STM32 之 NVIC(中断向量优先级) 简述

Posted 2020-08-08 Ch_Y_Q

对STM32 的 NVIC(中断向量、优先级) 进行简要描述

一、背景
        需要使用STM32的CAN进行通信，经过一系列配置后，已可正常收发，还剩下一个CAN通信的错误处理。可错
    误中断使能寄存器已经配置使能了，出错后就是无法进入"CAN1_SCE_IRQHandler"中断。（让CAN通信出错的的
    办法很简单，将"CAN_H"与"CAN_L"直接短接，然后让其发送数据，正常情况下，就会触发错误中断了，发送错
    误寄存器会瞬间加至"128"，如果继续发，每发一次，发送错误计数器会+8，直到256，然后CAN节点即会进入离
    线状态，也就是"Bus off"状态）。
        一步一步查，才发现，"CAN1_SCE_IRQn"的M3内核中断没有开，也就是NVIC相关配置。对于NVIC还真没太明
    白，幸好有老司机左栋在。（ 虽然对这个称谓他还是是拒绝的:) ）跟左栋学了很多，非常感谢。

二、正文
        对于NVIC(Nested Vectored Interrupt Controller)，中文一般翻译为嵌套向量中断控制器，
　　 其为M3内核层次概念，相关寄存器配置需要使用到Cotex-M3数据手册，ST的用户手册涉及的较少，还好有ST的库
　　 函数，此次则暂不深究NVIC，仅对NVIC的概念以及其相对应的库函数使用做个简述。
        STM32是基于Cotex-M3内核的MCU，Cotex-M3有两个优先级概念：
    --->抢占优先级（主优先级）
    --->响应优先级（次优先级）
    其实际的层次概念如下图：

        如图所示，抢占优先级高的任务出现后，会打断抢占优先级低的任务，即所谓的中断嵌套。例如：
    --->抢占优先级为N的中断任务正在运行，此时，抢占优先级为2的中断产生，则MCU会将抢断优先级为N的任务
        暂时停止，先响应执行中断优先级为2的任务，待该任务完成后，再来完成抢占优先级为N的任务。
    --->若是抢占优先级为2的中断正在运行，又有新的抢占优先级为2的中断产生，则新产生的中断会等待当前中
        任务完成后，再执行新产生的中断。
    --->若是抢占优先级相同的任务同时产生，则次优先级高的中断先执行。    
    --->若是抢占优先级，次优先级均相同的中断同时产生，则根据该中断在中断向量表的顺序来执行中断任务。
        以上的任务全是由Cotex-M3内核的NVIC（中断控制器）来完成。在中断控制器中，Cotex-M3定义了1个字节
    （8位）的寄存器来定义抢占优先级和响应优先级的分配方式。具体定义如下：
    --->最高1位用于指定抢占式优先级，最低7位用于指定响应优先级
    --->最高2位用于指定抢占式优先级，最低6位用于指定响应优先级
    --->最高3位用于指定抢占式优先级，最低5位用于指定响应优先级
    --->最高4位用于指定抢占式优先级，最低4位用于指定响应优先级
    --->最高5位用于指定抢占式优先级，最低3位用于指定响应优先级
    --->最高6位用于指定抢占式优先级，最低2位用于指定响应优先级
    --->最高7位用于指定抢占式优先级，最低1位用于指定响应优先级
        这么一大串，开始我也很懵逼，经过左栋老司机指点后，才弄明白。
        之前已经说明，此寄存器一共有8位，若最高1位用于指定抢占式优先级，最低7位用于指定响应优先级，代
    表的意思就是，抢占优先级只有2^1=2个，每个抢占优先级对应的指定响应优先级有2^7 = 128 个。其他的则以
    此类推。
        STM32则没有全部使用8位，而只使用了4位，所以其定义了5种优先级分组，具体如下：
    --->#define NVIC_PriorityGroup_0         ((uint32_t)0x700) 
        /* 0 bits for pre-emption priority
         * 4 bits for subpriority */
        // 有2^0 = 1 个抢占优先级， 2^4 = 16个响应优先级                                           
    --->#define NVIC_PriorityGroup_1         ((uint32_t)0x600) 
        /* 1 bits for pre-emption priority
         * 3 bits for subpriority */
        // 有2^1 = 2 个抢占优先级， 2^3 = 8 个响应优先级                                           
    --->#define NVIC_PriorityGroup_2         ((uint32_t)0x500)
        /* 2 bits for pre-emption priority
         * 2 bits for subpriority */
        // 有2^2 = 4 个抢占优先级， 2^2 = 4 个响应优先级                                           
    --->#define NVIC_PriorityGroup_3         ((uint32_t)0x400)
        /* 3 bits for pre-emption priority
         * 1 bits for subpriority */
        // 有2^3 = 8 个抢占优先级， 2^1 = 2 个响应优先级                                           
    --->#define NVIC_PriorityGroup_4         ((uint32_t)0x300)
        /* 4 bits for pre-emption priority
         * 0 bits for subpriority */
        // 有2^4 = 16个抢占优先级， 2^0 = 1 个响应优先级                                           

        ST已提供了库函数"void NVIC_PriorityGroupConfig(uint32_t NVIC_PriorityGroup)"来设置
    抢占优先级以及响应优先级组类型，参数"NVIC_PriorityGroup"既是上面提及的5个宏定义。
        ST同时提供了库函数"void NVIC_Init(NVIC_InitTypeDef*NVIC_InitStruct)"，该库函数会根据
    结构体"NVIC_InitStruct"内的内容完成NVIC的配置，其具体定义如下：
    typedef struct
    {
        // 定义哪个中断（譬如有"USART1_IRQn","USB_LP_CAN1_RX0_IRQn"等等）
        uint8_t NVIC_IRQChannel;                    
        // 该中断的抢占优先级是多少
        uint8_t NVIC_IRQChannelPreemptionPriority;  
        // 该中断的响应优先级是多少
        uint8_t NVIC_IRQChannelSubPriority;        
        // 该值代表是否生效该设置(ENABLE, DISABLE)
        FunctionalState NVIC_IRQChannelCmd;        
    } NVIC_InitTypeDef;

    至此，记录完毕

记录时间：2016年9月10日
记录地点：深圳WZ