ARDUINO微控制器外部中斷處理

描述

用戶(hù)指南可以從 GitHub 下載：

用戶(hù)指南，外部中斷的可擴(kuò)展異步處理。

概述

Arduino 微控制器的規(guī)格和功能多種多樣。但該系列的共同點(diǎn)是，這些微控制器提供了一種在外部事件發(fā)生時(shí)對(duì)其進(jìn)行處理的方法，這是通過(guò)使用中斷來(lái)實(shí)現(xiàn)的。外部事件可以是任何東西。例如，PIR 的激活、開(kāi)關(guān)狀態(tài)的改變等。

Arduino 開(kāi)發(fā)環(huán)境和軟件庫(kù)提供了一種方法來(lái)設(shè)計(jì)和定義最終用戶(hù)代碼例程（中斷服務(wù)例程 (ISR)），只要發(fā)生外部中斷，就可以調(diào)用這些例程。當(dāng)觸發(fā)外部中斷時(shí)，微控制器將停止正在運(yùn)行的最終用戶(hù)代碼的操作，并將控制權(quán)傳遞給關(guān)聯(lián)的 ISR，該 ISR 已被定義為最終用戶(hù)應(yīng)用程序的一部分。

如果需要一個(gè)解決方案來(lái)處理多個(gè)外部中斷，那么每個(gè)中斷都需要定義一個(gè)特定的 ISR 來(lái)處理相關(guān)的觸發(fā)事件 - 需要設(shè)計(jì) ISR 來(lái)處理特定和單獨(dú)的要求。此外，ISR 可能會(huì)受到虛假觸發(fā)的影響，例如“臟”切換。這通常被稱(chēng)為“反彈”，是 ISR 設(shè)計(jì)需要解決的問(wèn)題。因此，挑戰(zhàn)在于設(shè)計(jì)解決方案，將中斷處理作為整體解決方案的一部分，識(shí)別中斷的各種設(shè)置要求以處理此類(lèi)外部事件。

支持的外部中斷數(shù)量取決于特定的 Arduino 微控制器。因此，為項(xiàng)目選擇微控制器將受到最終用戶(hù)解決方案所需的外部中斷數(shù)量的影響。

該框架提供了一個(gè)“容器”，可以對(duì)其進(jìn)行配置以滿(mǎn)足外部中斷的任何特定設(shè)置要求，并且可以輕松地將最終用戶(hù)代碼添加到該容器中。

該方法將允許按優(yōu)先級(jí)順序處理外部中斷（同時(shí)觸發(fā)時(shí)和實(shí)時(shí)），但在主處理代碼指示的時(shí)間（異步）。也就是說(shuō)，該方法允許捕獲外部中斷，如觸發(fā)，但在其相關(guān)的中斷服務(wù)例程 (ISR) 之外進(jìn)行操作。

該解決方案是圍繞 ARDUINO MEGA 2560 微控制器開(kāi)發(fā)的，但可以針對(duì)任何數(shù)量的外部中斷直接針對(duì)任何板進(jìn)行修改，直至特定微控制器和此框架設(shè)置的最大限制。

MEGA 2560 支持多達(dá)六個(gè)外部中斷，這些外部中斷可供最終用戶(hù)開(kāi)發(fā)人員輕松訪問(wèn)，并映射到數(shù)字輸入引腳。然而，該方法很容易擴(kuò)展以同時(shí)使用一個(gè)、兩個(gè)、三個(gè)、...或所有六個(gè)外部中斷，使其成為需要多個(gè)外部中斷進(jìn)程和處理的解決方案基礎(chǔ)的理想框架。對(duì)于支持超過(guò)六個(gè)中斷的微控制器，需要對(duì)底層框架進(jìn)行擴(kuò)展。但是，對(duì)于可能開(kāi)發(fā)的大多數(shù)應(yīng)用程序，認(rèn)為六個(gè)中斷的限制不應(yīng)成為限制因素。如果需要更多，則可以通過(guò)增加通用 ISR 和相關(guān)數(shù)據(jù)支持結(jié)構(gòu)的數(shù)量來(lái)擴(kuò)展該方法。

異步處理是通過(guò)通用中斷處理程序的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)的，并由中斷隊(duì)列管理概念支持，該概念提供了將中斷事件與其最終處理分開(kāi)的方法。

當(dāng)一個(gè)外部中斷被觸發(fā)時(shí)，它會(huì)在 setup() 過(guò)程中被映射和建立指定的（通用）ISR。然后，ISR 只會(huì)將中斷事件插入中斷隊(duì)列，此時(shí)不會(huì)進(jìn)行進(jìn)一步的處理。然而，為了避免虛假/臟中斷的“反彈”，每個(gè) ISR 都包含一個(gè)去抖動(dòng)機(jī)制，該機(jī)制可以通過(guò)配置參數(shù)進(jìn)行更改。必要時(shí)，可以為每個(gè)映射的外部中斷定義不同的中斷“反彈”值，以反映觸發(fā)電路的“清潔度”。

如果同時(shí)觸發(fā)多個(gè)外部中斷，則 ARDUINO 微控制器將按照微控制器規(guī)范確定的定義優(yōu)先級(jí)順序“觸發(fā)”它們各自的 ISR。

中斷隊(duì)列以先進(jìn)先出 (FIFO) 為基礎(chǔ)進(jìn)行操作和管理。因此，該方法保留了在現(xiàn)實(shí)世界中觸發(fā)外部中斷的順序。

然而，如預(yù)期的那樣，異步中斷處理這樣的方法確實(shí)會(huì)帶來(lái)一些開(kāi)銷(xiāo)。該方法不適用于具有絕對(duì)和關(guān)鍵處理需求的應(yīng)用，其中時(shí)序約束至關(guān)重要；這是一種適用于許多非關(guān)鍵解決方案的方法。

設(shè)計(jì)要求（目標(biāo)）

在設(shè)計(jì)這個(gè)框架時(shí)，設(shè)定了許多目標(biāo)，這些目標(biāo)是為外部中斷處理提供一個(gè)解決方案：

• 將發(fā)生的外部中斷事件與其發(fā)生的處理分離，為上層的最終用戶(hù)應(yīng)用程序代碼提供自由和控制。也就是說(shuō)，一種解決方案將提供獨(dú)立于“捕獲”接收到的中斷及其最終處理的處理

• 無(wú)需大量修改即可“插入”的容器

• 可擴(kuò)展，提供處理多個(gè)外部中斷的框架

• 對(duì)每個(gè)可能的外部中斷都是高度可配置的。例如，如果需要，需要對(duì)每個(gè)中斷進(jìn)行不同的配置

• 可以在繼續(xù)處理之前支持唯一或非唯一外部中斷事件捕獲/記錄

• 考慮到虛假中斷。也就是說(shuō)，為“臟”切換提供去抖。

該框架的功能主要如上所述。然而，一個(gè)有趣的特性是它能夠允許外部中斷是“唯一的”或“非唯一的”。這里不再贅述這個(gè)特性，而是將那些對(duì)框架感興趣的人參考用戶(hù)指南，在那里可以找到更完整的描述（參見(jiàn)用戶(hù)指南，外部中斷的可擴(kuò)展異步處理）。