Использование прерываний в модуле ESP32

Автор записи Автор: admin-new
Дата записи 05.09.2022
14 комментариев к записи Использование прерываний в модуле ESP32

Прерывания используются для обработки событий, которые не происходят во время «нормального» функционирования программы, эти события происходят при срабатывании каких-нибудь триггеров. К примеру, в программе мигания светодиодом микроконтроллер исполняет команды последовательно, одну за другой. Но если мы хотим проконтролировать состояние светодиода в произвольный момент времени, это можно сделать только после того как все операции перед командой проверки будут выполнены, то есть это уже будет не в «реальном времени». Для решения подобных проблем и приходят на помощь прерывания. При использовании прерываний у нас нет необходимости непрерывно проверять состояние цифрового контакта микроконтроллера. При срабатывании прерывания микроконтроллер останавливает выполнение основной программы и вызывается функция/процедура обработки прерывания (Interrupt Service Routine, ISR). После выполнения всех команд внутри этой функции микроконтроллер возвращается к выполнению основной программы.

Модуль ESP32 имеет 32 прерывания на каждое ядро. Каждое прерывание имеет определенный уровень приоритета, большинство (но не все) прерывания подключены к мультиплексору прерываний. В связи с тем, что источников прерываний больше чем самих прерываний, некоторые прерывания делят общие источники прерываний.

Ранее на нашем сайте мы уже рассматривали практическое использование прерываний в модуле ESP32 в статье про использование спящих режимов в нем, в этой же статье мы рассмотрим общие принципы использования прерываний в данном модуле.

Типы прерываний в модуле ESP32

Основная классификация прерываний в модуле ESP32 разделяет их по источникам прерываний. Таким образом, можно выделить аппаратные и программные прерывания.

Внешние или аппаратные прерывания

Внешние прерывания срабатывают как отклик на какое внешнее аппаратное событие. Например, существует прерывание прикосновения (Touch Interrupt), которое срабатывает при обнаружении прикосновения. Также в эту категорию попадают и прерывания, срабатывающие при изменении состояния контактов ввода/вывода (GPIO) микроконтроллера.

Программные прерывания

Эти прерывания формируются при работе программы. Их типовым примером являются прерывания от таймеров. Более подробно эти прерывания рассмотрены в статье про таймеры в модуле ESP32.

Часто задаваемые вопросы про прерывания в модуле ESP32

Сколько прерываний может обрабатывать модуль ESP32?
Модуль ESP32 может обрабатывать до 32 прерываний на каждое ядро.

Как использовать внешние прерывания в модуле ESP32?
Для этого вам необходимо прикрепить (attach) один из доступных цифровых контактов к этому прерыванию и назначить для этого прерывания функцию его обработки (ISR) с помощью функции attachInterrupt.

Какие контакты модуля ESP32 поддерживают обработку внешних прерываний?
Это могут делать все контакты модуля ESP32, а 10 из этих контактов поддерживают обработку прерываний прикосновения (touch interrupt) – их называют сенсорными входами.

Какие режимы прерываний поддерживает модуль ESP32?
Модуль ESP32 поддерживает 5 типов следующих прерываний: LOW, HIGH, CHANGE, FALLING и RISING.

Аппаратные прерывания в модуле ESP32

Все контакты ввода/вывода (GPIO pins) модуля ESP32 мы можем использовать в качестве источников внешних прерываний. Для этого нужно прикрепить контакт в обработке прерывания и назначить ему функцию обработки прерывания. Сделать это можно с помощью функции attachInterrupt(), которая имеет следующий формат:

attachInterrupt(GPIOpin, ISR, Event);

1	attachInterrupt(GPIOpin, ISR, Event);

Функция attachInterrupt() имеет три аргумента:

GPIOpin – это номер контакта, к которому мы прикрепляем прерывание.
ISR – это имя функции, которая будет вызываться при срабатывании прерывания.
Event – событие, в результате которого прерывание наступает (срабатывает).
В модуле ESP32 возможно пять типов таких событий:

— LOW: прерывание срабатывает когда контакт находится в состоянии LOW;

— HIGH: прерывание срабатывает когда контакт находится в состоянии HIGH;

— CHANGE: прерывание срабатывает когда состояние контакта изменяется, с HIGH на LOW или с LOW на HIGH;

— FALLING: прерывание срабатывает когда состояние контакта изменяется с HIGH на LOW;

— RISING: прерывание срабатывает когда состояние контакта изменяется с LOW на HIGH.

К примеру, чтобы использовать прерывание, которое будет срабатывать при изменении состояния 4-го контакта (GPIO4), мы можем использовать команду вида:

attachInterrupt(4, ISR, CHANGE);

1	attachInterrupt(4, ISR, CHANGE);

Как отключить прерывание

В некоторых случаях бывает необходимо временно отключить обработку прерываний. Для этого можно использовать функцию detachInterrupt. Аргументом данной функции является номер контакта, на котором нужно отключить обработку прерывания. Функция detachInterrupt отключает обработку прерывания на указанном контакте до тех пор пока на нем не будет снова вызвана функция attachInterrupt, либо система перезагрузится. Синтаксис этой функции следующий:

detachInterrupt(GPIOPin);

1	detachInterrupt(GPIOPin);

Функция (процедура) обработки прерывания (ISR)

Эта функция будет вызываться при срабатывании определенного прерывания. Ее синтаксис выглядит следующим образом:

void IRAM_ATTR ISR() {
    Statements;
}

void IRAM_ATTR ISR() {

Statements;

}

Здесь ISR() – имя функции, а statements – это операции, которые выполняются при вызове данной функции. Поскольку функция (процедура) обработки прерывания блокирует выполнение основной программы рекомендуется чтобы ее тело было как можно более коротким, то есть чтобы функция выполнялась максимально быстро. Параметр IRAM_ATTR перед именем функции (ISR) гарантирует что она будет помещена в память IRAM, а не во флэш-память модуля ESP32. Благодаря этому повысится скорость загрузки данной функции.

Пример работы с аппаратным прерыванием – включение/выключение светодиода

В данном примере мы будем включать и выключать светодиод при нажатии кнопки. Для этого мы будем использовать обработку прерывания на контакте, к которому подключена кнопка. Для этого соберите схему проекта, показанную на следующем рисунке.

Внешний вид собранной на макетной плате конструкции проекта показан на следующем рисунке.

Код программы для данного примера обработки прерывания будет следующим:

#define pushButton_pin   33
#define LED_pin   32
void IRAM_ATTR toggleLED()
{
  digitalWrite(LED_pin, !digitalRead(LED_pin));
}
void setup()
{
  pinMode(LED_pin, OUTPUT);
  pinMode(pushButton_pin, INPUT_PULLUP);
  attachInterrupt(pushButton_pin, toggleLED, RISING);
} 
void loop()
{
}

#define pushButton_pin 33

#define LED_pin 32

void IRAM_ATTR toggleLED()

{

digitalWrite(LED_pin, !digitalRead(LED_pin));

}

void setup()

{

pinMode(LED_pin, OUTPUT);

pinMode(pushButton_pin, INPUT_PULLUP);

attachInterrupt(pushButton_pin, toggleLED, RISING);

}

void loop()

{

}

При нажатии кнопки в схеме нашего проекта уровень напряжения на контакте GPIO33 модуля ESP32 будет падать до 0V. При отпускании кнопки уровень напряжения на нем будет снова возрастать до VCC. При повышении уровня напряжения (rising) будет срабатывать прерывание на контакте GPIO33, в результате чего будет вызываться функция обработки прерывания toggleLED(). Поскольку данная функция будет вызываться у нас только при повышении уровня напряжения на контакте, то проблемы дребезга контактов кнопки не возникает.

https://circuitdigest.com/sites/default/files/other/ESP32-Interrupt-LED-Blinking.mp4

Прерывания прикосновения в ESP32

Аналогично обычным прерываниям на контактах ввода/вывода (GPIO) модуль ESP32 может обрабатывать прерывания прикосновения (touch Interrupt) на своих 10 сенсорных входах (touch inputs). Для их использования также необходимо применять функцию touchAttachInterrupt, ее синтаксис в данном случае выглядит следующим образом:

touchAttachInterrupt(GPIOPin, ISR, Threshold)

1	touchAttachInterrupt(GPIOPin, ISR, Threshold)

Здесь GPIOPin – это номер контакта, который поддерживает обработку прерываний прикосновения, ISR – имя функции для обработки прерывания, Threshold – значение прикосновения (touch value), при котором прерывание будет срабатывать. Во всем остальном работа с данными прерываниями аналогична работе с обычными аппаратными прерываниями в модуле ESP32.

Необходимые файлы для рассмотренного проекта можно скачать по следующей ссылке.

Источник статьи

Метки ESP32, прерывания

14 ответов к “Использование прерываний в модуле ESP32”

Добрый день! Подскажите, у меня прерывание включается по фронту RISING. Но как я понимаю, если сигнал остается и далее высоким на ноге прерывания, после обработки прерывания, программа должна продолжиться, у меня не хочет. Выполняется если вновь сигнал уходит в ноль. В чем может быть проблема?

Добрый вечер. Ну может быть вы в функции обработки прерывания меняете значение какой-нибудь переменной, а в основной программе у вас стоит условие с этой переменной, в результате условие не выполняется и программа дальше не работает. После обработки прерывания управление должно передаваться в основную программу независимо от того по какому уровню происходит срабатывание прерывания. Или у вас в функции обработки прерывания происходит какое нибудь зацикливание, в результате чего выход из этой функции у вас просто не происходит.
Я бы советовал вам добавить в программу вывод в монитор последовательного порта значений переменных, которые каким либо образом связаны с обработкой прерывания. Можно даже выводить состояние контакта, на котором вы обрабатываете прерывание. Может быть, вы как то неправильно судите об истинном состоянии этого контакта.

Спасибо за ответ. Попробуйте на Вашем примере с кнопкой, нажать кнопку, включите диод по прерыванию на 3 секунды(например) и удерживая кнопку выйти из обработки прерывания тем самым отклюить диод. У меня примерно такая ситуация с меткой на упаковочной бумаге.

Успехов вам. Будем надеяться что у вас все получится

Привет! А если нужно знать, rising или falling и дублировать состояние на другой пин, потребуется два прерывания на пин? В change нет варианта узнать, в какую он сторону, этот change?
Задача — в некоторых ситуациях повторять все, что приходит на пин Х, в виде похожего на uart/tx протокола, на пине У.

Добрый день. Да, чтобы обрабатывать rising или falling потребуется два прерывания на пин. При использовании change если вы знаете начальное состояние контакта, то с помощью дополнительно введенной переменной вы сможете легко следить за тем каким становится состояние контакта при срабатывании change.

Здравствуйте. Не подскажете, в чем может быть проблема. ESP32.
описываем прерывание на 12 ноге attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(12), prerivanie, RISING);
само прерывание void prerivanie() { код исправно включает/гасит по кнопке на 12 ноге диод }, но вот вывод на индикатор 1602 в прерывании никак не происходит и измененные переменные из прерывания в основную программу не попадают . Подозреваю что вывод на индикатор не идет, потому что использую библиотеку LiquidCrystal_I2C переменные которой не заявлены как volatile, но другие переменные-то заявлены.
При попытке записать void IRAM_ATTR prerivanie() или же void ICACHE_RAM_ATTR prerivanie() выскакивает ошибка «void ICACHE_RAM_ATTR prerivanie()». Ошибка исчезает, если void prerivanie() разместить перед void setup(), хотя разницы быть не должно.
Чем не нравятся IRAM_ATTR / ICACHE_RAM_ATTR и почему внутри прерывания не работает вывод на индикатор??

Добрый день.
IRAM_ATTR prerivanie() и ICACHE_RAM_ATTR prerivanie() — для простых функций разницы нет стоят ли они перед void setup() или после нее, но здесь же вы хотите закэшировать функцию в оперативной памяти модуля чтобы она быстрее исполнялась, поэтому, наверное, для таких функций есть разница где их размещать.
Не работает вывод на индикатор, скорее всего, из-за переменных, как вы сами указали. Вы каким образом это делаете? Можете скопировать сюда кусок кода (но не весь, код может обрезаться в комментариях), я попробую посмотреть. И можете ли вы задать эти переменные через define? Иногда это помогает

При нажатии кнопки вход в прерывание получается, светодиод включается-гснет, но индикатор не реагирует и переменная Knopka не меняется. Хотя Knopka обявлена volatile.
#include
#include
LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 16, 2); // Set the LCD address to 0x27 for a 16 chars and 2 line display
volatile uint8_t Knopka;
volatile uint8_t a=0;
// ========================== ПРЕРЫВАНИЕ ===============================================
void ICACHE_RAM_ATTR prerivanie() // мигать светодиодом при каждом нажатии
//void IRAM_ATTR prerivanie()
{
if(a == HIGH) a = LOW;
else a = HIGH;
digitalWrite(13, a); // зажигать-гасить диод
lcd.setCursor(9,0); lcd.print(«99999»); // вывести просто так
lcd.setCursor(9,0); lcd.print(a); // вывести меняющуюся от кнопки переменную
Knopka = 5;
} // КОНЕЦ ПРЕРЫВАНИЯ
// ========================== SETUP ===============================================
void setup()
{
lcd.begin();// initialize the LCD
lcd.backlight(); // Turn on the blacklight and print a message.
pinMode(12, INPUT_PULLDOWN); // кнопка
pinMode(13, OUTPUT); // светодиод
attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(12), prerivanie, RISING); // инициализация прерывания
//digitalPinToInterrupt
}
// ====================== LOOP ===========================================================
void loop()
{
lcd.setCursor(3,0); lcd.print(a);
lcd.setCursor(3,1); lcd.print(Knopka);
delay(500);
}

У вас начальное состояние переменной Knopka не задано и вы ее как то немного странно используете в прерывании, на мой взгляд. А попробуйте ее значение в прерывании и в основном цикле выводить в окно монитора последовательной связи. Посмотрите меняется она или нет

Спасибо. Вывел в монитор. Обе переменные внутри прерывания меняются, но из прерывания выходят нулевыми. И выводятся в монитор попарно, а когда заканчивается прерывание выскакивает в мон итор странная таблица с еще более странным «Гуру медитации»:

Guru Meditation Error: Core 0 panic’ed (LoadProhibited). Exception was unhandled.
Core 0 register dump:
PC : 0x4008cf7f PS : 0x00060d33 A0 : 0x8008c453 A1 : 0x3ffbd0b0
A2 : 0x3ffbc7cc A3 : 0x3ffbd238 A4 : 0x00000001 A5 : 0x00000001
A6 : 0x00060d23 A7 : 0x00000000 A8 : 0x00000000 A9 : 0x3ffbc7cc
A10 : 0x3ffb8074 A11 : 0x00060023 A12 : 0x00060021 A13 : 0x00000020
A14 : 0x00000020 A15 : 0x3ffbca40 SAR : 0x00000000 EXCCAUSE: 0x0000001c
EXCVADDR: 0x00000004 LBEG : 0x40088700 LEND : 0x4008871c LCOUNT : 0x00000000

ELF file SHA256: 0000000000000000

Backtrace: 0x4008cf7f:0x3ffbd0b0 0x4008c450:0x3ffbd0d0 0x4008ad9f:0x3ffbd0f0 0x4008ae2d:0x3ffbd110 0x4008cac2:0x3ffbd130 0x4008cba3:0x3ffbd170 0x4008a661:0x3ffbd1a0

Rebooting…
0Q⸮0q⸮q1)f!G⸮⸮⸮=
Y
⸮n⸮0: 0
0: 0

Exception was unhandled — это сообщение свидетельствует о том, что прерывание было не обработано. Я бы посоветовал вам начать с более простой схемы и добиться того чтобы такое сообщение у вас не появлялось. А потом постепенно усложнять схему и программу.
Может быть, вам стоит попробовать использовать функцию обработки прерывания без ICACHE_RAM_ATTR. Также я бы сократил код внутри функции обработки прерывания — золотым стандартом является то, чтобы делать эти функции максимально короткими. У вас сейчас внутри этой функции стоит вывод значений на экран монитора, а это достаточно медленная операция и не очень хорошо для функции обработки прерывания. Я бы просто внутри этой функции менял бы переменную, которая отвечает за вывод той или иной информации на экран дисплея, а сам вывод на экран дисплея осуществлял бы в основном цикле программы

Первая статья, где все разжевали и положили в рот!
Браво!!!
Огромное спасибо!
Может быт теперь разберусь почему я не могу получить хоть какие то данные с модуля Rx008B.
Пишите, пишите пожалуйста побольше таких статей и столь же подробно.
Спасибо !

Спасибо что оценили мой труд. Постараюсь. И вам успехов в освоении микроконтроллеров