4、深入GPIO：按键输入与中断

按键，是嵌入式世界里最朴素的人机交互方式。你按下它，系统响应——听起来简单，但实际做起来，坑不少。我刚开始用Rust写STM32的时候，就栽在按键消抖上。今天咱们把这部分彻底理清楚。

4.1 按键消抖原理

机械按键的本质是什么？是金属弹片的物理接触。按下和释放的瞬间，弹片会反弹，产生一连串的毛刺信号。这就是抖动。

消抖的思路无非两种：硬件消抖和软件消抖。硬件上，加个RC低通滤波器，把毛刺滤掉。软件上，更灵活——检测到电平变化后，延时10~20ms再读一次。如果电平稳定，才算有效。

4.2 配置GPIO为输入模式

在STM32的HAL里，配置GPIO输入很简单。但在Rust的embedded-hal抽象下，我们需要用更类型安全的方式来做。

以STM32F4为例，用stm32f4xx-hal库配置PA0为输入：

use stm32f4xx_hal::{
    gpio::GpioExt,
    gpio::gpioa::Parts,
    gpio::Input,
    gpio::PullUp,
    pac,
};

let dp = pac::Peripherals::take().unwrap();
let gpioa = dp.GPIOA.split();
let button = gpioa.pa0.into_pull_up_input();

这里的关键点：

• into_pull_up_input() 启用内部上拉电阻，默认高电平
• 按键另一端接地，按下时引脚被拉低
• 类型系统保证了引脚模式在编译期确定，不会出现运行时配置错误

配置项	说明	常用值
引脚模式	输入/输出/复用	Input
上拉/下拉	内部电阻	PullUp / PullDown
触发方式	中断触发边沿	上升沿/下降沿/双边沿

4.3 外部中断（EXTI）配置

轮询按键太浪费CPU了。更好的做法是用外部中断——按键按下时，CPU暂停当前任务，跳转到中断服务函数处理。

EXTI的配置流程：

1. 选择GPIO引脚连接到EXTI线
2. 配置触发边沿（上升沿、下降沿或双边沿）
3. 使能中断线
4. 编写中断服务函数

在Rust中，用stm32f4xx-hal配置EXTI：

use stm32f4xx_hal::{
    interrupt,
    gpio::ExtiPin,
    pac::{self, EXTI},
};

// 配置PA0为外部中断，下降沿触发
let mut button = gpioa.pa0.into_pull_up_input();
button.make_interrupt_source(&mut dp.SYSCFG);
button.trigger_on_edge(&mut dp.EXTI, Edge::Falling);
button.enable_interrupt(&mut dp.EXTI);

这里trigger_on_edge指定了触发边沿。按键按下时，电平从高变低，所以用下降沿。如果按键接法相反（按下接高电平），就用上升沿。

4.4 在Rust中处理中断回调

Rust的中断处理跟C不太一样。C里你直接写中断函数名，Rust里需要用#[interrupt]属性宏来声明。

基本结构：

use core::cell::RefCell;
use cortex_m::interrupt::Mutex;

static BUTTON_PRESSED: Mutex<RefCell<bool>> = Mutex::new(RefCell::new(false));

#[interrupt]
fn EXTI0() {
    // 清除中断标志
    // 设置按键状态
    cortex_m::interrupt::free(|cs| {
        *BUTTON_PRESSED.borrow(cs).borrow_mut() = true;
    });
}

这里有几个要点：

• Mutex + RefCell 是Rust在中断中共享数据的标准做法
• cortex_m::interrupt::free 保证临界区安全
• 中断函数名必须与中断向量表中的名称一致（如EXTI0）

完整的按键中断示例：

use stm32f4xx_hal::{
    gpio::{ExtiPin, GpioExt, Input, PullUp},
    pac,
    prelude::*,
};

fn main() -> ! {
    let dp = pac::Peripherals::take().unwrap();
    let cp = cortex_m::Peripherals::take().unwrap();
    let gpioa = dp.GPIOA.split();
    let mut button = gpioa.pa0.into_pull_up_input();

    button.make_interrupt_source(&mut dp.SYSCFG);
    button.trigger_on_edge(&mut dp.EXTI, Edge::Falling);
    button.enable_interrupt(&mut dp.EXTI);

    // 使能全局中断
    unsafe { cortex_m::interrupt::enable(); }

    loop {
        // 主循环处理按键事件
        cortex_m::interrupt::free(|cs| {
            if *BUTTON_PRESSED.borrow(cs).borrow() {
                // 处理按键逻辑
                // ...
                *BUTTON_PRESSED.borrow(cs).borrow_mut() = false;
            }
        });
    }
}

嗯，这里要注意一点：unsafe块是因为使能全局中断在Rust里被认为是不安全操作。但实际用起来，只要确保中断服务函数正确，就没问题。

4.5 本章知识体系

下面这张图把按键输入与中断的完整流程串起来了：