ESP32-S3开发教程五-按键中断2（使用FreeRTOS）

在上节中，我们满足了简单的中断函数编写与中断引脚配置。但还记得上一节中留下的一点小疑问吗？能不能直接把输出信息的代码放进中断处理函数？这样做会导致什么样的后果？

接下来，我们来试验一下。

一、将printf（）直接移植到中断函数里：

cpp 复制代码

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

volatile bool gpio_interrupt_flag = false;

void IRAM_ATTR gpio_isr_handler(void* arg)
{
    printf("基础中断触发！（GPIO%d）\n", GPIO_NUM_11);
}

void gpio_init(void)
{
    gpio_config_t io_config = {
        .pin_bit_mask = (1ULL << GPIO_NUM_11),  
        .mode = GPIO_MODE_INPUT,                
        .pull_up_en = GPIO_PULLUP_ENABLE,       
        .pull_down_en = GPIO_PULLDOWN_DISABLE,  
        .intr_type = GPIO_INTR_NEGEDGE,         
    };
    gpio_config(&io_config);  

    gpio_install_isr_service(0); 
    gpio_isr_handler_add(GPIO_NUM_11, gpio_isr_handler, NULL);  
}

void app_main(void)
{
    gpio_init();
}

这样的写法，在编译器里是不会报错的，甚至编译烧录都不会出现任何异常，但当我们按下按钮查看监视器时，会发现，芯片并没有正常输出，而是按钮按下一次就重启一次：

这是为什么呢？

这是因为，printf（）本身属于**"阻塞 / 耗时 API"**，咱们一个一个解释。

二、阻塞/耗时API

阻塞API：调用后会让当前任务放弃 CPU 使用权，进入「阻塞状态」，直到满足条件（如超时、信号量可用）才返回，依赖 FreeRTOS 调度器。
耗时API：执行时间长且不确定（毫秒级及以上），会占用 CPU 大量时间，导致中断响应超时或其他紧急事件被阻塞。

这两类API，都是不能直接用在中断函数里的，否则就会出现刚才一直重启的情况。

这里列举了大部分常用的阻塞/耗时API：

2.1 FreeRTOS 核心阻塞 API

2.2 ESP32 外设驱动耗时 / 阻塞 API

2.3 系统 / 文件操作耗时 API

三、正确做法

了解了为什么不能直接将printf（）函数放入中断函数中，现在我们重新编写一段逻辑代码，使其能完成我们的要求：

cpp 复制代码

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

SemaphoreHandle_t gpio_interrupt_sem = NULL;

void IRAM_ATTR gpio_isr_handler(void* arg)
{
    // 给信号量发信号，通知任务处理（ISR版本的信号量API）
    BaseType_t xHigherPriorityTaskWoken = pdFALSE;
    xSemaphoreGiveFromISR(gpio_interrupt_sem, &xHigherPriorityTaskWoken);
    
    // 如果需要切换任务，触发上下文切换
    if(xHigherPriorityTaskWoken) {
        portYIELD_FROM_ISR();
    }
}

void gpio_init(void)
{
    gpio_config_t io_config = {
        .pin_bit_mask = (1ULL << GPIO_NUM_11),
        .mode = GPIO_MODE_INPUT,
        .pull_up_en = GPIO_PULLUP_ENABLE,
        .pull_down_en = GPIO_PULLDOWN_DISABLE,
        .intr_type = GPIO_INTR_NEGEDGE,
    };
    gpio_config(&io_config);
    gpio_install_isr_service(0);
    gpio_isr_handler_add(GPIO_NUM_11, gpio_isr_handler, NULL);
}

void interrupt_process_task(void *arg)
{
    while(1) {
        // 等待信号量（阻塞直到中断触发）
        if(xSemaphoreTake(gpio_interrupt_sem, portMAX_DELAY) == pdTRUE) {
            // 安全打印中断触发信息
            printf("GPIO interrupt triggered! (GPIO%d)\n", GPIO_NUM_11);
            
            // 可选：添加短延时，避免按钮抖动导致多次触发
            vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(200));
        }
    }
}

void app_main(void)
{
    gpio_interrupt_sem = xSemaphoreCreateBinary();
    gpio_init();
    xTaskCreate(
        interrupt_process_task,   // 任务函数
        "interrupt_process",      // 任务名
        2048,                     // 栈大小
        NULL,                     // 任务参数
        1,                        // 优先级
        NULL                      // 任务句柄
    );
}

在这里，我们使用了FreeRTOS中的一个概念：信号量。何为信号？就是一个让不同任务之间相互通讯的信息。

首先来看这一句：

cpp 复制代码

SemaphoreHandle_t gpio_interrupt_sem = NULL;

此处，我们定义了一个信号量的"句柄"，初始化为NULL。

接下来看到app_main()中，我们将信号明确为二进制信号量：

cpp 复制代码

gpio_interrupt_sem = xSemaphoreCreateBinary();

二进制信号量只有两种状态：可用（有信号）和不可用（无信号）。

接下来，来看新的中断函数：

cpp 复制代码

void IRAM_ATTR gpio_isr_handler(void* arg)
{
    // 给信号量发信号，通知任务处理（ISR版本的信号量API）
    BaseType_t xHigherPriorityTaskWoken = pdFALSE;
    xSemaphoreGiveFromISR(gpio_interrupt_sem, &xHigherPriorityTaskWoken);
    
    // 如果需要切换任务，触发上下文切换
    if(xHigherPriorityTaskWoken) {
        portYIELD_FROM_ISR();
    }
}

首先，我们用BaseType_t定义了一个变量，用于标记是否因释放信号量唤醒了更高优先级的任务，若为pdTRUE，则触发上下文切换，让中断处理任务立即执行。这里我们不需要，所以给pdFALSE就可以了。

xSemaphoreGiveFromISR()函数是FreeRTOS专为中断服务程序（ISR）设计的"释放二进制信号量"的函数，它的作用有两个：

把gpio_interrupt_sem指向的二进制信号量从 "不可用（计数值 0）" 改为 "可用（计数值 1）"，让阻塞等待这个信号量的任务能被唤醒；
通过第二个参数&xHigherPriorityTaskWoken，让函数自动标记 "是否因为释放信号量，唤醒了一个比当前 CPU 正在执行的任务优先级更高的任务"，为后续快速切换任务做准备。

执行完这个函数后，gpio_interrupt_sem指向的二进制信号量从"不可用（计数值 0）" 改为 "可用（计数值 1）"，让阻塞等待这个信号量的任务能被唤醒。

最后的if判断是用来判断是否有优先级更高的任务被唤醒，用来切换上下文的。这里我们不需要。

接着来看中断处理任务：

cpp 复制代码

void interrupt_process_task(void *arg)
{
    while(1) {
        // 等待信号量（阻塞直到中断触发）
        if(xSemaphoreTake(gpio_interrupt_sem, portMAX_DELAY) == pdTRUE) {
            // 安全打印中断触发信息
            printf("GPIO interrupt triggered! (GPIO%d)\n", GPIO_NUM_11);
            
            // 可选：添加短延时，避免按钮抖动导致多次触发
            vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(200));
        }
    }
}

我们在这里写了一个死循环，用于一直等待信号量。

xSemaphoreTake（）函数是用来等待信号量发生变化的。第一个参数表明等待的是句柄为gpio_interrupt_sem的信号量，第二个参数表面此任务会无线等待，永不超时。

在这里补充一下其他常用值：

pdMS_TO_TICKS(1000)：等待 1 秒（1000 毫秒），超时后返回pdFALSE，任务继续执行（不会卡死）；
0：不阻塞，立即检查信号量 ------ 有则获取（返回 pdTRUE），无则直接返回 pdFALSE，任务不等待。
portMAX_DELAY：是 FreeRTOS 定义的宏（值为0xffffffff），表示「无限阻塞等待」------ 任务会一直等，直到获取到信号量为止，永不超时。

此函数只会有两个可能的返回值，一个是pdTRUE，成功获取信号量，证明信号量是1（可用状态），执行完成后，此函数会把信号量变为0（不可用）。另一个情况是pdFALSE，获取失败，可能原因有超时或信号量无效。

这里的判断，当信号量从无效变为有效时，执行if里面的语句，同时将信号量变为无效。

在if里，执行我们原来的打印和延时。

最后在主函数中，创建二值信号量、初始化GPIO、创建任务。我们的代码就算是完成了。

这里有一个流程图，大家可以参考一下：

四、查看现象

编译烧录后，打开串口监视器，可以看到每按下一次按钮，正常输出一句文本：