3. GPIO外设驱动开发（下）：GPIO中断配置、中断优先级与嵌套、GPIO驱动代码封装、实战：按键中断控制LED

各位好，我们接着往下聊。上一节我们把GPIO的推挽、开漏、上下拉这些基础输出输入模式讲透了。这一节，咱们要动真格的了——中断。

说实话，中断才是嵌入式开发的灵魂。没有中断，CPU就得一直轮询，效率低得吓人。我早年做第一个项目时，就是靠轮询读按键，结果主循环里稍微加点逻辑，按键就响应迟钝。后来换成中断，整个世界清净了。

3.1 GPIO中断的基本概念

GPIO中断，说白了就是：引脚电平发生变化时，硬件自动触发一个异常，CPU暂停当前任务，跳去执行中断服务函数。

CMS32系列MCU的GPIO中断支持以下几种触发方式：

3.2 中断优先级与嵌套

中断优先级，这是个容易踩坑的地方。CMS32的中断控制器支持抢占优先级和子优先级，概念上和ARM Cortex-M的NVIC类似，但寄存器配置略有不同。

3.2.1 优先级分组

CMS32把优先级分为4个组，通过系统寄存器配置：

我一般习惯用Group 2，也就是2位抢占优先级、2位子优先级。这样既能保证高优先级中断及时响应，又能给同优先级的中断留出排队空间。

3.2.2 中断嵌套规则

中断嵌套，说白了就是：一个中断正在执行，另一个更高优先级的中断来了，CPU要不要理它？

规则其实很简单：

• 只有抢占优先级更高的中断才能打断当前中断
• 抢占优先级相同的中断，不能互相打断
• 子优先级只在抢占优先级相同时，决定谁先执行

3.3 GPIO中断配置步骤

配置GPIO中断，我总结了一个五步法，照着做基本不会出错：

1. 使能GPIO时钟——不使能时钟，寄存器写不进去
2. 配置引脚模式为输入——中断引脚必须是输入模式
3. 选择触发方式——上升沿、下降沿还是电平触发
4. 配置中断优先级——设置抢占优先级和子优先级
5. 使能中断并编写ISR——开中断，写服务函数

下面是一个具体的代码示例，配置PA0引脚为下降沿触发中断：

/* 步骤1：使能GPIOA时钟 */
RCC->APB2ENR |= (1 << 2);   // 使能GPIOA时钟

/* 步骤2：配置PA0为输入模式 */
GPIOA->CRL &= ~(0x0F << 0); // 清除配置
GPIOA->CRL |= (0x08 << 0);  // 输入模式，上拉/下拉

/* 步骤3：选择下降沿触发 */
EXTI->FTSR |= (1 << 0);     // 下降沿触发选择

/* 步骤4：配置中断优先级 */
NVIC_SetPriority(EXTI0_IRQn, 0x20); // 抢占优先级2，子优先级0

/* 步骤5：使能中断 */
NVIC_EnableIRQ(EXTI0_IRQn);
EXTI->IMR |= (1 << 0);      // 中断屏蔽寄存器使能

3.4 GPIO驱动代码封装

裸机开发最忌讳的就是把寄存器操作散落在各个.c文件里。我建议统一封装成驱动层，上层应用只调用API，不碰寄存器。

这是我的GPIO驱动封装思路：

3.4.1 结构体定义

typedef struct {
    uint8_t  port;       // GPIO端口号
    uint8_t  pin;        // 引脚号
    uint8_t  mode;       // 输入/输出/复用
    uint8_t  pull;       // 上拉/下拉/浮空
    uint8_t  trigger;    // 中断触发方式
    uint8_t  priority;   // 中断优先级
} GPIO_Config_t;

3.4.2 API接口设计

3.5 实战：按键中断控制LED

理论说完了，咱们来点实际的。这个实战的目标是：按下按键，LED状态翻转；松开按键，LED保持当前状态。

3.5.1 硬件连接

• 按键：接PA0，外部下拉10kΩ电阻到GND
• LED：接PB0，阳极通过330Ω电阻接VCC，阴极接PB0

3.5.2 完整代码

/* gpio_driver.h */
#ifndef __GPIO_DRIVER_H
#define __GPIO_DRIVER_H

#include "cms32.h"

void GPIO_Init(GPIO_Config_t *config);
void GPIO_WritePin(uint8_t port, uint8_t pin, uint8_t level);
uint8_t GPIO_ReadPin(uint8_t port, uint8_t pin);
void GPIO_EnableInterrupt(uint8_t port, uint8_t pin, uint8_t trigger);
void GPIO_DisableInterrupt(uint8_t port, uint8_t pin);

#endif

/* main.c */
#include "gpio_driver.h"

volatile uint8_t led_state = 0;

void EXTI0_IRQHandler(void)
{
    /* 检查中断标志位 */
    if (EXTI->PR & (1 << 0))
    {
        /* 翻转LED状态 */
        led_state = !led_state;
        GPIO_WritePin(GPIO_PORTB, 0, led_state);

        /* 清除中断标志位 */
        EXTI->PR = (1 << 0);
    }
}

int main(void)
{
    GPIO_Config_t btn_config, led_config;

    /* 配置按键：PA0，输入，下拉，下降沿触发 */
    btn_config.port     = GPIO_PORTA;
    btn_config.pin      = 0;
    btn_config.mode     = GPIO_MODE_INPUT;
    btn_config.pull     = GPIO_PULL_DOWN;
    btn_config.trigger  = GPIO_TRIGGER_FALLING;
    btn_config.priority = 0x20;
    GPIO_Init(&btn_config);

    /* 配置LED：PB0，推挽输出 */
    led_config.port     = GPIO_PORTB;
    led_config.pin      = 0;
    led_config.mode     = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
    led_config.pull     = GPIO_PULL_NONE;
    GPIO_Init(&led_config);

    /* 使能按键中断 */
    GPIO_EnableInterrupt(GPIO_PORTA, 0, GPIO_TRIGGER_FALLING);

    while (1)
    {
        /* 主循环可以干别的事，LED由中断控制 */
        __WFI();  // 等待中断，降低功耗
    }
}

3.5.3 代码要点解析

• led_state用volatile修饰——中断和主循环都可能访问它，防止编译器优化
• 中断服务函数里只做最少的操作——翻转状态、写引脚、清标志，绝不调用延时函数
• 主循环用__WFI()——没有中断时CPU进入休眠，省电

3.6 本章知识体系

下面这张图，把GPIO中断的完整流程串起来了：

从这张图可以看得很清楚：硬件触发 → 中断控制器仲裁 → 优先级判断 → ISR执行 → 驱动API封装 → 应用层调用，每一层各司其职。