IMX6ULL 裸机开发进阶：按键驱动（轮询→中断）+ 中断控制器 GIC 实战

一、硬件基础：按键模块解析

1. 开发板按键硬件

正点原子 IMX6ULL-Mini 开发板配备 3 个按键：

中间：复位按钮；
左侧：低功耗按钮；
右侧：用户可独立控制的试验按键（核心实操对象）。

2. 按键电气特性（关键！）

从底板原理图可知：

按键断开时 ，GPIO 引脚为高电平；
按键按下时 ，GPIO 引脚为低电平；
我们以 "用户试验按键" 为例，其对应引脚为UART1_CTS_B（复用为GPIO1_IO18）。

二、轮询方式：按键驱动（基础版）

轮询是最简单的按键检测方式，核心是 "死循环检查引脚电平"，适合入门但存在致命缺陷。

1. 按键初始化（GPIO1_IO18 配置）

需完成 4 步配置（参考 IMX6ULL 手册）：

（1）复用功能配置

将UART1_CTS_B引脚复用为GPIO1_IO18：

运行

复制代码

// 复用功能配置：ALT5 → GPIO1_IO18
IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_UART1_CTS_B_GPIO1_IO18, 0);

MUX_MODE（低 4 位）：0101（ALT5），指定引脚为 GPIO 功能；
SION：0，关闭信号监控（输入模式无需开启）。

（2）电气特性配置

针对输入模式优化电气参数：

运行

复制代码

// 电气特性配置：上拉、关闭输出驱动等
IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_UART1_CTS_B_GPIO1_IO18, 0xF080);

参数解析（对应寄存器IOMUXC_SW_PAD_CTL_PAD_UART1_CTS_B）：

位段	配置值	含义
HYS（1 位）	0	关闭迟滞（输入模式无需）
PUS（2 位）	11	22KΩ 上拉（保证按键断开时为高电平）
PUE（1 位）	1	选择 "上拉 / 下拉" 而非 "保持"
PKE（1 位）	1	使能上拉 / 下拉功能
ODE（1 位）	0	关闭漏极开漏
SPEED（2 位）	10	中等速度（100MHz）
DSE（3 位）	000	关闭输出驱动（输入模式无需）
SRE（1 位）	0	慢摆率

（3）GPIO 方向配置（输入模式）

运行

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// 配置GPIO1_IO18为输入模式（GDIR对应位清0）
GPIO1->GDIR &= ~(1 << 18);

GDIR寄存器：0 = 输入，1 = 输出。

（4）开启 GPIO1 时钟

GPIO1 所有引脚共用CCM_CCGR1时钟门，需先开启：

运行

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// 开启GPIO1时钟（CCM_CCGR1对应位置1）
CCM->CCGR1 |= (3 << 26);

2. 轮询检测按键状态

运行

复制代码

// 读取按键状态：按下返回1，未按下返回0
int key_read(void) {
    // 检测GPIO1_IO18电平：低电平→按键按下
    if ((GPIO1->DR & (1 << 18)) == 0) {
        // 简单消抖（延时后再次检测）
        delay(0x10000);
        if ((GPIO1->DR & (1 << 18)) == 0) {
            return 1;
        }
    }
    return 0;
}

// 主循环轮询
int main(void) {
    key_init(); // 按键初始化
    led_init(); // LED初始化（用于按键反馈）
    
    while (1) {
        // 模拟大量复杂耗时业务（如0x7FFFFF次空循环）
        delay(0x7FFFFF);
        
        // 轮询检测按键
        if (key_read()) {
            led_flicker(); // 按键按下→LED闪烁
            // 等待按键释放
            while ((GPIO1->DR & (1 << 18)) == 0);
        }
    }
    return 0;
}

3. 轮询方式的致命缺陷

当主循环承担大量、复杂、耗时 的业务（如上述delay(0x7FFFFF)）时，会出现：

漏检按键：按键按下的瞬间，CPU 正执行耗时业务，未及时检测电平；
实时性差：在工业场景（如汽车刹车、工业急停按钮）中，漏检可能导致严重后果。

→ 解决方案：中断方式（CPU 无需主动轮询，按键按下时主动触发中断，CPU 立即响应）。

三、中断方式：按键驱动（进阶版）

1. 中断核心概念

中断是 CPU 的 "紧急响应机制"：

外设（如 GPIO）发出中断请求；
CPU 检查中断是否允许响应、优先级是否最高；
保护当前运行的 "现场"（寄存器、程序计数器等）；
执行中断服务函数（ISR）；
恢复现场，回到原任务继续执行。

对 IMX6ULL 而言，按键触发的是GPIO 外部中断（EINT） ，需经过GIC 中断控制器转发给 Cortex-A7 内核。

2. 中断控制器 GIC（核心！）

IMX6ULL 的 Cortex-A7 内核搭载GIC v2.0（通用中断控制器），是中断管理的 "中枢"。

（1）GIC v2.0 架构

GIC v2.0 主要分为两部分：

Distributor（分发器）：管理所有中断源，负责中断分发、优先级设置、中断屏蔽；
CPU Interface（CPU 接口）：每个内核对应一个，负责将分发器的中断转发给内核，处理中断响应 / 结束。

（2）中断源分类（GIC v2.0）

GIC 支持 1020 个中断源（0~1019），其中：

中断类型	编号范围	用途
SGI（软件中断）	0~15	多核通信（软件触发）
PPI（私有中断）	16~31	每个内核独有的中断（如定时器、看门狗）
SPI（共享外设中断）	32~1019	外设中断（如 GPIO、UART、I2C，我们的核心操作对象）

（3）IMX6ULL 中断编号映射

参考《IMX6ULL 参考手册》：Cortex-A7 中断编号 0~128；
参考MCIMX6Y2.h：IRQn_Type枚举定义了 0~159 的外设中断（含 GPIO 中断）。

3. 协处理器 CP15（Cortex-A7 核心）

Cortex-A7 的CP15 协处理器（CP0~CP15）负责系统控制，其中与中断相关的关键寄存器：

（1）CP15 c1：SCTLR（系统控制寄存器）

bit13（V）：异常向量表基地址选择；
- 0：正常向量表（0x00000000，可通过 VBAR 重映射）；
- 1：高向量表（0xFFFF0000，不可重映射）。
bit12（I）：指令 Cache 使能；
- 0：关闭（复位默认）；
- 1：开启。

操作示例（汇编）：

armasm

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; 读取SCTLR到r0
mrc p15, 0, r0, c1, c0, 0
; 关闭高向量表（V=0）
bic r0, r0, #(1 << 13)
; 开启指令Cache（I=1）
orr r0, r0, #(1 << 12)
; 写回SCTLR
mcr p15, 0, r0, c1, c0, 0

（2）CP15 c12：VBAR（向量基地址寄存器）

用于重映射异常向量表的基地址（如映射到 0x87800000）：

运行

复制代码

// 设置向量表基地址
void __set_VBAR(uint32_t addr) {
    __asm__ volatile (
        "mcr p15, 0, %0, c12, c0, 0"
        : : "r" (addr)
    );
}

// 调用示例：向量表映射到0x87800000
__set_VBAR(0x87800000);

（3）CP15 c15：CBAR（配置基地址寄存器）

存储 GIC 寄存器的物理基地址，是访问 GIC 的关键：

armasm

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; 读取CBAR到r0（获取GIC基地址）
mrc p15, 4, r0, c15, c0, 0

4. 中断方式按键驱动实现

（1）步骤梳理

配置 GPIO1_IO18 为输入模式（同轮询）；
配置 GPIO1_IO18 的中断触发方式（下降沿触发→按键按下）；
配置 GIC：使能 GPIO1_IO18 对应的 SPI 中断、设置优先级；
编写中断服务函数（ISR）：按键按下→LED 翻转；
开启 CPU 总中断（CPSIE I）。

（2）核心代码（关键片段）

运行

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// 1. GPIO中断配置（GPIO1_IO18下降沿触发）
void gpio_irq_config(void) {
    // 配置中断触发方式：下降沿
    GPIO1->ICR1 |= (1 << 18); // ICR1：1=下降沿，0=上升沿
    // 使能GPIO1_IO18中断
    GPIO1->IMR |= (1 << 18);
}

// 2. GIC配置（使能GPIO1中断）
void gic_config(void) {
    // 步骤1：获取GIC基地址（从CBAR读取）
    uint32_t gic_base;
    __asm__ volatile ("mrc p15, 4, %0, c15, c0, 0" : "=r" (gic_base));
    
    // 步骤2：分发器配置（GICD）
    GICD_Type *gicd = (GICD_Type *)(gic_base + 0x0000);
    // 使能GPIO1对应的SPI中断（假设编号为66）
    gicd->ISENABLER[2] |= (1 << (66 - 64)); 
    // 设置中断优先级（0~255，数值越小优先级越高）
    gicd->IPRIORITYR[66/4] |= (0x80 << ((66%4)*8)); 
    // 将中断分发到CPU0
    gicd->ITARGETSR[66/4] |= (0x01 << ((66%4)*8)); 
    
    // 步骤3：CPU接口配置（GICC）
    GICC_Type *gicc = (GICC_Type *)(gic_base + 0x2000);
    // 设置CPU中断优先级掩码（0xFF=允许所有优先级）
    gicc->PMR = 0xFF;
    // 使能CPU接口中断
    gicc->CTLR |= 0x01;
}

// 3. 中断服务函数（ISR）
void gpio1_irq_handler(void) {
    // 检查是否是GPIO1_IO18中断
    if (GPIO1->ISR & (1 << 18)) {
        led_flicker(); // LED翻转
        GPIO1->ISR |= (1 << 18); // 清除中断标志位
    }
    // 通知GIC中断处理完成
    GICC_Type *gicc = (GICC_Type *)(GIC_BASE + 0x2000);
    gicc->EOIR = gicc->IAR;
}

// 4. 主函数初始化
int main(void) {
    clock_init();
    led_init();
    key_init(); // 基础GPIO配置（同轮询）
    gpio_irq_config(); // GPIO中断配置
    gic_config(); // GIC配置
    
    // 开启CPU总中断
    __asm__ volatile ("cpsie i");
    
    // 主循环执行耗时业务（中断不影响）
    while (1) {
        delay(0x7FFFFF); // 大量耗时操作
    }
    return 0;
}

四、代码封装：降低耦合性（符合 OCP 原则）

工业级驱动需满足 "开闭原则"------ 对修改关闭、对扩展开放，核心是模块化封装 + 回调函数。

1. 核心思路

将 GPIO 操作封装为通用接口（初始化、读、写、中断配置）；
将中断处理逻辑与业务逻辑解耦（通过回调函数注册）；
中断模块独立封装，支持扩展不同外设的中断。

2. 封装后的通用接口

（1）GPIO 模块封装（gpio.h/gpio.c）

运行

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// GPIO配置结构体
typedef struct {
    uint8_t direction; // 0=输入，1=输出
    uint8_t pull;      // 0=无，1=上拉，2=下拉
    uint8_t irq_type;  // 0=无中断，1=上升沿，2=下降沿，3=双边沿
} gpio_config_t;

// GPIO初始化
extern void gpio_init(GPIO_Type *gpio, int pin, gpio_config_t *config);
// 读取GPIO电平
extern int gpio_read(GPIO_Type *gpio, int pin);
// 写入GPIO电平
extern void gpio_write(GPIO_Type *gpio, int pin, int value);
// GPIO中断注册回调函数
extern void gpio_irq_register(GPIO_Type *gpio, int pin, void (*callback)(void));

（2）中断模块封装（irq.h/irq.c）

运行

复制代码

// 中断初始化（GIC+GPIO中断）
extern void irq_init(void);
// 注册中断服务函数
extern void irq_register(uint32_t irq_num, void (*handler)(void));
// 使能指定中断
extern void irq_enable(uint32_t irq_num);

（3）业务层调用（低耦合）

运行

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// 按键业务回调函数（可灵活修改，无需改驱动）
void key_callback(void) {
    led_flicker(); // 按键按下→LED翻转
}

int main(void) {
    // 1. 初始化
    clock_init();
    led_init();
    irq_init();
    
    // 2. GPIO配置（按键）
    gpio_config_t key_config = {
        .direction = 0, // 输入
        .pull = 1,      // 上拉
        .irq_type = 2   // 下降沿中断
    };
    gpio_init(GPIO1, 18, &key_config);
    
    // 3. 注册按键中断回调
    gpio_irq_register(GPIO1, 18, key_callback);
    
    // 4. 开启总中断
    __asm__ volatile ("cpsie i");
    
    // 主循环执行其他业务
    while (1) {
        // 耗时业务逻辑
    }
    return 0;
}

五、关键总结

轮询 vs 中断：轮询简单但实时性差，适合低要求场景；中断无漏检、实时性高，是工业级场景的首选；
GIC 核心：IMX6ULL 的中断需经过 GIC 分发器→CPU 接口，才能被 Cortex-A7 响应，需重点配置中断使能、优先级、CPU 目标；
CP15 操作：协处理器 CP15 的 SCTLR（向量表）、VBAR（向量基地址）、CBAR（GIC 基地址）是中断配置的关键；
代码封装：通过通用 GPIO 接口 + 回调函数，降低驱动与业务的耦合性，符合 "开闭原则"，便于扩展（如新增按键、修改业务逻辑）。