[LibOpenCM3 × STM32教學-2] 按鈕觸發外部中斷 EXTI

我在 2022 年 9 月重新寫了與本文內容相近的文章，建議可以觀看新文章：

前言

LibOpenCM3 是一個 Open-Source 的 ARM Cortex-M3 微控制器底層硬體函式庫，支援包含 STM32 在內的多種微控制器。

本文將以 STM32F103RB（Nucleo F103RB）作為示範，介紹如何使用 LibOpenCM3 寫出 STM32 的外部中斷（External interrupt，EXTI）。

正文

外部中斷最基本的應用就是按鈕。雖然可以使用輪詢的方式來感測按鈕是否有觸發，但這種做法不但消耗資源，也不保險（觸發當下可能剛好錯過輪詢），而使用外部中斷就不會有這樣的問題。

本文示範一個以按鈕觸發的外部中斷，每次按下按鈕時就會觸發指定的外部中斷，讓 LED 進行一次開或關。

程式全文

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
/**
 * @file   main.c
 * @brief  Basic button external interrupt(EXTI).
 */

#include <libopencm3/stm32/rcc.h>
#include <libopencm3/stm32/gpio.h>
#include <libopencm3/stm32/exti.h>
#include <libopencm3/cm3/nvic.h>

void led_setup(void)
{
  rcc_periph_clock_enable(RCC_GPIOA);
  gpio_set_mode(GPIOA,
                GPIO_MODE_OUTPUT_2_MHZ,
                GPIO_CNF_OUTPUT_PUSHPULL,
                GPIO5);
}


void button_setup(void)
{
  rcc_periph_clock_enable(RCC_GPIOC);
  rcc_periph_clock_enable(RCC_AFIO);

  nvic_enable_irq(NVIC_EXTI15_10_IRQ);

  gpio_set_mode(GPIOC,
                GPIO_MODE_INPUT,
                GPIO_CNF_INPUT_FLOAT,
                GPIO13);

  exti_select_source(EXTI13, GPIOC);
  exti_set_trigger(EXTI13, EXTI_TRIGGER_FALLING);
  exti_enable_request(EXTI13);
}

/**
 * @brief EXTI15~10 Interrupt service routine.
 */
void exti15_10_isr(void)
{
  exti_reset_request(EXTI13);
  gpio_toggle(GPIOA, GPIO5);
}

int main(void)
{
  led_setup();
  button_setup();

  while (1)
  {
    __asm__("nop");
  }

  return 0;
}

程式說明

引入函式庫

1
2
3
4
#include <libopencm3/stm32/rcc.h>
#include <libopencm3/stm32/gpio.h>
#include <libopencm3/stm32/exti.h>
#include <libopencm3/cm3/nvic.h>

除了基本的「RCC」與「GPIO」函式庫外，要使用外部中斷還需要「EXTI」與「NVIC」這兩個函式庫。

其中「EXTI」包含了外部中斷（External interrupt）的相關功能。「NVIC」是「Nested vectored interrupt controller」的意思，是 ARM Cortex-M3 中負責管理所有中斷的核心功能，包含了中斷優先級、中斷請求（Interrupt request，IRQ）、中斷旗標等。

注意是 libopencm3/cm3/nvic.h 而非 libopencm3/stm32/nvic.h。

設定 LED

1
2
3
4
5
6
7
8
void led_setup(void)
{
  rcc_periph_clock_enable(RCC_GPIOA);
  gpio_set_mode(GPIOA,
                GPIO_MODE_OUTPUT_2_MHZ,
                GPIO_CNF_OUTPUT_PUSHPULL,
                GPIO5);
}

函數 led_setup() 負責設定 LED。

  • rcc_periph_clock_enable() 用來致能目標 LED 所在 GPIO Port-A 的 Clock。
  • gpio_set_mode() 設定 LED 所在的 PA5 為最高速度 2 MHz 的推輓式（Push-Pull）輸出。

設定按鈕及 EXTI

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
void button_setup(void)
{
  rcc_periph_clock_enable(RCC_GPIOC);
  rcc_periph_clock_enable(RCC_AFIO);

  nvic_enable_irq(NVIC_EXTI15_10_IRQ);

  gpio_set_mode(GPIOC,
                GPIO_MODE_INPUT,
                GPIO_CNF_INPUT_FLOAT,
                GPIO13);

  exti_select_source(EXTI13, GPIOC);
  exti_set_trigger(EXTI13, EXTI_TRIGGER_FALLING);
  exti_enable_request(EXTI13);
}

函數 button_setup() 負責按鈕的相關設定。

  • RCC
    • rcc_periph_clock_enable(RCC_GPIOC) 致能按鈕本身所在的 GPIO Port-C 的 Clock。
    • rcc_periph_clock_enable(RCC_AFIO) 致能 Alternate function I/O（AFIO） 的 Clock。使用外部中斷必須啟用 AFIO。
  • nvic_enable_irq(NVIC_EXTI15_10_IRQ) 致能「EXTI-10 到 15」的中斷請求（Interrupt request，IRQ）。我使用的 STM32 中 EXTI-10 到 15 的 IRQ 是共用的，它們都會對應到相同的中斷服務程序（ISR）。我要使用的是 EXTI-13，所以要對「EXTI15_10」進行設定。
  • gpio_set_mode() 將按鈕所在的 PC13 設定成浮接輸入（Input float）模式。
  • EXTI
    • exti_select_source(EXTI13, GPIOC) 選擇 EXTI 的來源為 「EXIT-13」，「GPIO Port-C」，也就是「PC13」。
    • exti_set_trigger(EXTI13, EXTI_TRIGGER_FALLING) 設定 「EXTI-13」的觸發方式為「Falling（負緣）」。
    • exti_enable_request(EXTI13) 致能「EXTI-13」的中斷請求。

中斷服務程序 ISR

1
2
3
4
5
6
7
8
/**
 * @brief EXTI15~10 Interrupt service routine.
 */
void exti15_10_isr(void)
{
  exti_reset_request(EXTI13);
  gpio_toggle(GPIOA, GPIO5);
}

函數 exti15_10_isr() 是「EXTI-10 到 15」的中斷服務程序（Interrupt service routine，ISR）。當「EXTI-10 到 15」發生中斷時就會執行這裡的程式。此函數名稱是規定好的，不能打錯。

  • exti_reset_request(EXTI13) 會清除來自「EXTI-13」的中斷請求旗標。
  • gpio_toggle(GPIOA, GPIO5) 是讓 LED（PA5）的輸出反轉，進行 LED 的開關，也就是我們要的功能——每次按下按鈕 LED 就開或關一次。

主程式

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
int main(void)
{
  led_setup();
  button_setup();

  while (1)
  {
    __asm__("nop");
  }

  return 0;
}

主程式先依序呼叫 led_setup() 與 button_setup() 來完成設定，隨後就進入一個無限空迴圈，等待中斷的觸發。

__asm__("nop") 會嵌入組合語言的「nop（無操作）」指令。

結語

本次文章內介紹的程式我也有放在 GitHub 上，可以直接載下來並使用 PlatformIO 開始專案。

相關文章

留言可能不會立即顯示。若過了幾天仍未出現，請 Email 聯繫：）