中断分配

概述

ESP32 有两个核，每个核有 32 个中断。每个中断都有一个确定的优先级别，大多数中断（但不是全部）都连接到中断矩阵。

由于中断源数量多于中断，有时多个驱动程序可以共用一个中断。esp_intr_alloc() 抽象隐藏了这些实现细节。

驱动程序可以通过调用 esp_intr_alloc()，或 esp_intr_alloc_intrstatus() 为某个外设分配中断。通过向此函数传递 flag，可以指定中断类型、优先级和触发方式。然后，中断分配代码会找到适用的中断，使用中断矩阵将其连接到外设，并为其安装给定的中断处理程序和 ISR。

中断分配器提供两种不同的中断类型：共享中断和非共享中断，这两种中断需要不同处理方式。非共享中断在每次调用 esp_intr_alloc() 时，都会分配一个单独的中断，该中断仅用于与其相连的外设，只调用一个 ISR。共享中断则可以由多个外设触发，当其中一个外设发出中断信号时，会调用多个 ISR。因此，针对共享中断的 ISR 应检查对应外设的中断状态，以确定是否需要采取任何操作。

非共享中断可由电平或边缘触发。共享中断只能由电平触发，因为使用边缘触发可能会错过中断。

要解释为什么共享中断只能由电平触发，以外设 A 和外设 B 共用一个边缘触发中断为例进行说明：当外设 B 触发中断时，会将其中断信号设置为高电平，产生一个从低到高的边缘，进而锁存 CPU 中断位，并触发 ISR。接着，ISR 开始执行，检查到此时外设 A 没有触发中断，于是继续处理外设 B 的中断信号，最后将外设 B 的中断状态清除。最后，CPU 会在 ISR 返回之前清除中断位锁存器。因此在整个中断处理过程中，如果外设 A 触发了中断，该中断会因 CPU 清除中断位锁存器而丢失。

多核问题

可以生成中断的外设包括以下两种类型：

• 外部外设，属于 ESP32，但不属于 Xtensa 核。大多数 ESP32 外设都属于此类型。

• 内部外设，是 Xtensa CPU 的一部分。

这两种外设的中断处理略有不同。

内部外设中断

每个 Xtensa CPU 核都有六个内部外设：

• 三个定时器比较器

• 一个性能监视器

• 两个软件中断

内部中断源在 esp_intr_alloc.h 中定义为 ETS_INTERNAL_*_INTR_SOURCE。

这些外设只能通过关联的内核进行配置。在生成中断时，它们生成的中断被硬连线到关联的内核上，例如，一个内核的内部定时器比较器不能生成另一个内核上的中断。因此，这些中断源只能通过在特定内核上运行任务来进行管理。内部中断源仍然可用 esp_intr_alloc() 正常分配，但不能共用，而且始终具有固定的中断级别（即与外设关联的硬件级别）。

外部外设中断

剩余的中断源来自外部外设，在 soc/soc.h 中定义为 ETS_*_INTR_SOURCE。

两个 CPU 的非内部中断源槽都与中断矩阵相连，可以将任何外部中断源发送到这些中断槽中。

• 外部中断会始终被分配到执行该分配的内核上。

• 释放外部中断必须在分配该中断的内核上进行。

• 允许从另一个内核禁用和启用外部中断。

• 多个外部中断源可以通过向 esp_intr_alloc() 发送 ESP_INTR_FLAG_SHARED flag 来共享一个中断槽。

须注意从未关联到内核的任务中调用 esp_intr_alloc() 的情况。在任务切换期间，这些任务可能在不同内核之间进行迁移，因此无法确定中断分配到了哪个 CPU，给释放中断句柄造成困难，也可能引起调试问题。建议使用特定 CoreID 参数的 xTaskCreatePinnedToCore() 来创建中断分配任务，这对于内部中断源而言是必要的。

IRAM-safe 中断处理程序

ESP_INTR_FLAG_IRAM flag 注册的中断处理程序始终在 IRAM（并从 DRAM 读取其所有数据）中运行，因此在擦除和写入 flash 时无需禁用。

这对于需要保证最小执行延迟的中断来说非常有用，因为 flash 写入和擦除操作可能很慢（擦除可能需要数十毫秒或数百毫秒才能完成）。

如果中断被频繁调用，可以将中断处理程序保留在 IRAM 中，避免 flash cache 丢失。

有关更多详细信息，请参阅 SPI flash API 相关文档。

多个处理程序共用一个中断源

如果用 ESP_INTR_FLAG_SHARED flag 分配所有处理程序，可能将多个处理程序分配给同一个源。这些程序会被分配给与源关联的中断，并在源可用时按顺序调用。处理程序可以单独禁用和释放。如果启用了一个或多个处理程序，则会将源关联到中断（启用），否则会取消关联。禁用的处理程序永远不会被调用，但是只要启用了源的任何一个处理程序，这个源仍然能被触发。

关联到非共享中断的源不支持此功能。

默认情况下，指定 ESP_INTR_FLAG_SHARED flag 时，中断分配器仅分配优先级为 1 的中断。可以使用 ESP_INTR_FLAG_SHARED | ESP_INTR_FLAG_LOWMED 允许分配优先级为 2 和 3 的共享中断。

尽管支持此功能，使用时也必须 非常小心 。通常存在两种办法可以阻止中断触发： 禁用源 或 屏蔽外设中断状态 。ESP-IDF 仅处理源本身的启用和禁用，中断源的状态位和屏蔽位须由用户操作。

状态位须在负责该位的处理程序禁用前屏蔽，也可以在另一个启用的中断中屏蔽和处理该状态位。

备注

如果不屏蔽状态位而让其处于未处理状态，同时禁用这些状态位的处理程序，就会导致无限次触发中断，引起系统崩溃。

排除中断分配故障

CPU 中断在大多数 Espressif SoC 上都是有限的资源。因此，一个运行的程序有可能耗尽 CPU 中断，例如初始化多个外设驱动程序的情况。这通常导致驱动程序的初始化函数返回 ESP_ERR_NOT_FOUND 错误。

这种情况下，可使用 esp_intr_dump() 函数打印中断列表及其状态。此函数输出通常如下：

CPU 0 interrupt status:
Int  Level  Type   Status
0     1    Level  Reserved
1     1    Level  Reserved
2     1    Level  Used: RTC_CORE
3     1    Level  Used: TG0_LACT_LEVEL
...

输出列含义如下：

• Int：CPU 中断输入编号。通常不直接在软件中使用，仅作为参考。

• Level：CPU 中断的优先级（1-7）。此优先级固定在硬件上，无法更改。

• Type：CPU 中断的中断类型（电平或边缘中断）。此类型在硬件上固定，无法更改。

• Status：中断的可能状态：

  • Reserved：中断在硬件层面保留，或由 ESP-IDF 的某些部分保留。不能使用 esp_intr_alloc() 分配。

  • Used: <source>：中断已分配并连接到单个外设。

  • Shared: <source1> <source2> ...：中断已分配并连接到多个外设。参见本文档 多个处理程序共用一个中断源 章节。

  • Free：中断未分配，可以由 esp_intr_alloc() 使用。

• Free (not general-use)：中断未分配，但它是高优先级中断（级别 4-7）或边缘触发中断。高优先级中断可以使用 esp_intr_alloc() 分配，但要求处理程序必须用汇编语言编写，参见 高优先级中断处理程序。低优先级和中优先级的边缘触发中断也可以用 esp_intr_alloc() 分配，但很少使用，因为大多数外设中断是电平触发的。

如果已确认应用程序的确用完了中断，可组合采用下列建议解决问题：

• 在多核 SoC 上，尝试通过固定在第二个核的任务来初始化某些外设驱动程序。中断通常分配在运行外设驱动程序初始化函数的同一个内核上，因此，通过在第二个内核上运行初始化函数，就可以使用更多的中断输入。

• 找到可接受更高延迟的中断，并用 ESP_INTR_FLAG_SHARED flag （或与 ESP_INTR_FLAG_LOWMED 进行 OR 运算）分配这些中断。对两个或更多外设使用此 flag 能让它们使用单个中断输入，从而为其他外设节约中断输入。参见 多个处理程序共用一个中断源。

• 一些外设驱动程序可能默认使用 ESP_INTR_FLAG_LEVEL1 flag 来分配中断，因此默认情况下不会使用优先级为 2 或 3 的中断。如果 esp_intr_dump() 显示某些优先级为 2 或 3 的中断可用，尝试在初始化驱动程序时将中断分配 flag 改为 ESP_INTR_FLAG_LEVEL2 或 ESP_INTR_FLAG_LEVEL3。

• 检查是否有些外设驱动程序不需要一直启用，并按需将其初始化或取消初始化。这样可以减少同时分配的中断数量。

API 参考

Header File

• components/esp_hw_support/include/esp_intr_types.h

• This header file can be included with:

#include "esp_intr_types.h"

Macros

ESP_INTR_CPU_AFFINITY_TO_CORE_ID(cpu_affinity)

Convert esp_intr_cpu_affinity_t to CPU core ID.

Type Definitions

typedef void (*intr_handler_t)(void *arg)

Function prototype for interrupt handler function

typedef struct intr_handle_data_t *intr_handle_t

Handle to an interrupt handler

Enumerations

enum esp_intr_cpu_affinity_t

Interrupt CPU core affinity.

This type specify the CPU core that the peripheral interrupt is connected to.

Values:

enumerator ESP_INTR_CPU_AFFINITY_AUTO

Install the peripheral interrupt to ANY CPU core, decided by on which CPU the interrupt allocator is running.

enumerator ESP_INTR_CPU_AFFINITY_0

Install the peripheral interrupt to CPU core 0.

enumerator ESP_INTR_CPU_AFFINITY_1

Install the peripheral interrupt to CPU core 1.

Header File

• components/esp_hw_support/include/esp_intr_alloc.h

• This header file can be included with:

#include "esp_intr_alloc.h"