描述

用戶指南可以從 GitHub 下載：

用戶指南，外部中斷的可擴展異步處理。

概述

Arduino 微控制器的規(guī)格和功能多種多樣。但該系列的共同點是，這些微控制器提供了一種在外部事件發(fā)生時對其進行處理的方法，這是通過使用中斷來實現(xiàn)的。外部事件可以是任何東西。例如，PIR 的激活、開關(guān)狀態(tài)的改變等。

Arduino 開發(fā)環(huán)境和軟件庫提供了一種方法來設(shè)計和定義最終用戶代碼例程（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，微控制器將停止正在運行的最終用戶代碼的操作，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應(yīng)用程序的一部分。

如果需要一個解決方案來處理多個外部中斷，那么每個中斷都需要定義一個特定的 ISR 來處理相關(guān)的觸發(fā)事件 - 需要設(shè)計 ISR 來處理特定和單獨的要求。此外，ISR 可能會受到虛假觸發(fā)的影響，例如“臟”切換。這通常被稱為“反彈”，是 ISR 設(shè)計需要解決的問題。因此，挑戰(zhàn)在于設(shè)計解決方案，將中斷處理作為整體解決方案的一部分，識別中斷的各種設(shè)置要求以處理此類外部事件。

支持的外部中斷數(shù)量取決于特定的 Arduino 微控制器。因此，為項目選擇微控制器將受到最終用戶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“容器”，可以對其進行配置以滿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代碼添加到該容器中。

該方法將允許按優(yōu)先級順序處理外部中斷（同時觸發(fā)時和實時），但在主處理代碼指示的時間（異步）。也就是說，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) 之外進行操作。

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

MEGA 2560 支持多達六個外部中斷，這些外部中斷可供最終用戶開發(fā)人員輕松訪問，并映射到數(shù)字輸入引腳。然而，該方法很容易擴展以同時使用一個、兩個、三個、...或所有六個外部中斷，使其成為需要多個外部中斷進程和處理的解決方案基礎(chǔ)的理想框架。對于支持超過六個中斷的微控制器，需要對底層框架進行擴展。但是，對于可能開發(fā)的大多數(shù)應(yīng)用程序，認(rèn)為六個中斷的限制不應(yīng)成為限制因素。如果需要更多，則可以通過增加通用 ISR 和相關(guān)數(shù)據(jù)支持結(jié)構(gòu)的數(shù)量來擴展該方法。

異步處理是通過通用中斷處理程序的設(shè)計和實現(xiàn)實現(xiàn)的，并由中斷隊列管理概念支持，該概念提供了將中斷事件與其最終處理分開的方法。

當(dāng)一個外部中斷被觸發(fā)時，它會在 setup() 過程中被映射和建立指定的（通用）ISR。然后，ISR 只會將中斷事件插入中斷隊列，此時不會進行進一步的處理。然而，為了避免虛假/臟中斷的“反彈”，每個 ISR 都包含一個去抖動機制，該機制可以通過配置參數(shù)進行更改。必要時，可以為每個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”。

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

中斷隊列以先進先出 (FIFO) 為基礎(chǔ)進行操作和管理。因此，該方法保留了在現(xiàn)實世界中觸發(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會帶來一些開銷。該方法不適用于具有絕對和關(guān)鍵處理需求的應(yīng)用，其中時序約束至關(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)計要求（目標(biāo)）

在設(shè)計這個框架時，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，為上層的最終用戶應(yīng)用程序代碼提供自由和控制。也就是說，一種解決方案將提供獨立于“捕獲”接收到的中斷及其最終處理的處理

• 無需大量修改即可“插入”的容器

• 可擴展，提供處理多個外部中斷的框架

• 對每個可能的外部中斷都是高度可配置的。例如，如果需要，需要對每個中斷進行不同的配置

• 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，為“臟”切換提供去抖。

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