痞子衡嵌入式：聊聊i.MXRT1170雙核下不同GPIO組的訪問以及中斷設計

2022 年 8 月 12 日
筆記
D2.單片機i.MXRT-CM7

　　大家好，我是痞子衡，是正經搞技術的痞子。今天痞子衡給大家介紹的是i.MXRT1170雙核下不同GPIO組的訪問以及中斷設計。

　　在雙核 i.MXRT1170 下設計應用程式，有一個比較重要的考慮點是片內外設資源共享以及任務分配問題，同樣一個任務既可以放在默認主核 CM7 下做，也可以放在默認從核 CM4 下去完成。如果這個任務跟片內外設有關，那就得考慮該外設是否在兩個核下設計與使用一致，這樣任務才可以在兩個核下隨意切換，這在項目開始前必須要調研清楚。

　　今天痞子衡和大家聊一聊 i.MXRT1170 的 GPIO 外設使用在兩個核下有什麼異同以及注意點，在正文開始之前，建議大家先瀏覽一下痞子衡之前寫的關於 GPIO 的兩篇文章：《以i.MXRT1xxx的GPIO模組為例談談中斷處理函數(IRQHandler)的標準流程》、《聊聊i.MXRT1xxx上的普通GPIO與高速GPIO差異及其用法》。

Note：本文內容雖以 i.MXRT1170 為例，但同樣適用 i.MXRT1160。

一、從引腳看GPIO分組

　　先聊聊 GPIO 分組，目前 i.MXRT1170 晶片封裝主要是 BGA289，除去電源、地、時鐘、專用外設引腳外，可用作通用 I/O 的引腳剩下 174 個，而晶片內部 GPIO 模組多達 16 個（GPIO1-13、CM7_GPIO2-3），顯然 GPIO 模組太富裕了，顯得硬體 I/O 引腳資源有點緊張，所以避不可免地多個 GPIO 模組要復用硬體 I/O 引腳，復用關係如下：

- GPIO1 與 GPIO7 復用同一組 I/O 引腳，共 32 個 pin。
- GPIO2 與 GPIO8 以及 CM7_GPIO2 復用同一組 I/O 引腳，共 32 個 pin。
- GPIO3 與 GPIO9 以及 CM7_GPIO3 復用同一組 I/O 引腳，共 32 個 pin。
- GPIO4 與 GPIO10 復用同一組 I/O 引腳，共 32 個 pin。
- GPIO5 與 GPIO11 復用同一組 I/O 引腳，共 17 個 pin。
- GPIO6 與 GPIO12 復用同一組 I/O 引腳，共 16 個 pin。
- GPIO13 獨享一組 I/O 引腳，共 13 個 pin。

　　下圖是 i.MXRT1170 GPIO 相關的 Pinmux 表，其中 GPIO1-6、GPIO13 主要在 Alt5 選項里，GPIO7-12 主要在 Alt10 選項里，並且大部分 I/O 引腳默認功能就是 GPIO（見表中 DEF 一欄）。此外表中並未看到 CM7_GPIO2-3 選項，這是因為其和 GPIO2-3 共用了 Alt5 選項（需進一步通過 IOMUXC_GPR->GPR40-43 暫存器設置）。

二、關於GPIO外設訪問

　　知道了 GPIO 分組以及 I/O 引腳復用情況，那麼這些 GPIO 模組是否可以被 i.MXRT1170 兩個核（CM7/CM4）對等訪問呢？我們用官方常式 \SDK_2.11.1_MIMXRT1170-EVK\boards\evkmimxrt1170\driver_examples\gpio\led_output 來做測試，這個常式操作的是 MIMXRT1170-EVK 板卡上用於連接 LED 燈的引腳 GPIO_AD_04，從上一節里我們得知這個 I/O 引腳可被用作 GPIO3[3]、CM7_GPIO3[3]、GPIO9[3]，因此我們編寫了如下三個相應的 gpio 翻轉測試函數：

gpio_pin_config_t s_ledConfig = {kGPIO_DigitalOutput, 0, kGPIO_NoIntmode};

void toggle_gpio3_3(void)
{
    CLOCK_EnableClock(kCLOCK_Iomuxc);
    IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_GPIO_AD_04_GPIO_MUX3_IO03, 0U);
    IOMUXC_GPR->GPR42 &= ~(1u << 3);
    GPIO_PinInit(GPIO3, 3, &s_ledConfig);
    while(1)
    {
        SDK_DelayAtLeastUs(100000, SDK_DEVICE_MAXIMUM_CPU_CLOCK_FREQUENCY);
        GPIO_PortToggle(GPIO3, 1u << 3);
    }
}

void toggle_cm7_gpio3_3(void)
{
    CLOCK_EnableClock(kCLOCK_Iomuxc);
    IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_GPIO_AD_04_GPIO_MUX3_IO03, 0U);
    IOMUXC_GPR->GPR42 |= (1u << 3);
    GPIO_PinInit(CM7_GPIO3, 3, &s_ledConfig);
    while(1)
    {
        SDK_DelayAtLeastUs(100000, SDK_DEVICE_MAXIMUM_CPU_CLOCK_FREQUENCY);
        GPIO_PortToggle(CM7_GPIO3, 1u << 3);
    }
}

void toggle_gpio9_3(void)
{
    CLOCK_EnableClock(kCLOCK_Iomuxc);
    IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_GPIO_AD_04_GPIO9_IO03, 0U);
    GPIO_PinInit(GPIO9, 3, &s_ledConfig);
    while(1)
    {
        SDK_DelayAtLeastUs(100000, SDK_DEVICE_MAXIMUM_CPU_CLOCK_FREQUENCY);
        GPIO_PortToggle(GPIO9, 1u << 3);
    }
}

　　我們把上面三個函數分別加到兩個核下的 led_output 工程主函數里，並且在板卡上實測，結果如下表。據此進一步擴展結論，除了 CM7_GPIO2-3 無法在 CM4 內核下被訪問外，其餘 GPIO1-13 在兩個核下都能被正常訪問。

Note：在 CM4 系統地址映射里，CM7_GPIO2_BASE 0x42008000u、CM7_GPIO3_BASE 0x4200C000u 地址都是不可訪問狀態。

測試函數	cm7下	cm4下
toggle_gpio3_3	正常工作，LED閃爍	正常工作，LED閃爍
toggle_cm7_gpio3_3	正常工作，LED閃爍	異常跑飛
toggle_gpio9_3	正常工作，LED閃爍	正常工作，LED閃爍

三、關於GPIO中斷設計

　　除了 GPIO 外設一般暫存器訪問之外，GPIO 中斷方面是不是在 i.MXRT1170 兩個核（CM7/CM4）下設計也一致呢？這得對比 MIMXRT1176_cm7.h 和 MIMXRT1176_cm4.h 頭文件里關於 IRQn_Type 的定義，痞子衡將相同項去掉了，只保留差異項的定義對比如下（GPIO 相關的全部保留了）：

　　大部分外設中斷號定義在兩個核下都是一致的，這意味著 i.MXRT1170 兩個核設計上其實是對等關係。但是 GPIO 中斷這裡確實是有不小的區別的：

- GPIO1-5、GPIO13 中斷在兩個核下定義一致
- GPIO6、CM7_GPIO2-3 中斷僅在 CM7 核下有定義
- GPIO7-12 中斷僅在 CM4 核下有定義

　　繼續以上一節操作的 MIMXRT1170-EVK 板卡上用於連接 LED 燈的引腳 GPIO_AD_04 為例測試其中斷情況，編寫了相關中斷配置使能函數如下：

gpio_pin_config_t s_ledConfig = {kGPIO_DigitalInput, 0, kGPIO_IntRisingEdge};

void GPIO3_Combined_0_15_IRQHandler(void)
{
    GPIO_PortClearInterruptFlags(GPIO3, 1U << 3);
    SDK_ISR_EXIT_BARRIER;
}

void config_irq_gpio3_3(void)
{
    CLOCK_EnableClock(kCLOCK_Iomuxc);
    IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_GPIO_AD_04_GPIO_MUX3_IO03, 0U);
    IOMUXC_GPR->GPR42 &= ~(1u << 3);
    NVIC_EnableIRQ(GPIO3_Combined_0_15_IRQn);
    GPIO_PinInit(GPIO3, 3, &s_ledConfig);
    GPIO_PortEnableInterrupts(GPIO3, 1U << 3);
}

void CM7_GPIO2_3_IRQHandler(void)
{
    GPIO_PortClearInterruptFlags(CM7_GPIO3, 1U << 3);
    SDK_ISR_EXIT_BARRIER;
}

void config_irq_cm7_gpio3_3(void)
{
    CLOCK_EnableClock(kCLOCK_Iomuxc);
    IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_GPIO_AD_04_GPIO_MUX3_IO03, 0U);
    IOMUXC_GPR->GPR42 |= (1u << 3);
    NVIC_EnableIRQ(CM7_GPIO2_3_IRQn);
    GPIO_PinInit(CM7_GPIO3, 3, &s_ledConfig);
    GPIO_PortEnableInterrupts(CM7_GPIO3, 1U << 3);
}

void GPIO7_8_9_10_11_IRQHandler(void)
{
    GPIO_PortClearInterruptFlags(GPIO9, 1U << 3);
    SDK_ISR_EXIT_BARRIER;
}

void config_irq_gpio9_3(void)
{
    CLOCK_EnableClock(kCLOCK_Iomuxc);
    IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_GPIO_AD_04_GPIO9_IO03, 0U);
    NVIC_EnableIRQ(GPIO7_8_9_10_11_IRQn);
    GPIO_PinInit(GPIO9, 3, &s_ledConfig);
    GPIO_PortEnableInterrupts(GPIO9, 1U << 3);
}

　　我們把上面三個 config 函數分別加到兩個核下的 led_output 工程主函數里，並且在板卡上實測，可以使用外部高電平強加到 GPIO_AD_04 引腳（R1855 電阻一端），然後再移除高電平以造出輸入電平翻轉，測試結果如下表。據此進一步擴展結論，如果希望雙核下得到一致的 GPIO 使用體驗，建議選擇 GPIO1-5、GPIO13。

測試函數	cm7下	cm4下
config_irq_gpio3_3	中斷正常觸發	中斷正常觸發
config_irq_cm7_gpio3_3	中斷正常觸發	/
config_irq_gpio9_3	/	中斷正常觸發

　　至此，i.MXRT1170雙核下不同GPIO組的訪問以及中斷設計痞子衡便介紹完畢了，掌聲在哪裡~~~

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