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ESP-IDF教程2 GPIO - 输入、输出和中断

news 来源：原创 2025/8/16 19:39:22

文章目录

1、前提
- 1.1、基础知识
- - 1.1.1、GPIO 分类
  - 1.1.2、FALSH SPI 模式
  - 1.1.3、过滤器
  - 1.1.4、外部中断
- 1.2、数据结构
- - 1.2.1、GPIO
  - 1.2.2、毛刺过滤器
- 1.3、硬件原理图
2、示例程序
- 2.1、GPIO 输出 - 点亮 LED 灯
- 2.2、GPIO 输入 - 按键响应
- 2.3、GPIO 外部中断 - 按键响应
3、常用函数
4、烧录验证

1、前提

1.1、基础知识

1.1.1、GPIO 分类

ESP32 系列芯片按照 GPIO 特殊的使用限制分类，可以将其分为如下几类：

GPIO PIN
GPI PIN
Strapping PIN
SPI FLASH PIN
特殊功能引脚

GPIO 引脚

表示通用的输入输出引脚，无使用限制，可以随意使用。

GPI 引脚

表示仅支持输入的引脚，不具备软件使能的上拉或下拉功能，谨慎使用。

Strapping 引脚

用于 ESP32 的启动配置项，ESP32 启动时需要配置如启动模式、内置 LDO 电压、U0TXD 打印使能等参数，这些参数需要芯片在上电或硬件复位时通过 Strapping 管脚采样其电平并锁存来决定，但当采样结束后 Strapping 引脚将恢复为普通 GPIO ，谨慎使用。

SPI FLASH 引脚

因为大部分 ESP32 芯片封装内部无 FLASH 存储，因此需要依赖外部 FLASH 芯片存储程序和数据，SPI FLASH 引脚就是用于 ESP32 FLASH 通信使用的，共有 4-6 个引脚，不要使用这些引脚。

特殊功能引脚

JTAG 和 UART0 这类专用于某一功能的引脚，除非不使用该特殊功能，否则不建议将其作为普通 GPIO 使用

1.1.2、FALSH SPI 模式

根据通信不同阶段使用的引脚数不同，ESP32 的 FALSH SPI 模式有如下四种：

QIO
QOUT
DIO
DOUT

四种 FLASH SPI 模式的具体区别如 SPI Flash Modes / Summary 所示，其中 QIO 和 QOUT 需要全部的 6 个 SPI FLASH 引脚，而 DIO 和 DOUT 仅需要其中的 4 个引脚，剩下未使用的引脚可做普通 GPIO 使用。

1.1.3、过滤器

ESP32 某些系列芯片支持 GPIO 过滤器，有如下两种：

毛刺过滤器
1. 管脚毛刺过滤器（pin_glitch_filter）
2. 灵活毛刺过滤器（flex_glitch_filter）
迟滞过滤器

管脚毛刺过滤器 pin_glitch_filter

仅能将脉冲宽度窄于 2 个采样时钟的信号剔除掉，采样时钟默认为 80MHz 的 SOC_MOD_CLK_APB 宏，因此过滤宽度 = 2 × (1/80 MHz) = 25 ns 。

灵活毛刺过滤器 flex_glitch_filter

会在 window_width_ns 时间窗口内，对信号采样多次，若某次“高”或“低”持续时间小于 window_thres_ns，则当作毛刺丢弃，该功能仅部分型号支持，比如 ESP32-C6、ESP32-H2 和 ESP32-P4 ，笔者尚未测试。

管脚毛刺过滤器和灵活毛刺过滤器是各自独立的，支持为同一 GPIO 同时启用这两种过滤器。

GPIO 迟滞过滤器

“支持输入引脚的硬件迟滞，可以减少由于输入电压在逻辑 0、1 临界值附近时采样不稳定造成的 GPIO 中断误触”，看起来或许可以作为按键消抖使用，该功能仅部分型号支持，比如 ESP32-C5、ESP32-H2 和 ESP32-P4 ，笔者尚未测试。

1.1.4、外部中断

ESP32 的 GPIO 支持如下类型的几种中断：

typedef enum {GPIO_INTR_DISABLE = 0,     /* 不使用中断*/GPIO_INTR_POSEDGE = 1,     /* 上升沿触发 */GPIO_INTR_NEGEDGE = 2,     /* 下降沿触发 */GPIO_INTR_ANYEDGE = 3,     /* 边沿（上升沿/下降沿）触发 */GPIO_INTR_LOW_LEVEL = 4,   /* 低电平触发 */GPIO_INTR_HIGH_LEVEL = 5,  /* 高电平触发 */GPIO_INTR_MAX,
} gpio_int_type_t;

与 STM32 逻辑开发环境的不同， ESP-IDF 从上到下已经有很多层，如下所示：

APP
Components
HAL
FreeRTOS
FLASH BootLoader
ROM BootLoader
SoC

某些情况下，ESP32 的 FALSH 访问会被中断或者锁住，为确保中断服务函数能在任何时候可靠运行，要求中断服务函数满足以下两点要求：

纯粹运行在内部 RAM（IRAM）中
不访问 FLASH 中的数据或代码

使用属性宏 IRAM_ATTR 来告诉编译器，该函数必须放到 IRAM 中执行，外部中断服务函数模板如下：

static void IRAM_ATTR exti_isr_handler(void* arg) {//...
}

printf 函数存储在 FLASH 中，因此不要在中断中使用，如果非要使用请用以下函数代替：

#include <rom/ets_sys.h>int ets_printf(const char *fmt, ...);

此外，不能在中断中执行能引起上下文切换的函数和中断不安全的函数，建议在中断中利用 FreeRTOS 的队列、事件组等任务间通信机制来传递信息。

中断在分配时有一些标志位 intr_alloc_flags ，这些标志位控制着 ISR 的行为，主要有如下一些标志位：

#define ESP_INTR_FLAG_LEVELx        (1<<x)  /* 中断优先级，x 从 1 到 6 */
#define ESP_INTR_FLAG_NMI           (1<<7)  /* 最高中断优先级 7 */
#define ESP_INTR_FLAG_SHARED        (1<<8)  /* 共享中断 */
#define ESP_INTR_FLAG_EDGE          (1<<9)  /* 边沿触发中断 */
#define ESP_INTR_FLAG_IRAM          (1<<10) /* 将中断处理函数放在 IRAM 中，避免访问 FLASH */
#define ESP_INTR_FLAG_INTRDISABLED  (1<<11) /* ISR 安装时默认不使能中断 */#define ESP_INTR_FLAG_LOWMED    (ESP_INTR_FLAG_LEVEL1|ESP_INTR_FLAG_LEVEL2|ESP_INTR_FLAG_LEVEL3) /* 低中等级别优先级 */
#define ESP_INTR_FLAG_HIGH      (ESP_INTR_FLAG_LEVEL4|ESP_INTR_FLAG_LEVEL5|ESP_INTR_FLAG_LEVEL6|ESP_INTR_FLAG_NMI) /* 高等级优先级 */

使用 GPIO 外部中断时一般只需以下两步即可：

gpio_install_isr_service
gpio_isr_handler_add

1.2、数据结构

1.2.1、GPIO

ESP-IDF 驱动头文件

#include "driver/gpio.h"

GPIO 配置结构体

typedef struct {uint64_t pin_bit_mask; 					/* GPIO 引脚掩码 */gpio_mode_t mode; 						/* GPIO 模式 */gpio_pullup_t pull_up_en; 				/* GPIO 上拉使能 */gpio_pulldown_t pull_down_en; 			/* GPIO 下拉使能 */gpio_int_type_t intr_type; 				/* GPIO 中断类型*/
#if SOC_GPIO_SUPPORT_PIN_HYS_FILTERgpio_hys_ctrl_mode_t hys_ctrl_mode; 	/* GPIO 迟滞控制模式 */
#endif
}gpio_config_t;

1.2.2、毛刺过滤器

ESP-IDF 驱动头文件

#include "driver/gpio_filter.h"

管脚毛刺滤波器配置结构体

typedef struct {glitch_filter_clock_source_t clk_src;	/* 时钟源 */gpio_num_t gpio_num; 					/* 引脚号 */
}gpio_pin_glitch_filter_config_t;

灵活毛刺滤波器配置结构体

typedef struct {glitch_filter_clock_source_t clk_src; 	/* 时钟源 */gpio_num_t gpio_num;      				/* 引脚号 */uint32_t window_width_ns; 				/* 采样窗口宽度（ns） */uint32_t window_thres_ns; 				/* 采样窗口阈值（ns） */
} gpio_flex_glitch_filter_config_t;

1.3、硬件原理图

笔者使用了合宙的 ESP32-C3 开发板，本文仅涉及 KEY 和 LED 两部分硬件，KEY 和 LED 部分的硬件原理图如下图所示：

其中两个 LED 灯 D4 和 D5 分别由 ESP32-C3 的 GPIO12 和 GPIO13 控制，当引脚输出高电平时对应的 LED 灯会被点亮。

ESP32-C3 的 GPIO9 被 10K 的电阻 R4 上拉至高电平，当按键 S2 按下时，GPIO9 被拉低至地，因此可以通过 GPIO9 输入获取按键的状态。

2、示例程序

2.1、GPIO 输出 - 点亮 LED 灯

功能：

固定每隔 1s 翻转一次 LED 灯的状态

程序流程：

使用 gpio_config() 配置 LED 引脚为输出模式
通过 gpio_set_level() 固定周期设置引脚输出的高低电平

示例程序：

#include "freertos/FreeRTOS.h"
#include "driver/gpio.h"#define LED_GPIO_PIN GPIO_NUM_13/* 以下内容无需修改 */
uint8_t led_pin_level = 0;void led_init(void) {gpio_config_t io_cfg = {.pin_bit_mask = 1 << LED_GPIO_PIN,.mode = GPIO_MODE_OUTPUT,.pull_up_en = 0,.pull_down_en = 0,.intr_type = GPIO_INTR_DISABLE,};gpio_config( & io_cfg);
}void app_main(void) {led_init();while (1) {led_pin_level = !led_pin_level;gpio_set_level(LED_GPIO_PIN, led_pin_level);vTaskDelay(1000);}
}

2.2、GPIO 输入 - 按键响应

功能：

按键 KEY 按下翻转 LED 状态

程序流程：

使用 gpio_config() 配置 LED 引脚为输出模式
使用 gpio_config() 配置 KEY 引脚为输入模式
通过 gpio_get_level() 获得 KEY 引脚输入的高低电平
当 KEY 引脚输入的电平为低电平时表示按键按下，通过 gpio_set_level() 翻转 LED 引脚输出电平

示例程序：

#include "freertos/FreeRTOS.h"
#include "driver/gpio.h"#define KEY_GPIO_PIN GPIO_NUM_9
#define LED_GPIO_PIN GPIO_NUM_13/* 以下内容无需修改 */
uint8_t led_pin_level = 0;void led_init(void) {gpio_config_t io_cfg = {.pin_bit_mask = 1 << LED_GPIO_PIN,.mode = GPIO_MODE_OUTPUT,.pull_up_en = 0,.pull_down_en = 0,.intr_type = GPIO_INTR_DISABLE,};gpio_config( & io_cfg);
}void key_init(void) {gpio_config_t io_cfg = {.pin_bit_mask = 1 << KEY_GPIO_PIN,.mode = GPIO_MODE_INPUT,.pull_up_en = 1,.pull_down_en = 0,.intr_type = GPIO_INTR_DISABLE,};gpio_config( & io_cfg);
}void app_main(void) {led_init();key_init();while (1) {if (gpio_get_level(KEY_GPIO_PIN) == 0) {vTaskDelay(5);if (gpio_get_level(KEY_GPIO_PIN) == 0) {gpio_set_level(LED_GPIO_PIN, led_pin_level);led_pin_level = !led_pin_level;while (!gpio_get_level(KEY_GPIO_PIN)) {};}}vTaskDelay(10);}
}

2.3、GPIO 外部中断 - 按键响应

功能：

按键按下翻转 LED 状态

程序流程：

使用 gpio_config() 配置 LED 引脚为输出模式
使用 gpio_config() 配置 KEY 引脚为输入下降沿中断模式
调用 gpio_install_isr_service() 和 gpio_isr_handler_add() 注册并使能 KEY 引脚中断
按键 KEY 按下触发下降沿中断，进入中断服务子程序，发送事件到队列
当检测到队列非空时，通过 gpio_set_level() 翻转 LED 灯状态

具体示例程序如下：

#include "freertos/FreeRTOS.h"
#include "driver/gpio.h"#define KEY_GPIO_PIN GPIO_NUM_9
#define LED_GPIO_PIN GPIO_NUM_13/* 以下内容无需修改 */
static uint8_t led_pin_level = 0;
static QueueHandle_t key_event_queue = NULL;static void IRAM_ATTR exti_isr_handler(void * arg) {uint32_t gpio_num = (uint32_t) arg;BaseType_t hp = pdFALSE;xQueueSendFromISR(key_event_queue, & gpio_num, & hp);if (hp) portYIELD_FROM_ISR();
}void led_init(void) {gpio_config_t io_cfg = {.pin_bit_mask = 1 << LED_GPIO_PIN,.mode = GPIO_MODE_OUTPUT,.pull_up_en = 0,.pull_down_en = 0,.intr_type = GPIO_INTR_DISABLE,};gpio_config( & io_cfg);
}void key_init(void) {gpio_config_t io_cfg = {.pin_bit_mask = 1 << KEY_GPIO_PIN,.mode = GPIO_MODE_INPUT,.pull_up_en = 1,.pull_down_en = 0,/* edge */.intr_type = GPIO_INTR_NEGEDGE,};gpio_config( & io_cfg);/* Register a interrupt */gpio_install_isr_service(ESP_INTR_FLAG_LOWMED | ESP_INTR_FLAG_IRAM);/* Add exti callback function to key gpio */gpio_isr_handler_add(KEY_GPIO_PIN, exti_isr_handler, (void * ) KEY_GPIO_PIN);
}static void key_task(void * arg) {uint32_t io_num;while (1) {if (xQueueReceive(key_event_queue, & io_num, portMAX_DELAY)) {// 消抖vTaskDelay(10);if (gpio_get_level(io_num) == 0) {// 抬手检测while (gpio_get_level(io_num) == 0) {vTaskDelay(10);}gpio_set_level(LED_GPIO_PIN, led_pin_level);led_pin_level = !led_pin_level;}}vTaskDelay(10);}// Will not executegpio_uninstall_isr_service();
}void app_main(void) {/* Configure the peripheral */led_init();key_init();/* Create event queue */key_event_queue = xQueueCreate(10, sizeof(uint32_t));xTaskCreate(key_task, "key_task", 2048, NULL, 10, NULL);
}

3、常用函数

/* GPIO 配置函数 */
esp_err_t gpio_config(const gpio_config_t *pGPIOConfig)/* 设置 GPIO 输出电平 */
esp_err_t gpio_set_level(gpio_num_t gpio_num, uint32_t level)/* 获取 GPIO 输入电平 */
int gpio_get_level(gpio_num_t gpio_num);/* 注册 GPIO 中断服务 */
esp_err_t gpio_install_isr_service(int intr_alloc_flags)
/* 添加 GPIO 中断服务函数 */
esp_err_t gpio_isr_handler_add(gpio_num_t gpio_num, gpio_isr_t isr_handler, void *args)
/* GPIO 中断使能 */
esp_err_t gpio_intr_enable(gpio_num_t gpio_num)

4、烧录验证

“GPIO 输出 - 点亮 LED 灯” 实验效果如下：

可能由于 GIF 帧率原因 LED ，看起来不是以固定周期闪烁，因此使用逻辑分析仪捕获了 LED 引脚的电平，证明了其确实是 1s 翻转一次 LED 状态，结果如下所示：

“GPIO 输入 - 按键响应” 和 “GPIO 外部中断 - 按键响应” 实验效果一样，如下所示：

ESP-IDF教程2 GPIO - 输入、输出和中断

文章目录 1、前提1.1、基础知识1.1.1、GPIO 分类1.1.2、FALSH SPI 模式1.1.3、过滤器1.1.4、外部中断 1.2、数据结构1.2.1、GPIO1.2.2、毛刺过滤器 1.3、硬件原理图 2、示例程序2.1、GPIO 输出 - 点亮 LED 灯2.2、GPIO 输入 - 按键响应2.3、GPIO 外部中断 - 按键响应 3、常用函…...

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编程日记 2025/8/13 13:27:22

2025年MathorCup数学应用挑战赛【选题分析】

【25MathorCup选题分析】 🙋‍♀🙋‍♂数模加油站初步分析评估了此次竞赛题目： ✅A题：该题新颖性强，属于“算子学习深度学习几何建模”的交叉问题，涉及PINN、FNO、KAN等算子神经网络模型构建，任…...

编程日记 2025/8/16 8:38:35

在windows上交叉编译opencv供RK3588使用

环境 NDK r27、RK3588 安卓板子、Android 12 步骤操作要点1. NDK 下载选择 r27 版本，解压到无空格路径（如 C:/ndk）2. 环境变量配置添加 ANDROID_NDK_ROOT 和工具链路径到系统 PATH3. CMake 参数调整指定 ANDROID_NATIVE_API_LEVEL31、ANDRO…...

编程日记 2025/8/11 2:49:52

零基础玩转AI数学建模：从理论到实战

前言数学建模作为连接数学理论与现实世界的桥梁，在科学研究、工程实践和商业决策等领域发挥着越来越重要的作用。随着人工智能技术的迅猛发展，以ChatGPT为代表的大语言模型为数学建模领域带来了革命性的变革。本书旨在帮助读者掌握这一变革带来的新机遇…...

编程日记 2025/8/11 20:35:15

IDEA 2025.1更新-AI助手试用和第三方模型集成方案

今天刚把 IntelliJ IDEA 更新到了 2025.1 版本，主要是想看看这次 AI Assistant 有什么新东西。之前看到消息说功能有更新，而且似乎可以免费试用，就动手试了试，顺便把过程和一些发现记录下来，给可能需要的朋友一个参考。…...

编程日记 2025/8/11 18:02:01

static关键字

思维导图： 在 Java 中，static 是一个非常重要的关键字，它可以用来修饰类的成员，包括变量、方法、代码块以及内部类。下面为你详细介绍 static 关键字的各种用法和特点。一.修饰内部类静态内部类：当 static 修饰内部类…...

编程日记 2025/8/15 18:21:40

gl-matrix 库简介

gl-matrix 库简介 gl-matrix 是一个高性能的 JavaScript 矩阵和向量库，专门为 WebGL 和其他 3D 图形应用设计。它提供了处理 2D、3D 和 4D 向量以及矩阵运算的高效方法。主要特性高性能：经过高度优化，执行速度快轻量级：体积小…...

编程日记 2025/8/14 18:55:00

Spring Boot 核心注解全解：@SpringBootApplication背后的三剑客

大家好呀！👋 今天我们要聊一个超级重要的Spring Boot话题 - 那个神奇的主类注解SpringBootApplication！很多小伙伴可能每天都在用Spring Boot开发项目，但你真的了解这个注解背后的秘密吗？🤔 别担心&#x…...

编程日记 2025/8/9 20:43:25

Android 音频架构全解析：从 AudioTrack 到 AudioFlinger

在开发音视频相关应用时，我们常会接触到 MediaPlayer、SoundPool、AudioTrack、OpenSL ES、AAudio、Oboe 等名词，它们都与 Android 的音频播放息息相关。然而，真正理解它们之间的关系以及背后运行机制，才能写出高性能、低延迟的音…...

编程日记 2025/8/13 18:47:08

【教程】无视硬件限制强制升级Windows 11

转载请注明出处：小锋学长生活大爆炸[xfxuezhagn.cn] 如果本文帮助到了你，欢迎[点赞、收藏、关注]哦~ 1、下载升级工具：https://github.com/builtbybel/Flyby11/releases 2、解压后打开软件： 3、拖入win11.iso或者自动下载&#xf…...

编程日记 2025/8/15 17:42:01

ICPR-2025 | 让机器人在未知环境中 “听懂” 指令精准导航！VLTNet：基于视觉语言推理的零样本目标导航

作者：Congcong Wen, Yisiyuan Huang, Hao Huang ,Yanjia Huang, Shuaihang Yuan, YuHao, HuiLin and Yi Fang 单位：纽约大学阿布扎比分校具身人工智能与机器人实验室，纽约大学阿布扎比分校人工智能与机器人中心，纽约大学坦登工程…...

编程日记 2025/8/15 15:50:40

替代升级VMware | 云轴科技ZStack构建山西证券一云多芯云平台

通过云轴科技ZStack Cloud云平台，山西证券打造了敏捷部署、简单运维的云平台，不仅兼容x86、海光、鲲鹏三种异构服务器实现一云多芯，还通过云平台虚拟化纳管模块纳管原有VMware虚拟化资源，并对接第三方集中式存储，在保护…...

编程日记 2025/8/15 14:50:23

Houdini python code:参数指定文件路径

创建null节点并命名为control并增加filedir参数创建python节点 node hou.pwd() geo node.geometry()node hou.node(/obj/output_tetgen/control) filedir node.parm(filedir).eval() print("filedir:",filedir)得到输出...

编程日记 2025/8/15 5:43:40