中断结构

  在进行中断相关的程序编写之前，首先需要了解zynq的中断框图。
  这部分内容建议直接看xilinx官方手册ug585的第7章，里面有非常详细的介绍。xilinx文档可以直接用DocNav查看，会很方便。

  从整体框图中可以看到，中断的来源主要分为三个部分，分别是软件中断、私有外设中断和共享外设中断。这里的顺序也是它中断ID编号的顺序，从前往后依次增大，总共有81个中断ID。

  • 软件中断ID 0~15
  • 私有外设中断ID 27 ~ 31，编号 16 ~ 26的ID是保留的
  • 共享外设中断ID 32 ~ 91

  这些中断源送进通用中断控制器（GIC）后再由GIC分配给两个CPU。手册中还有很多关于这三类中断的详细介绍。
  有一个很好的地方是，共享外设中断虽然说是两个CPU共享的，但是只有其中一个CPU会进行处理，而不需要额外的加互斥锁之类的操作。
  比较让我在意的是这里的共享外设中断除了那几个来自PL的中断可以自定义中断的触发类型，而其他的中断都是固定的触发类型。然而我们要用的GPIO中断可能会有不同的应用场景，这要是不能配置触发类型就很奇怪。后来发现这部分是在GPIO相关的寄存器中进行配置的。
  6个ICD ICFR寄存器用来配置不同中断的触发类型，其中SGI和PPI中断的触发类型是固定的，所以是不能改的，寄存器只读。SPI的中断有两种配置选项，高电平触发或者是上升沿触发。
  几个ICD IPTR寄存器用来设置中断目标，除了PPI的中断目标是固定的，SGI和SPI的中断目标都是可以配置的。

MIO中断实现

基本配置

  Vivado的Block Design部分基本不需要什么配置，只要有GPIO就行。硬件上按键引脚上拉，按键按下后变成低电平，设计上采用下降沿触发。实验后发现应该是硬件上自带有消抖的功能，在软件中没有另外进行按键消抖处理也能正常使用。

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#define GPIO_DEVICE_ID  XPAR_XGPIOPS_0_DEVICE_ID
#define INTC_DEVICE_ID  XPAR_SCUGIC_SINGLE_DEVICE_ID
#define GPIO_INTERRUPT_ID XPAR_XGPIOPS_0_INTR

#define KEY_NUMBER 50
#define LED_NUMBER 0

  这个案例中，中断相关的头文件要包含"xgpiops.h"和"xscugic.h"，主要对GPIO和GIC进行配置。宏定义的设备ID用来后面查找设备，这里用到的GPIO的引脚比较少，可以直接对单个引脚进行配置，而不需要对整个GPIO Bank进行配置。

  有些GPIO的函数需要用到Bank号，但只用引脚编号（0-117），就可以不需要用到Bank号，直接对单个IO进行配置。

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static XGpioPs Gpio; /* The Instance of the GPIO Driver */
static XScuGic Intc; /* The Instance of the Interrupt Controller Driver */

  GPIO和GIC的实例是全局唯一的，所以声明为全局变量。

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XGpioPs_Config *ConfigPtr;
int Status;
ConfigPtr = XGpioPs_LookupConfig(DeviceId);
if (ConfigPtr == NULL) {
    return XST_FAILURE;
}
    XGpioPs_CfgInitialize(Gpio, ConfigPtr, ConfigPtr->BaseAddr);
    Status = XGpioPs_SelfTest(Gpio);
    if( Status != XST_SUCCESS ){
        return XST_FAILURE;
}
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XScuGic_Config *IntcConfig;
int Status;
IntcConfig = XScuGic_LookupConfig(INTC_DEVICE_ID);
if (NULL == IntcConfig) {
    return XST_FAILURE;
}
Status = XScuGic_CfgInitialize(GicInstancePtr, IntcConfig,IntcConfig->CpuBaseAddress);
if (Status != XST_SUCCESS) {
    return XST_FAILURE;
}

  GPIO和GIC的初始化是类似的，都是先根据设备ID查找设备，再调用初始化函数。

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XGpioPs_SetDirectionPin(Gpio, KEY_NUMBER, 0);// input
XGpioPs_SetDirectionPin(Gpio, LED_NUMBER, 1);// output
XGpioPs_SetOutputEnablePin(Gpio, LED_NUMBER, 1);
XGpioPs_WritePin(Gpio, LED_NUMBER, 1);// led off

  GPIO口的基本配置，输入输出方向，输出使能，设置输出引脚的初始状态。关于GPIO中断的配置在SetupInterruptSystem函数中实现，在GPIO初始化函数中调用该函数。

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Status = SetupInterruptSystem(Intc, Gpio, GPIO_INTERRUPT_ID);
if (Status != XST_SUCCESS) {
    return XST_FAILURE;
}

中断相关配置

  除了对GIC进行初始化，接着主要就是回调函数的绑定。

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Xil_ExceptionInit();

  中断处理函数都是由这个“异常”来统一管理的，异常不仅限于IRQ中断，还有系统复位、未定义的中断、FIQ等等。这里的Xil_ExceptionInit函数在函数定义的注释里解释了这个没有任何作用，只是为了兼容。

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Xil_ExceptionRegisterHandler(XIL_EXCEPTION_ID_INT, (Xil_ExceptionHandler)XScuGic_InterruptHandler, GicInstancePtr);

  这个函数用来在异常处理向量表汇总注册GIC的中断处理函数。异常总共只有七中，这个异常处理向量表实际上是一个结构体数组，数组中的每个元素是一个结构体，包含异常处理函数的函数指针和这个函数的自变量。

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typedef void (*Xil_ExceptionHandler)(void *data);

  这个函数指针的类型已经有定义，和我以前所遇到的中断服务函数不同，这里的中断服务函数可以由自变量。这个自变量一般就是这个GIC的实例的指针。
  XScuGic_InterruptHandler这个函数也不是我们自己定义的，而是GIC的驱动自带的，那么它完成了什么工作呢？
  它实际上一个管理所有中断处理函数的一个函数，它会根据中断编号，比如GPIO的中断编号是52，根据52它会在HandlerTable中找到相应的中断处理函数进行执行。这里的这个HandlerTable和上面的异常处理向量表类似，也是一个结构体数组，将中断处理函数和自变量一同存储，而这个自变量命名为CallBackRef，一般也就是某个实例的指针。
  为什么经常会看到函数把实例的指针作为参数进行传递？这类似面向对象的思想，实例本身是一个结构体，其中有关于这个实例的所有相关的内容。上面的HandlerTable也可以在GIC的实例中找到，而把实例作为一个参数传给中断处理函数，也使得中断处理函数能更加灵活地对外设进行修改。

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Status = XScuGic_Connect(GicInstancePtr, GpioIntrId, (Xil_ExceptionHandler)XGpioPs_IntrHandler, (void *)Gpio);
if (Status != XST_SUCCESS) {
    return Status;
}

  在HandlerTable中并没有明确相应的中断处理函数，所以我们还要用这个XScuGic_Connect把GPIO的中断处理函数放到HandlerTable中。XGpioPs_IntrHandler是一个GPIO的通用的中断处理函数，它有一个自变量是GPIO的实例，XScuGic_Connect把它和GIC的实例中的HandlerTable进行绑定。

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XGpioPs_SetCallbackHandler(Gpio, (void *)Gpio, IntrHandler);

  然而XGpioPs_IntrHandler也还是GPIO驱动自带的中断服务函数，我们还需要定义一个实际的中断处理函数，用XGpioPs_SetCallbackHandler把XGpioPs_IntrHandler和实际的中断处理函数进行绑定。

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typedef void (*XGpioPs_Handler) (void *CallBackRef, u32 Bank, u32 Status);

  为了实现更加灵活的功能，GPIO对实际的中断服务函数的定义需要按照XGpioPs_Handler这个函数指针的形式来，其中除了CallBackRef，另外对Bank进行了区分，是的GPIO中断在产生时，可以根据不同的bank定义不同的功能。

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static void IntrHandler(void *CallBackRef, u32 Bank, u32 Status)
{
    XGpioPs *Gpio = (XGpioPs *)CallBackRef;
    u32 DataRead;
    DataRead = XGpioPs_ReadPin(Gpio, LED_NUMBER);
    if (DataRead != 0) {
        XGpioPs_WritePin(Gpio, LED_NUMBER, 0);
    }
    else {
        XGpioPs_WritePin(Gpio, LED_NUMBER, 1);
    }
}

  以上是我定义的实际的中断服务函数，实现的是LED在按键后切换状态的功能。因为只有一处GPIO中断，所以没用到这里形参中的Status，如果有多个MIO中断来源，就需要根据Status和Bank进行判断具体是哪个IO口发生了中断。

  实际的配置过程没有顺序要求，但一定要有这三个步骤；GPIO的中断响应过程基本上就是上面右图所示。
最后还有一些中断类型和使能的配置，这些都比较简单就不细说了。

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/* Enable falling edge interrupts for the key pin. */
XGpioPs_SetIntrTypePin(Gpio, KEY_NUMBER, XGPIOPS_IRQ_TYPE_EDGE_FALLING);
/* Enable the GPIO interrupts of key pin. */
XGpioPs_IntrEnablePin(Gpio, KEY_NUMBER);
/* Enable the interrupt for the GPIO device. */
XScuGic_Enable(GicInstancePtr, GpioIntrId);
/* Enable interrupts in the Processor. */
Xil_ExceptionEnableMask(XIL_EXCEPTION_IRQ);

  在设计过程中有时候文件很大找不到函数，可以打开Windows菜单下的Open perspective… 选第一个C/C++，就会有一个Outline的窗口，可以很方便地查看有哪些函数。