STM32的中断系统

Posted 2020-12-29 hanhuo

STM32的中断系统

STM32具有十分强大的中断系统，将中断分为了两个类型：内核异常和外部中断。并将所有中断通过一个表编排起来，下面是stm32中断向量表的部分内容：

上图-3到6这个区域被标黑了，这个区域就是内核异常。内核异常不能够被打断，不能被设置优先级（也就是说优先级是凌驾于外部中断之上的）。常见的内核异常有以下几种：复位(reset),不可屏蔽中断(NMI),硬错误(Hardfault)，其他的也可以在表上找到。

从第7个开始，后面所有的中断都是外部中断。外部中断是我们必须学习掌握的知识，包含线中断，定时器中断，IIC，SPI等所有的外设中断，可配置优先级。外部中断的优先级分为两种：抢占优先级和响应优先级。

什么是抢占优先级？

抢占优先级比较霸道，一言不和就插队。抢占优先级高的，能够打断优先级低的任务，等优先级较高的任务执行完毕后，再回来继续执行之前的任务。所以当存在多个抢占优先级不同的任务时，很有可能会产生任务的嵌套。

什么是响应优先级？

响应优先级则稍微谦逊些，比较有礼貌。响应优先级又被称为次优先级，若两个任务的抢占式优先级一样，那么响应优先级较高的任务则先执行，且在执行的同时不能被下一个响应优先级更高的任务打断，所以我说它比较有有礼貌。。

中断控制器（NVIC)

因为stm32的中断系统比较复杂，所以在内核中有一个专门管理中断的控制器：NVIC.

NVIC负责除了SYSTICK之外的所有中断的控制，十分重要！

在标准库中，提供了一套通过NVIC来控制中断的API，我们首先来看NVIC_Init()函数，这套函数首先要定义并填充一个结构体：NVIC_InitTypeDef 该结构体的定义如下：

NVIC_IRQChannel 需要配置的中断向量

NVIC_IRQChannelCmd 使能或者关闭相应中断向量的中断响应

NVIC_IRQChannelPreemptionPriority 配置相应中断向量的抢占优先级

NVIC_IRQChannelSubPriority 配置相应中断的响应优先级

结构体的四个成员都比较好理解，这里就不再累述了。

不过要注意一点的是，NVIC只可以配置16种中断向量的优先级，其抢占优先级和响应优先级都用一个4位的数字来决定。在库函数中，将其分为了5中不同的分配方式：

第0组：所有的4位都有来表示响应优先级，能够配置16种不同的响应优先级。中断优先级则都相同。

第1组：最高一位用来配置抢占优先级，剩余三位用来表示响应优先级。那么就有两种不同的抢占优先级(0和1)和8种不同的响应优先级(0~7)。

第2组：高两位用来配置抢占优先级，低位用来配置响应优先级。那么两种优先级就各有4种。

第3组：高三位用来配置抢占优先级，低位用来配置响应优先级。有8种抢占优先级和2种相应优先级。

第4组：所有位都用来配置抢占优先级，即有16种抢占优先级，没有响应属性。

这5种不同的分配方式，根据项目的实际需求来配置。

配置的API如下：

NVIC_PriorityGroupConfig();

其中括号内可以输入以下一个参数，代表不同的分配方式：

NVIC_PriorityGroup_0

NVIC_PriorityGroup_1

NVIC_PriorityGroup_2

NVIC_PriorityGroup_3

NVIC_PriorityGroup_4

EXTI外部中断

STM32的所有GPIO都引入到了EXTI外部中断线上，也就是说，所有的IO口经过配置后都能够触发中断。下图就是GPIO和EXTI的连接方式：

从上图我们可以看出，一共有16个中断线: EXTI0到EXTI15.

每个中断线都对应了从PAx到PGx一共7个GPIO。也就是说，在同一时刻每个中断线只能相应一个GPIO端口的中断，不能够同时相应所有端口的中断事件，但是可以分时复用，在程序执行过程中，这个不需要我们太多的去关心。我们关心最多的是中断触发的方式：

在EXTI中，有三种触发中断的方式：上升沿触发，下降沿触发，双边沿触发。根据不同的电路，我们选择不同的触发方式，以确保中断能够被正常触发。

实例

为了便于理解，这里我们将中断配置代码贴上来。

void NVIC_Configuration(void)
{
  NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
  
  /* 配置NVIC为优先级组1 */
  NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1);
  
  /* 配置中断源：按键1 */
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI0_IRQn;  //配置为EXTI0通道
  /* 配置抢占优先级 */
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;
  /* 配置子优先级 */
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;
  /* 使能中断通道 */
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
  NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); //将上述配置参数传入中断初始化函数
}

除了中断线的配置，我们还要配置对应引脚

void EXTI_Key_Config(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; 
    EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStructure;

    /*开启按键GPIO口的时钟*/
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA|RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);
                                                
    /* 配置 NVIC 中断*/
    NVIC_Configuration();
/*--------------------------KEY1配置-----------------------------*/
    /* 选择按键用到的GPIO */   
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
  /* 配置为浮空输入 */ 
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
  GPIO_Init(KEY1_INT_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);

    /* 选择EXTI的信号源 */
  GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOA, GPIO_PinSource0); 
  EXTI_InitStructure.EXTI_Line = EXTI_Line0;
    
    /* EXTI为中断模式 */
  EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;
    /* 上升沿中断 */
  EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Rising;
  /* 使能中断 */    
  EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE;
  EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);
}

至此，中断的配置完毕。相信你已经看出来，上述代码是将PA0配置为上升沿中断。不过，现在只能够说该中断已经配置完毕，但我们还不能使用它。我们还缺少一个中断的执行函数。

当中断被触发后，程序要马上跳转到中断函数去执行中断操作，这个函数在工程创建时默认时没有的。需要你自己去添加。而且需要注意的是，中断函数的名称必须是由标准库提供的，否则无法识别。

我们打开startup_stm32f10x_hd.s这个文件，在里面能找到这么一段代码：

                ; External Interrupts
                DCD     WWDG_IRQHandler            ; Window Watchdog
                DCD     PVD_IRQHandler             ; PVD through EXTI Line detect
                DCD     TAMPER_IRQHandler          ; Tamper
                DCD     RTC_IRQHandler             ; RTC
                DCD     FLASH_IRQHandler           ; Flash
                DCD     RCC_IRQHandler             ; RCC
                DCD     EXTI0_IRQHandler           ; EXTI Line 0
                DCD     EXTI1_IRQHandler           ; EXTI Line 1
                DCD     EXTI2_IRQHandler           ; EXTI Line 2
                DCD     EXTI3_IRQHandler           ; EXTI Line 3
                ...
                ...
                ...

不难看出，EXTI0_IRQHandler 就是中断线0的中断函数，所以，我们把这个函数添加到工程中即可。最好添加到stm32f10x_it.c 这个文件中，方便管理。

可以在这个函数中添加你想要的功能，代码如下：

void EXTI0_IRQHandler(void)
{
  //确保是否产生了EXTI Line中断
    if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line0) != RESET) 
    {
        /******/
         //LED闪烁相关代码
        /******/
    //清除中断标志位
        EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line0);     
    }  
}

至此，整个中断的流程梳理完毕，如果有什么纰漏的话，欢迎探讨！