SOC-ESP32S3部分：10-GPIO中断按键中断实现

飞书文档https://x509p6c8to.feishu.cn/wiki/W4Wlw45P2izk5PkfXEaceMAunKg 学习了GPIO输入和输出功能后，参考示例工程，我们再来看看GPIO中断，IO中断的配置分为三步

配置中断触发类型
安装中断服务
注册中断回调函数

ESP32-S3的所有通用GPIO（GPIO0-GPIO48）都支持中断功能，所以我们可以通过软件进行配置中断模式。这节课我们使用上节课的按键，作为外部中断实验。

1.1、配置中断触发类型

配置中断触发类型很简单，只需要配置intr_type即可

intr_type: 中断类型，可以是以下值之一：
GPIO_INTR_DISABLE: 禁用中断。
GPIO_INTR_POSEDGE: 上升沿触发中断。
GPIO_INTR_NEGEDGE: 下降沿触发中断。
GPIO_INTR_ANYEDGE: 任意边沿触发中断。
GPIO_INTR_LOW_LEVEL: 低电平触发中断。
GPIO_INTR_HIGH_LEVEL: 高电平触发中断。

参考如下：

    gpio_config_t io_conf = {
        .intr_type = GPIO_INTR_NEGEDGE,      //中断触发类型为下降沿触发
        .pin_bit_mask = GPIO_INPUT_PIN_SEL,  //GPIO掩码
        .mode = GPIO_MODE_INPUT,             //输入模式
        .pull_up_en = GPIO_PULLUP_ENABLE,    //启用 GPIO 引脚的上拉电阻
    };
    gpio_config(&io_conf);

1.2、安装中断服务

配置完中断触发类型后，我们需要安装中断服务

esp_err_t gpio_install_isr_service(int intr_alloc_flags);
功能: gpio_install_isr_service 函数用于安装 GPIO 中断服务。该函数必须在配置任何 GPIO 中断之前调用，以确保中断服务程序（ISR）能够正确处理 GPIO 中断。
参数:
intr_alloc_flags: 中断分配标志，用于指定中断的优先级和相关属性。常见的标志包括：
ESP_INTR_FLAG_LEVEL1: 中断优先级为1（最低优先级）。
ESP_INTR_FLAG_LEVEL2: 中断优先级为2。
ESP_INTR_FLAG_LEVEL3: 中断优先级为3。
ESP_INTR_FLAG_LEVEL4: 中断优先级为4。
ESP_INTR_FLAG_LEVEL5: 中断优先级为5。
ESP_INTR_FLAG_LEVEL6: 中断优先级为6。
ESP_INTR_FLAG_NMI   : 中断优先级为7。
ESP_INTR_FLAG_SHARED：中断可在多个中断服务程序（ISR）之间共享
ESP_INTR_FLAG_EDGE: 中断类型为边沿触发。
ESP_INTR_FLAG_IRAM: 中断服务程序位于 IRAM 中。
ESP_INTR_FLAG_INTRDISABLED: 安装中断服务程序时禁用中断。


具体说明参考：
中断优先级相关标志
ESP_INTR_FLAG_LEVEL1 (1<<1)：表示接受一个优先级为 1 的中断向量，这是最低的优先级。在多个中断同时发生时，优先级为 1 的中断会最后被处理。
ESP_INTR_FLAG_LEVEL2 (1<<2)：表示接受一个优先级为 2 的中断向量，其优先级高于 Level 1。
ESP_INTR_FLAG_LEVEL3 (1<<3)：表示接受一个优先级为 3 的中断向量，优先级依次递增。
ESP_INTR_FLAG_LEVEL4 (1<<4)：表示接受一个优先级为 4 的中断向量。
ESP_INTR_FLAG_LEVEL5 (1<<5)：表示接受一个优先级为 5 的中断向量。
ESP_INTR_FLAG_LEVEL6 (1<<6)：表示接受一个优先级为 6 的中断向量。
ESP_INTR_FLAG_NMI (1<<7)：表示接受一个优先级为 7 的中断向量，这是最高的优先级。非屏蔽中断（NMI）通常用于处理非常关键的事件，即使在其他中断被禁用的情况下，NMI 中断也能被响应。

中断共享相关标志
ESP_INTR_FLAG_SHARED (1<<8)：表示该中断可以被多个中断服务程序（ISR）共享。在某些情况下，多个中断源可能会共享同一个中断向量，使用这个标志可以允许这种共享机制。

中断触发类型相关标志
ESP_INTR_FLAG_EDGE (1<<9)：表示该中断是边沿触发的。边沿触发的中断会在信号的上升沿或下降沿触发，与之相对的是电平触发，电平触发的中断会在信号保持特定电平时触发。

中断服务程序执行环境相关标志
ESP_INTR_FLAG_IRAM (1<<10)：表示中断服务程序（ISR）可以在缓存（cache）被禁用的情况下被调用。在某些特殊情况下，如系统进行一些对缓存敏感的操作时，缓存可能会被禁用，使用这个标志可以确保 ISR 仍然能够正常执行。

中断禁用相关标志
ESP_INTR_FLAG_INTRDISABLED (1<<11)：表示在返回时将该中断禁用。当使用这个标志时，在中断服务程序执行完毕返回后，相应的中断会被自动禁用，需要手动重新启用才能再次响应中断。

这里根据实际需求来，如果没有优先级和其它要求，我们默认配置为0即可，表示使用默认的中断分配标志

    gpio_install_isr_service(0);

1.3、注册中断回调函数

中断触发后，如何通知应用程序呢？这里我们需要注册一个回调函数，一旦触发中断，系统就会运行这个函数的代码，

esp_err_t gpio_isr_handler_add(gpio_num_t gpio_num, gpio_isr_t isr_handler, void *args);
功能: gpio_isr_handler_add 函数用于为指定的 GPIO 引脚添加中断服务程序（ISR）。该函数允许你指定中断触发的 GPIO 引脚、中断服务程序的回调函数以及传递给回调函数的参数。
参数:
gpio_num: 要配置中断的 GPIO 引脚编号。
isr_handler: 中断服务程序的回调函数。gpio_isr_t 是一个函数指针类型，方便我们传递函数。
args: 传递给中断服务程序回调函数的参数。

最终代码如下，我们使用按键来控制LED灯的亮灭切换

#include <stdio.h>
#include "freertos/FreeRTOS.h"
#include "freertos/task.h"
#include "driver/gpio.h"
#include "esp_log.h"

static const char* TAG = "MyModule";

#define LED_GPIO_IO    9
#define LED_GPIO_PIN_SEL  (1ULL<<LED_GPIO_IO)

#define GPIO_INPUT_IO     42
#define GPIO_INPUT_PIN_SEL  (1ULL<<GPIO_INPUT_IO)

static bool led_state = false;

// 定义一个静态的中断服务函数 gpio_isr_handler，用于处理 GPIO 引脚的中断事件
static void gpio_isr_handler(void* arg)
{
    uint32_t gpio_num = (uint32_t) arg;
    if(led_state)
        gpio_set_level(LED_GPIO_IO, 0);
    else
        gpio_set_level(LED_GPIO_IO, 1);
    led_state = !led_state;
}

void app_main(void)
{
    gpio_config_t led_io_conf = {
        .intr_type = GPIO_INTR_DISABLE,     
        .pin_bit_mask = LED_GPIO_PIN_SEL, 
        .mode = GPIO_MODE_OUTPUT,           
        .pull_up_en = GPIO_PULLUP_DISABLE,
    };
    gpio_config(&led_io_conf);

    gpio_config_t io_conf = {
        .intr_type = GPIO_INTR_NEGEDGE,      //中断触发类型为下降沿触发
        .pin_bit_mask = GPIO_INPUT_PIN_SEL,  //GPIO掩码
        .mode = GPIO_MODE_INPUT,             //输入模式
        .pull_up_en = GPIO_PULLUP_ENABLE,    //启用 GPIO 引脚的上拉电阻
    };
    gpio_config(&io_conf);
    // 安装 GPIO 中断服务
    // 参数 0 表示使用默认的中断分配标志，该函数会初始化 GPIO 中断服务所需的资源
    gpio_install_isr_service(0);
    // 为指定的 GPIO 引脚注册中断服务函数,当该引脚触发中断时，会调用 gpio_isr_handler 函数进行处理
    gpio_isr_handler_add(GPIO_INPUT_IO, gpio_isr_handler, (void*)GPIO_INPUT_IO);
    while (1) {
        vTaskDelay(1000 / portTICK_PERIOD_MS);
    }
}

把板卡接到底板上，编译烧录后，我们按下按键1，就可以看到LED1会变化。

如果不会接线的，回到GPIO输入章节：9-GPIO输入看哦。

我们看到官方例程中，添加了一个关键词IRAM_ATTR，IRAM_ATTR 表示该函数将被放置在内部高速 RAM（IRAM）中执行，以提高中断处理的速度

static void IRAM_ATTR gpio_isr_handler(void* arg)

IRAM 是 ESP32 的内部 RAM，具有以下特点：

快速访问：IRAM 的访问速度比 Flash 更快。
断电保护：IRAM 中的数据在 CPU 断电时不会丢失。
中断处理优化：将中断处理函数放置在 IRAM 中，可以避免从 Flash 中加载代码的延迟，确保中断能够快速响应。

更多存储相关知识参考：

https://docs.espressif.com/projects/esp-idf/zh_CN/v5.4/esp32/api-guides/memory-types.html

那我们如果希望打印出按下的gpio_num，我们可以在中断回调函数中添加打印函数吗？例如下方这样：

static void gpio_isr_handler(void* arg)
{
    uint32_t gpio_num = (uint32_t) arg;
    ESP_LOGI(TAG, "GPIO[%ld] interrupt", gpio_num);
}

我们运行后你就会发现，按下按键时设备就会重启，日志如下：

因为中断中不能执行耗时操作，而打印函数就是耗时操作，更加规范的做法是，在中断回调函数中发送消息，在外部任务中进行处理，这也是我们接下来两节课要讲解的多任务和消息队列。