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对heziq网友问题的回答

作者：linuxer 发布于：2015-3-23 19:03

一、前言

heziq网友在《linux kernel的中断子系统之（四）：High level irq event handler》文档中提出了若干个问题，由于在回复中无法图形表达，因此单独出一份文档来回答，希望可以有所帮助。当然，由于他提出的问题和硬件电路设计有关，这里我只是表达我自己的观点（毕竟出身是软件工程师），如果有误，请不吝指出。

二、上拉和下来电阻的基本知识

下图描述了一个外设通过interrupt request line连接到CPU中断控制器的block diagram：

注意：本章通篇以上拉电阻为例，下拉的概念类似，因此就不再赘述了。

基本上，上拉（或者下拉）电阻总是需要的，只不过是看看位于何处，一般而言，有三种可能的位置：

1、集成在外设芯片中（上图中的block diagram描述的就是这种类型）

2、集成在CPU中断控制器上

3、需要设计外围电路来支持

问题来了：集成在芯片上（外设或者CPU）的上拉电阻和芯片外部的上拉电阻有什么区别呢？我们来这样的一个场景，如果外设的电源域是5V的，而CPU中断控制器是工作在3.3V，按照上图的连接是否可以正常工作呢？CPU中断控制器检测高电平可能的范围是3.3V～2.8V，可是，由于使用了外设芯片的内部上拉，实际上，IRQ线上的电压在高电平的时候是5V，这样的电压可能会导致CPU一侧的工作状态异常。如果CPU这一侧也有上拉电阻的配置，那么可以考虑disable外设的上拉电阻（这时候，外设的输出引脚的特性是open drain），而使用CPU芯片内的上拉电阻。如果CPU没有上拉电阻，那么就没有办法了，只能是接外部上拉电阻，当然是上拉到CPU中断控制器需要的那个电压水平。

三、如何选择上拉电阻或者下拉电阻？

对于数字基带电路，分析比较简单。其实主要看看输出端口和输入端口的接口规格就OK了，而这里的接口规格主要是0状态和1状态的电压范围。我们还是以具体的电路为例分析，我们假设外设的电路逻辑会检测某些状态，正常的时候，三极管Q是off状态，IRQ line是输出高电平。当检测到某些状态的时候，外设芯片会导通三极管Q，这时候，IRQ line处于低电平状态。下图描述了Q处于off状态（输出高电平）的示意图：

虽然Q是off的，但是还是存在漏电流，我们标注为Iq。同理流入CPU中断控制器的电流是Icpu，一般而言，CPU中断控制器的输入是high input impedance，因此Icpu也比较小，这样，根据Kirchhoff Current Law，流经pull up电阻R的电流：I = Iq + Icpu。我们假设这个值是10uA，上拉电阻的阻值是10K欧姆，那么在R上的压降就是10uA x 10K = 100mV。也就是说，当外设打算输出高电平的时候，IRQ line上的电平并不等于V而是等于V减去pull up电阻上的压降，当这个压降超过一定范围的时候（这个值来自CPU侧如何感知高电平，也就是说CPU侧能够判别高电平的最小值VIH），电路将不能正常工作。更详细的计算我就不描述了，一句话，pull up电阻不能太大。

下图描述了Q处于on状态（输出低电平）的示意图：

理想情况下，三极管Q导通的时候，IRQ对地短路，因此IRQ的电平就是0电平，不过实际中，导通状态的三极管还是有电阻存在的，也就是说IRQ line不可能是处于0电平，而是Rq，这样，IRQ上的电平应该是Rq x Iq。同样的道理，CPU侧感知低电平也是有一个范围的，因此Iq不能太大，否则IRQ line上的电压会超出范围而被CPU中断控制器检测为高电平。为了现在Iq的值必须增大R，一句话，pull up电阻不能太小。

总结：上拉电阻（或者下拉电阻）不能太大，也不能太小，应该被设计成一个适当的值，让电路可以正常的工作。

三、问题回答

1、问题：有没有同时支持上升沿和下降沿的中断控制器？当然我觉得不可能有同时支持高电平和低电平出发的中断控制器

当然有同时支持上升沿和下降沿的中断控制器，我接触过的CPU中有PXA270的中断控制器是可以配置成双沿触发的，只要检测到rising-edge或者falling-edge，就会触发一个GPIO的中断。当然，对于level-sense的中断，如你所说：不可能有同时支持高电平和低电平出发的中断控制器

配置成双沿触发对软件是有好处的，类似处理键盘deboucing的软件逻辑就不会那么复杂了。配置成双电平触发的话，那么看来只能是正常状态是高阻态，硬件A状态触发高电平，硬件B状态触发低电平，我没有实际接触到这样设定。

2.gpio type 中断，如果是高电平，我觉得肯定要使用下拉电阻，将电平钳制在低电平。 如果是低电平，我觉得肯定要使用上拉电阻，将电平钳制在高电平。

同意，不过上拉（或者下拉）可能是chip内，也可能是chip外的。

3、gpio type 中断，如果是上升沿中断，是不是要使用下拉电阻或者根本不使用上下拉？如果使用了上拉电阻会怎么样？ gpio type 中断，如果是下降沿，是不是要使用上拉电阻，或者不使用。如果使用了下拉电阻会怎么样？

使用上拉或者下拉和上升沿或者下降沿关系不大，主要看电路的情况。上拉主要是用于NPN型的三极管的open collector的情况（上文描述的电路即是如此），对于PNP型的三极管，其open collector的情况如下：

这时候，需要接下拉电阻。

4.如果gpio中断内部使用了上拉电阻，如果外部在使用上拉电阻，会出现什么副作用吗。我觉得有，两个上拉电源之间会互相影响。

如果两个上拉电阻都拉到同样的Vcc，那么其效果就是并联电阻电路而已，这时候，上拉电阻会变小（其阻值是（R1+R2)/(R1R2)）。如果两个上拉电阻都拉到不同的Vcc，那么……回去翻一翻Kirchhoff电压和电流定律，我就不分析了。

5.如果gpio中断内部使用了下拉电阻，如果外部在使用下拉电阻，会使pin脚的输入电阻变低，有可能高电平信号拉不起来。

对于一个给定的电路（确定的外设芯片和确定的CPU中断控制器芯片），要使电路正常工作，其上拉或者下拉电阻必须处于一个合理的数值，不能太大，也不能太小。具体需要用我们第二章中的知识来分析

6.如果外设使用边沿触发。比如上升沿，那么它的高电平维持时间有要求吗，由高电平变低电平，是外设自己拉低的？还是interrupt controler控制？

如果外设可以检测某种硬件事件，并通过IRQ line上的上升沿通知给中断控制器的话，那么基本上高电平维持时间可以在芯片手册上查到，和中断控制器无关。当然，我们必须了解中断控制器在检测上升沿的规格，中断控制器一般都是采样来自外设的IRQ line上的电平，高电平当然要维持一定的时间，否则如果上升沿的脉冲卡在中断控制器的两次采样点中间的时候，该上升沿会被中断控制器miss掉。

标签: 上拉电阻 下拉电阻

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