Ultra96 PYNQ入門之三——中斷與協程

不合理的地方歡迎批評指正！！！

源代碼鏈接：Ultra96-PYNQ_A-simple-summary

1 協程入門

個人感覺這個博主講的挺全面的，想全面瞭解協程的小夥伴，可以移步如下鏈接

1. asyncio 學習筆記：基本用法
2. asyncio 學習筆記：調用定時函數
3. asyncio 學習筆記：併發執行 Task
4. asyncio 學習筆記：產生異步結果
5. asyncio 學習筆記：控制組合式 Coroutines
6. asyncio 學習筆記：同步原語
7. asyncio 學習筆記：使用抽象類 Protocol 實現異步 I/O

如不想全面性瞭解協程這個東西，可以看下我的簡練的總結，可以看懂如下的實驗，只不過沒法進一步個性化設計。

• 在線程中創建一個協程循環start_loop = asyncio.get_event_loop()
• 完成協程直至返回return_value = start_loop.run_until_complete(button_led())
• 協程中等待await button_inter.wait_for_value_async(1)，等待屬於異步操作，並不佔用CPU。可以創建多個協程，相應多箇中斷，這個會在後面提及。

注：目前個人感覺協程這個東西，和裸機開發中的中斷還是有區別的，屬於軟件調度的中斷？效率不咋高，所以千萬不要在1秒內相應上千箇中斷，否則你會發現中斷執行的時間還沒有中斷觸發的時間延遲長呢。

2 PYNQ的中斷使用

2.1 硬件設計

很簡單的一個設計，可以在Vivado中的TCL控制檯通過如下命令，進行快速重建

source 3.axi_gpio_interrupt.tcl

• button用於檢測中斷
• led用於顯示中斷的情況

button、led均用口袋儀器仿真

中斷控制器這裏，僅實驗了默認的高電平中斷，小夥伴可以嘗試邊沿中斷，來進行實驗

2.2 中斷的使用

2.2.1 一個不恰當的例子

軟件代碼如下

import time
from pynq import Overlay
import asyncio

gpio_inter_design = Overlay("./data/3.AXI_GPIO_Interrupt.bit")

button_inter = gpio_inter_design.axi_gpio_0.Input( parent=gpio_inter_design.axi_gpio_0.channel1, 
													start=0, stop=1 )
led = gpio_inter_design.axi_gpio_0.Output( parent=gpio_inter_design.axi_gpio_0.channel2, 
											start=0, stop=1 )

async def button_led():
    for i in range(10):
        start = time.time()
        await button_inter.wait_for_value_async(1)
        led.toggle()
        end = time.time()
        
        print("中斷的週期 ：{}s".format(end -start))
    

start_loop = asyncio.get_event_loop()
return_value = start_loop.run_until_complete(button_led())

button利用信號發生器模擬，1Hz、1.8V、5%的脈衝波

實驗的結果慘不忍睹

中斷的週期 ：0.6854667663574219s
中斷的週期 ：6.651878356933594e-05s
中斷的週期 ：5.888938903808594e-05s
中斷的週期 ：5.817413330078125e-05s
中斷的週期 ：5.888938903808594e-05s
中斷的週期 ：5.745887756347656e-05s
中斷的週期 ：5.745887756347656e-05s
中斷的週期 ：5.793571472167969e-05s
中斷的週期 ：5.817413330078125e-05s
中斷的週期 ：5.8650970458984375e-05s

分析原因
中斷控制器採用了默認的高電平中斷，即使中斷之後清除中斷，由於是高電平觸發，中斷控制器仍然定義發生了中斷。

2.2.2 恰當的操作

• 軟件代碼如下

	import time
	from pynq import Overlay
	import asyncio
	
	gpio_inter_design = Overlay("./data/3.AXI_GPIO_Interrupt.bit")
	
	button_inter = gpio_inter_design.axi_gpio_0.Input( parent=gpio_inter_design.axi_gpio_0.channel1, 
														start=0, stop=1 )
	led = gpio_inter_design.axi_gpio_0.Output( parent=gpio_inter_design.axi_gpio_0.channel2, 
												start=0, stop=1 )
	
	async def button_led():
	    for i in range(10):
	        start = time.time()
	        await button_inter.wait_for_value_async(1)
	        led.toggle()
	        await asyncio.sleep(0.05)
	        end = time.time()
	        
	        print("中斷的週期 ：{}s".format(end -start))
	    
	
	start_loop = asyncio.get_event_loop()
	return_value = start_loop.run_until_complete(button_led())

使用await asyncio.sleep(0.05)跳過高電平脈衝時間，即可正確的產生中斷。

• 軟件輸出

中斷的週期 ：0.1248316764831543s
中斷的週期 ：0.9994022846221924s
中斷的週期 ：0.9997074604034424s
中斷的週期 ：0.9996352195739746s
中斷的週期 ：0.999701738357544s
中斷的週期 ：0.9996013641357422s
中斷的週期 ：0.9996085166931152s
中斷的週期 ：1.0001087188720703s
中斷的週期 ：0.9996082782745361s
中斷的週期 ：0.9993538856506348s

同樣button利用信號發生器模擬，1Hz、1.8V、5%的脈衝波，邏輯分析儀測試結果如下

這裏僅演示了單高電平觸發的中斷，嘗試利用協程實現多中斷，充分利用CPU。

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