
    ** BL1的大小包括BL1的头信息 
    ** 另外iROM从SD卡拷贝是按块拷贝的，因此这里需要调整大小为512字节的整数倍 
    */
    fileLen += HEADER_SIZE;
    count = fileLen / BLKSIZE * BLKSIZE;
    if (count < fileLen)
        count += BLKSIZE;
    memcpy(Buf, &count, 4); // 保存BL1的大小到Buf[0-3]

    // 将校验和保存在buffer[8~15]
    memcpy(Buf + 8, &checksum, 4);

    fp = fopen(argv[2], "wb");
    if (fp == NULL)
    {
        perror("destination file open error");
        free(Buf);
        return -1;
    }
    // 将count + HEADER_SIZE字节的buffer拷贝到目的bin中
    nbytes = fwrite(Buf, 1, count, fp);
    if (nbytes != count)
    {
        perror("destination file write error");
        free(Buf);
        fclose(fp);
        return -1;
    }

    free(Buf);
    fclose(fp);

    return 0;
}

附件三：Makefile 文件

key.bin: start.o key.o
	arm-linux-ld -Ttext 0xd0020010 -o key.elf $^
	arm-linux-objcopy -O binary key.elf key.bin
	arm-linux-objdump -D key.elf > key.dis
key.o:  key.c
	arm-linux-gcc -nostdlib -c $< -o $@
start.o:start.S
	arm-linux-gcc -nostdlib -c $< -o $@
clean:
	rm *.o *.elf *.bin *.dis

附件四：key.c 文件

#define GPJ2CON (*(volatile unsigned long *)0xE0200280)
#define GPJ2DAT (*(volatile unsigned long *)0xE0200284)
#define GPH0CON *((volatile unsigned long *)0xE0200C00)
#define GPH0DAT *((volatile unsigned long *)0xE0200C04)
//外中断0-7的中断控制寄存器
#define EXT_INT_0_CON *((volatile unsigned int *)0xE0200E00)
//外中断0-7的中断屏蔽寄存器
#define EXT_INT_0_MASK *((volatile unsigned int *)0xE0200F00)
//第一组矢量中断选择寄存器
#define VIC0INTSELECT *((volatile unsigned int *)0xF200000C)
//第一组矢量中断使能寄存器
#define VIC0IRQSTATUS *((volatile unsigned int *)0xF2000000)
#define VIC0INTENABLE *((volatile unsigned int *)0xF2000010)
#define VIC0VECTADDR2 *((volatile unsigned int *)0xF2000108)
#define VIC0VECTADDR3 *((volatile unsigned int *)0xF200010C)
#define VIC0ADDRESS *((volatile unsigned int *)0xF2000F00)
//外部中断0-7的中断挂起寄存器，记录是否有中断产生
#define EXT_INT_0_PEND *((volatile unsigned int *)0xE0200F40)

extern void key_isr(void);

void delay(volatile unsigned int t)
{
	volatile unsigned int t2 = 0xFFFF;
	while (t--)
		for (; t2; t2--)
			;
}

void led_init(void)
{
	GPJ2CON &= ~(0xFF << 0);
	GPJ2CON |= ((0x01 << 0) | (0x01 << 4) | (0x01 << 8) | (0x01 << 12));
	GPJ2DAT |= (0xFF << 0);
}

void key_init(void)
{
	GPH0CON |= 0xFF << 8;
	/* 配置GPH0_0和GPH0_1为外部中断：key1和key2 */
	EXT_INT_0_CON &= ~(0xFF << 8);
	/* 清空低八位*/
	EXT_INT_0_CON |= (2 << 4) | (2 << 8);
	/* 配置EXT_INT[0]和EXT_INT[1]为下降沿触发 0b010 0 010 */
	EXT_INT_0_MASK &= ~0xC;
	/* 取消屏蔽外部中断EXT_INT[0]和EXT_INT[1] */
}

void int_init(void)
{
	VIC0INTSELECT &= ~0xC;
	/* 选择外部中断EXT_INT[0]和外部中断EXT_INT[1]为IRQ类型的中断 */
	VIC0INTENABLE |= 0xC;
	/* 使能外部中断EXT_INT[0]和EXT_INT[1] */
	VIC0VECTADDR2 = (int)key_isr;
	/* 当EXT_INT[0]触发中断，即用户按下key1时， CPU就会自动的将VIC0VECTADDR0的值赋给VIC0ADDRESS并跳转到这个地址去执 行*/
	VIC0VECTADDR3 = (int)key_isr;
	VIC0ADDRESS = 0;
}

void key_handle()
{
	volatile unsigned char key_code = VIC0IRQSTATUS & 0xC;
	VIC0ADDRESS = 0;
	/* 清中断向量寄存器 */
	EXT_INT_0_PEND |= 0x3;
	/* 清中断挂起寄存器 */

	if (key_code == 0x04) /* SW4 */
	{
		int num = 10;
		while (num--)
		{
			GPJ2DAT ^= 1 << 0;
			delay(100);
			GPJ2DAT ^= 1 << 1;
			delay(100);
			GPJ2DAT ^= 1 << 2;
			delay(100);
			GPJ2DAT ^= 1 << 3;
			delay(100);
		}
	}
	/* toggle LED1 */

	else if (key_code == 0x08) /* SW5 */
	{
		int num = 10;
		while (num--)
		{
			GPJ2DAT ^= 1 << 3;
			delay(100);
			GPJ2DAT ^= 1 << 2;
			delay(100);
			GPJ2DAT ^= 1 << 1;
			delay(100);
			GPJ2DAT ^= 1 << 0;
			delay(100);
		}
	}
	/* toggle LED2 */
}

int main()
{
	led_init();
	key_init();
	int_init();

	while (1)
		;
	return 0;
}

以上是关于嵌入式按键中断控制 LED 跑马灯实验的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章

嵌入式按键中断控制 LED

嵌入式系统stm32 跑马灯实验

ESP327.按键实验（中断）

嵌入式系统外部中断实验（按下按键，LED灯依次熄灭）