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完整嵌入式中断系统开发笔记（从0基础到实践）

第一部分：硬件平台与开发环境

1.1 开发板简介

IMX6ULL Mini开发板

• CPU：ARM Cortex-A7 单核处理器

• 内存：内部RAM（0x80000000 - 0x8FFFFFFF）

• 外设：GPIO、UART、I2C、SPI等

• 按键：GPIO1_IO18（用户按键，按下为低电平）

1.2 开发工具链

# Makefile关键配置 cross_compiler = arm-linux-gnueabihf- # ARM交叉编译器 cc = $(cross_compiler)gcc # C编译器 ld = $(cross_compiler)ld # 链接器 objcopy = $(cross_compiler)objcopy # 二进制转换工具 objdump = $(cross_compiler)objdump # 反汇编工具

第二部分：系统启动流程详解

2.1 异常向量表（start.S核心部分）

/* * 异常向量表 - ARM架构规定必须放在0x00或0xFFFF0000地址 * 每个异常向量占用4字节（一条指令） */ .global _start _start: ldr pc, =_reset_handler /* 0x00: 复位异常 - 系统启动入口 */ ldr pc, =_undef_handler /* 0x04: 未定义指令异常 */ ldr pc, =_software_handler /* 0x08: 软件中断异常（SWI） */ ldr pc, =_prefect_handler /* 0x0C: 预取指异常 */ ldr pc, =_data_abort_handler /* 0x10: 数据访问异常 */ nop /* 0x14: 保留 */ ldr pc, =_irq_handler /* 0x18: IRQ中断 - 外设中断入口 */ ldr pc, =_fiq_handler /* 0x1C: FIQ中断 - 快速中断入口 */ /* 其他异常处理（简单死循环） */ _undef_handler: b _undef_handler _software_handler: b _software_handler _prefect_handler: b _prefect_handler _data_abort_handler: b _data_abort_handler _fiq_handler: b _fiq_handler

2.2 复位处理程序（系统初始化）

_reset_handler: /* 1. 禁用IRQ中断（防止初始化过程被打断） */ cpsid i /* 2. 配置CP15协处理器的SCTLR寄存器 */ mrc p15, 0, r0, c1, c0, 0 /* 读取SCTLR */ bic r0, r0, #(1 << 13) /* 清除bit13：使用VBAR设置异常向量表 */ orr r0, r0, #(1 << 12) /* 设置bit12：使能指令缓存 */ mcr p15, 0, r0, c1, c0, 0 /* 写回SCTLR */ /* 3. 设置IRQ模式的栈指针 */ cps #0x12 /* 切换到IRQ模式（模式编码0x12） */ ldr sp, =0x82000000 /* IRQ栈地址：0x82000000 */ /* 4. 设置SYS模式的栈指针 */ cps #0x1F /* 切换到SYS模式（模式编码0x1F） */ ldr sp, =0x84000000 /* SYS栈地址：0x84000000 */ /* 5. 重新使能IRQ中断 */ cpsie i /* 6. 初始化BSS段（清零未初始化的全局变量） */ bl _bss_init /* 7. 跳转到C语言main函数 */ b main /* BSS段初始化函数 */ _bss_init: ldr r0, =__bss_start /* BSS段起始地址（来自链接脚本） */ ldr r1, =__bss_end /* BSS段结束地址 */ mov r2, #0 /* 清零值 */ _bss_clear_loop: cmp r0, r1 /* 比较是否到达结束地址 */ bge _bss_clear_done /* 如果r0 >= r1，完成 */ str r2, [r0], #4 /* 清零4字节内存并地址加4 */ b _bss_clear_loop _bss_clear_done: bx lr /* 返回 */

2.3 IRQ中断处理程序

_irq_handler: /* 1. 调整返回地址（ARM架构要求） */ sub lr, lr, #4 /* 2. 保存现场：保存所有工作寄存器 */ stmfd sp!, {r0-r12, lr} /* 3. 获取GIC基地址并读取中断号 */ mrc p15, 4, r1, c15, c0, 0 /* 读取CBAR（GIC基地址） */ add r1, r1, #0x2000 /* CPU接口偏移 */ ldr r0, [r1, #0xC] /* 读取IAR寄存器获取中断号 */ /* 4. 保存中断号和GIC基地址 */ stmfd sp!, {r0, r1} /* 5. 切换到SYS模式调用C中断处理函数 */ cps #0x1F /* 切换到SYS模式 */ stmfd sp!, {lr} /* 保存SYS模式的lr */ bl system_interrupt_handler /* 调用C语言中断处理函数 */ ldmfd sp!, {lr} /* 恢复SYS模式的lr */ /* 6. 切换回IRQ模式 */ cps #0x12 /* 7. 恢复中断号和GIC基地址 */ ldmfd sp!, {r0, r1} /* 8. 发送EOI（中断处理结束） */ str r0, [r1, #0x10] /* 写入EOIR寄存器 */ /* 9. 恢复现场并返回 */ ldmfd sp!, {r0-r12, pc}^ /* ^表示恢复CPSR */

第三部分：链接脚本详解

3.1 imx6ull.lds完整解析

SECTIONS { /* 程序入口地址 - IMX6ULL内部RAM起始地址 */ . = 0x87800000; /* 代码段 */ .text : { obj/start.o /* 确保启动代码在最前面 */ *(.text) /* 所有目标文件的.text段 */ } /* 只读数据段（4字节对齐） */ .rodata ALIGN(4) : { *(.rodata*) /* 所有只读数据 */ } /* 已初始化数据段（4字节对齐） */ .data ALIGN(4) : { *(.data) /* 所有已初始化全局变量 */ } /* BSS段（未初始化数据） */ __bss_start = .; /* 定义BSS开始符号 */ .bss ALIGN(4) : { *(.bss) /* 未初始化全局变量 */ *(COMMON) /* 公共块 */ } __bss_end = .; /* 定义BSS结束符号 */ }

关键概念解释：

• .text段：存放程序代码

• .rodata段：存放只读数据（如字符串常量）

• .data段：存放已初始化的全局变量

• .bss段：存放未初始化的全局变量（运行时清零）

• ALIGN(4)：4字节对齐，提高访问效率

第四部分：中断系统实现

4.1 中断控制器GIC初始化

/* 在core_ca7.h中实现的GIC初始化 */ FORCEDINLINE __STATIC_INLINE void GIC_Init(void) { uint32_t i; uint32_t irqRegs; /* 1. 获取GIC基地址 */ GIC_Type *gic = (GIC_Type *)(__get_CBAR() & 0xFFFF0000UL); /* 2. 获取中断寄存器数量 */ irqRegs = (gic->D_TYPER & 0x1FUL) + 1; /* 3. 禁用所有中断 */ for (i = 0; i < irqRegs; i++) gic->D_ICENABLER[i] = 0xFFFFFFFFUL; /* 4. 设置中断优先级 */ gic->C_PMR = (0xFFUL << (8 - __GIC_PRIO_BITS)) & 0xFFUL; /* 优先级掩码 */ gic->C_BPR = 7 - __GIC_PRIO_BITS; /* 二进制点寄存器 */ /* 5. 启用GIC分发器和CPU接口 */ gic->D_CTLR = 1UL; /* 启用分发器 */ gic->C_CTLR = 1UL; /* 启用CPU接口 */ }

4.2 中断管理模块

/* interrupt.h - 中断管理头文件 */ #ifndef _INTERRUPT_H_ #define _INTERRUPT_H_ #include "MCIMX6Y2.h" /* 定义中断处理函数指针类型 */ typedef void (*irq_handler_t)(void); /* 全局中断向量表（160个中断源） */ extern irq_handler_t Vector_table[160]; /* 函数声明 */ extern void system_interrupt_init(void); extern int system_interrupt_register(IRQn_Type irq, irq_handler_t handler); extern void system_interrupt_handler(IRQn_Type irq); #endif

/* interrupt.c - 中断管理实现 */ #include "interrupt.h" #include "core_ca7.h" /* 全局中断向量表 */ irq_handler_t Vector_table[160]; /* 中断系统初始化 */ void system_interrupt_init(void) { /* 1. 重新映射异常向量表到0x87800000 */ __set_VBAR(0x87800000); /* 2. 初始化GIC中断控制器 */ GIC_Init(); } /* 中断注册函数 */ int system_interrupt_register(IRQn_Type irq, irq_handler_t handler) { /* 参数检查 */ if (irq > PMU_IRQ2_IRQn || irq < IOMUXC_IRQn) return -1; /* 中断号超出范围 */ if (handler == NULL) return -2; /* 处理函数为空 */ /* 注册中断处理函数 */ Vector_table[irq] = handler; return 0; } /* 中断处理函数（由汇编调用） */ void system_interrupt_handler(IRQn_Type irq) { /* 查找并调用注册的中断处理函数 */ if (Vector_table[irq] != NULL) Vector_table[irq](); }

第五部分：GPIO按键中断实现

5.1 按键初始化与中断配置

/* key.c - 按键驱动实现 */ #include "key.h" #include "MCIMX6Y2.h" #include "fsl_iomuxc.h" #include "core_ca7.h" #include "interrupt.h" #include "led.h" #include "beep.h" /* 按键中断处理函数 */ void key_irq_handler(void) { /* 1. 检查是否是GPIO1_18产生的中断 */ if ((GPIO1->ISR & (1 << 18)) != 0) { /* 2. 执行中断处理：切换LED和蜂鸣器状态 */ led_nor(); /* 切换LED状态 */ beep_nor(); /* 切换蜂鸣器状态 */ /* 3. 清除中断标志位（重要！） */ GPIO1->ISR |= (1 << 18); } } /* 按键初始化函数 */ void key_init(void) { /* 1. 配置GPIO引脚复用功能 */ IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_UART1_CTS_B_GPIO1_IO18, 0); /* 2. 配置引脚电气特性 */ IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_UART1_CTS_B_GPIO1_IO18, 0xF0B0); /* 3. 配置为输入模式 */ GPIO1->GDIR &= ~(1 << 18); /* 4. 配置GPIO中断触发方式（双边沿触发） */ GPIO1->ICR2 |= (3 << 4); /* 位[5:4]=11表示双边沿触发 */ /* 5. 使能GPIO中断 */ GPIO1->IMR |= (1 << 18); /* 解除中断屏蔽 */ /* 6. 在GIC中使能GPIO1中断 */ GIC_EnableIRQ(GPIO1_Combined_16_31_IRQn); /* 7. 设置中断优先级 */ GIC_SetPriority(GPIO1_Combined_16_31_IRQn, 0); /* 8. 注册中断处理函数 */ system_interrupt_register(GPIO1_Combined_16_31_IRQn, key_irq_handler); } /* 按键轮询检测函数（备用） */ int key_check(void) { /* 读取按键状态：0表示按下，1表示释放 */ return ((GPIO1->DR & (1 << 18)) == 0); }

5.2 LED和蜂鸣器驱动

/* led.c - LED驱动 */ #include "led.h" #include "MCIMX6Y2.h" #include "fsl_iomuxc.h" void led_init(void) { /* 配置GPIO1_03为输出模式 */ IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_GPIO1_IO03_GPIO1_IO03, 0); IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_GPIO1_IO03_GPIO1_IO03, 0x10B0); GPIO1->GDIR |= (1 << 3); led_off(); /* 初始状态为关闭 */ } void led_on(void) { GPIO1->DR &= ~(1 << 3); } /* 低电平点亮 */ void led_off(void) { GPIO1->DR |= (1 << 3); } /* 高电平熄灭 */ void led_nor(void) { GPIO1->DR ^= (1 << 3); } /* 翻转状态 */

/* beep.c - 蜂鸣器驱动 */ #include "beep.h" #include "MCIMX6Y2.h" #include "fsl_iomuxc.h" void beep_init(void) { /* 配置GPIO5_01为输出模式 */ IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_SNVS_SNVS_TAMPER1_GPIO5_IO01, 0); IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_SNVS_SNVS_TAMPER1_GPIO5_IO01, 0x10B0); GPIO5->GDIR |= (1 << 1); beep_off(); /* 初始状态为关闭 */ } void beep_on(void) { GPIO5->DR &= ~(1 << 1); } /* 低电平响 */ void beep_off(void) { GPIO5->DR |= (1 << 1); } /* 高电平静音 */ void beep_nor(void) { GPIO5->DR ^= (1 << 1); } /* 翻转状态 */

第六部分：主程序与构建系统

6.1 主程序main.c

#include "MCIMX6Y2.h" #include "fsl_iomuxc.h" #include "led.h" #include "beep.h" #include "key.h" #include "core_ca7.h" #include "interrupt.h" /* 时钟门控初始化 - 使能所有外设时钟 */ void clock_cg_init(void) { CCM->CCGR0 = 0XFFFFFFFF; CCM->CCGR1 = 0XFFFFFFFF; CCM->CCGR2 = 0XFFFFFFFF; CCM->CCGR3 = 0XFFFFFFFF; CCM->CCGR4 = 0XFFFFFFFF; CCM->CCGR5 = 0XFFFFFFFF; CCM->CCGR6 = 0XFFFFFFFF; } /* 简单延时函数 */ void g_delay(unsigned int t) { while(t--); } /* 主函数 */ int main(void) { /* 1. 初始化中断系统 */ system_interrupt_init(); /* 2. 使能所有外设时钟 */ clock_cg_init(); /* 3. 初始化各个硬件模块 */ led_init(); beep_init(); key_init(); /* 包含中断配置 */ /* 4. 主循环 */ while(1) { /* 模拟复杂任务处理 */ g_delay(0x7FFFF); /* 注意：按键检测不再需要轮询！ * 中断会自动处理按键事件 */ } return 0; }

6.2 Makefile构建系统

# 目标文件名 target = key # 交叉编译工具链 cross_compiler = arm-linux-gnueabihf- # 工具定义 cc = $(cross_compiler)gcc ld = $(cross_compiler)ld objcopy = $(cross_compiler)objcopy objdump = $(cross_compiler)objdump # 头文件目录 incdirs = bsp imx6ull include = $(patsubst %, -I%, $(incdirs)) # 源文件目录 srcdirs = bsp project # 自动查找所有源文件 cfiles = $(foreach dir, $(srcdirs), $(wildcard $(dir)/*.c)) sfiles = $(foreach dir, $(srcdirs), $(wildcard $(dir)/*.S)) # 去除目录路径 cfilenodir = $(notdir $(cfiles)) sfilenodir = $(notdir $(sfiles)) # 生成目标文件名 cobjs = $(patsubst %, obj/%, $(cfilenodir:.c=.o)) sobjs = $(patsubst %, obj/%, $(sfilenodir:.S=.o)) objs = $(cobjs) $(sobjs) # 设置VPATH让make自动查找源文件 VPATH = $(srcdirs) # 主目标：生成bin文件 $(target).bin : $(objs) $(ld) -Timx6ull.lds -o$(target).elf $^ $(objcopy) -O binary -S -g $(target).elf $@ $(objdump) -D $(target).elf > $(target).dis @echo "构建完成: $(target).bin" # 汇编文件编译规则 $(sobjs) : obj/%.o : %.S @mkdir -p obj $(cc) -Wall -nostdlib -c $(include) -o $@ $< # C文件编译规则 $(cobjs) : obj/%.o : %.c @mkdir -p obj $(cc) -Wall -nostdlib -c $(include) -o $@ $< # 清理规则 .PHONY : clean clean: rm -rf $(objs) $(target).elf $(target).bin $(target).dis obj/ @echo "已清理" # 烧录规则（需要根据实际情况调整） load: ./../imxdownload ./$(target).bin /dev/sdb

第七部分：关键概念总结

7.1 中断处理流程

按键按下 ↓ GPIO检测到电平变化 ↓ GPIO设置中断标志位 ↓ GIC接收中断请求 ↓ GIC发送中断信号给CPU ↓ CPU保存现场，跳转到irq_handler ↓ 汇编代码获取中断号，调用C处理函数 ↓ key_irq_handler()执行：切换LED和蜂鸣器 ↓ 清除中断标志，恢复现场 ↓ 返回主程序继续执行

7.2 轮询 vs 中断对比

7.3 调试技巧

1. LED辅助调试：在关键位置添加LED状态变化

2. 串口输出：添加串口打印调试信息

3. 逐步验证：

   • 先验证GPIO基本功能

   • 再验证中断触发

   • 最后验证中断处理

7.4 常见问题

1. 中断不触发：检查GIC配置、GPIO中断使能

2. 中断频繁触发：检查消抖处理、中断标志清除

3. 系统卡死：检查中断服务函数执行时间、栈溢出

4. 中断处理不执行：检查中断向量表、VBAR设置

第八部分：从0开始的开发步骤

8.1 环境搭建

1. 安装ARM交叉编译工具链

2. 准备IMX6ULL开发板

3. 连接串口调试工具

8.2 代码编写顺序

1. 编写Makefile和链接脚本

2. 编写启动代码start.S

3. 实现基本的LED驱动（验证环境）

4. 实现GIC和中断管理框架

5. 实现按键中断驱动

6. 集成所有模块测试

8.3 测试验证

# 1. 编译 make clean make # 2. 烧录到SD卡 make load # 3. 观察现象 # - 按下按键：LED和蜂鸣器状态切换 # - 主循环中的延时不影响按键响应