STM32中断

1、 异常类型

　　STM32F407在内核水平上搭载了一个异常响应系统， 支持为数众多的系统异常和外部中断。其中系统异常有10个，外部中断有82个。除了个别异常的优先级被定死外，其它异常的优先级都是可编程的。 有关具体的系统异常和外部中断可在标准库文件stm32f4xx.h这个头文件查询到，在IRQn_Type这个结构体里面包含了F4系列全部的异常声明。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　表格 17-1 F407 系统异常清单

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 F407外部中断清单

2、NVIC简介

　　NVIC是嵌套向量中断控制器，控制着整个芯片中断相关的功能，它跟内核紧密耦合， 是内核里面的一个外设。但是各个芯片厂商在设计芯片的时候会对Cortex-M4内核里面的NVIC进行裁剪，把不需要的部分去掉， 所以说STM32的NVIC是Cortex-M4的NVIC的一个子集。

　　2.1、 NVIC寄存器简介

　　在固件库中，NVIC的结构体定义可谓是颇有远虑，给每个寄存器都预览了很多位，恐怕为的是日后扩展功能。不过STM32F407可用不了这么多， 只是用了部分而已，具体使用了多少可参考《 ARM Cortex™-M4F 技术参考手册》-4.3.11:NVIC寄存器映射。

　　代码清单:中断-1 NVIC结构体定义，来自固件库头文件：core_cm4.h

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typedef struct {
    __IO uint32_t ISER[8];       // 中断使能寄存器
    uint32_t RESERVED0[24];
    __IO uint32_t ICER[8];       // 中断清除寄存器
    uint32_t RSERVED1[24];
    __IO uint32_t ISPR[8];       // 中断使能悬起寄存器
    uint32_t RESERVED2[24];
    __IO uint32_t ICPR[8];       // 中断清除悬起寄存器
    uint32_t RESERVED3[24];
    __IO uint32_t IABR[8];       // 中断有效位寄存器
    uint32_t RESERVED4[56];
    __IO uint8_t  IP[240];       // 中断优先级寄存器(8Bit wide)
    uint32_t RESERVED5[644];
    __O  uint32_t STIR;          // 软件触发中断寄存器
}  NVIC_Type;
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　　在配置中断的时候我们一般只用ISER、ICER和IP这三个寄存器，ISER用来使能中断，ICER用来失能中断，IP用来设置中断优先级。

　　2.2、 NVIC 中断配置固件库

　　固件库文件core_cm4.h的最后，还提供了NVIC的一些函数，这些函数遵循CMSI规则，只要是Cortex-M4 的处理器都可以使用，具体如下：

这些库函数我们在编程的时候用的都比较少，甚至基本都不用。在配置中断的时候我们还有更简洁的方法，请看中断编程小节。

3、优先级的定义

　　3.1、优先级定义

　　在NVIC 有一个专门的寄存器：中断优先级寄存器NVIC_IPRx（在F407中，x=0…981）用来配置外部中断的优先级，IPR宽度为8bit， 原则上每个外部中断可配置的优先级为0~255，数值越小，优先级越高。但是绝大多数CM4芯片都会精简设计，以致实际上支持的优先级数减少， 在F407中，只使用了高4bit，如下所示：

　　用于表达优先级的这4bit，又被分组成抢占优先级和子优先级。如果有多个中断同时响应，抢占优先级高的就会 抢占 抢占优先级低的优先得到执行， 如果抢占优先级相同，就比较子优先级。如果抢占优先级和子优先级都相同的话，就比较他们的硬件中断编号，编号越小，优先级越高。

　　3.2、优先级分组

　　优先级的分组由内核外设SCB的应用程序中断及复位控制寄存器AIRCR的PRIGROUP[10:8]位决定，F407分为了5组，具体如下：主优先级=抢占优先级

　　 设置优先级分组可调用库函数NVIC_PriorityGroupConfig()实现，有关NVIC中断相关的库函数都在库文件misc.c和misc.h中。

　　代码清单:中断-2 中断优先级分组库函数

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/**
* 配置中断优先级分组：抢占优先级和子优先级
* 形参如下：
* @arg NVIC_PriorityGroup_0: 0bit for抢占优先级
*                            4 bits for 子优先级
* @arg NVIC_PriorityGroup_1: 1 bit for抢占优先级
*                            3 bits for 子优先级
* @arg NVIC_PriorityGroup_2: 2 bit for抢占优先级
*                            2 bits for 子优先级
* @arg NVIC_PriorityGroup_3: 3 bit for抢占优先级
*                            1 bits for 子优先级
* @arg NVIC_PriorityGroup_4: 4 bit for抢占优先级
*                            0 bits for 子优先级
* @注意 如果优先级分组为0，则抢占优先级就不存在，优先级就全部由子优先级控制
*/
void NVIC_PriorityGroupConfig(uint32_t NVIC_PriorityGroup)
{
    // 设置优先级分组
    SCB->AIRCR = AIRCR_VECTKEY_MASK | NVIC_PriorityGroup;
}
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　　3.3、抢占式优先级和响应优先级

　　STM32(Cortex-M3)中有两个优先级的概念——抢占式优先级和响应优先级，有人把响应优先级称作'亚优先级'或'副优先级'，每个中断源都需要被指定这两种优先级。

　　具有高抢占式优先级的中断可以在具有低抢占式优先级的中断处理过程中被响应，即中断嵌套，或者说高抢占式优先级的中断可以嵌套低抢占式优先级的中断。
　　当两个中断源的抢占式优先级相同时，这两个中断将没有嵌套关系，当一个中断到来后，如果正在处理另一个中断，这个后到来的中断就要等到前一个中断处理完之后才能被处理。如果这两个中断同时到达，则中断控制器根据他们的响应优先级高低来决定先处理哪一个；如果他们的抢占式优先级和响应优先级都相等，则根据他们在中断表中的排位顺序决定先处理哪一个。
　　既然每个中断源都需要被指定这两种优先级，就需要有相应的寄存器位记录每个中断的优先级；在Cortex-M3 中定义了8个比特位用于设置中断源的优先级，这8个比特位可以有8种分配方式，如下：
　　所有8位用于指定响应优先级：
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
　　Cortex-M3允许具有较少中断源时使用较少的寄存器位指定中断源的优先级，因此STM32把指定中断优先级的寄存器位减少到4位，这4个寄存器位的分组方式如下：
第0组：所有4位用于指定响应优先级
第1组：最高1位用于指定抢占式优先级，最低3位用于指定响应优先级
第2组：最高2位用于指定抢占式优先级，最低2位用于指定响应优先级
第3组：最高3位用于指定抢占式优先级，最低1位用于指定响应优先级
第4组：所有4位用于指定抢占式优先级
　　可以通过调用STM32的固件库中的函数NVIC_PriorityGroupConfig()选择使用哪种优先级分组方式，这个函数的参数有下列5种：
NVIC_PriorityGroup_0 => 选择第0组
NVIC_PriorityGroup_1 => 选择第1组
NVIC_PriorityGroup_2 => 选择第2组
NVIC_PriorityGroup_3 => 选择第3组
NVIC_PriorityGroup_4 => 选择第4组

举例：NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_4); //16个抢占优先级，每个抢占优先级中只1个副优先级
　　接下来就是指定中断源的优先级，下面以一个简单的例子说明如何指定中断源的抢占式优先级和响应优先级：
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// 选择使用优先级分组第1组
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1);
 
// 使能EXTI0中断
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI0_IRQChannel;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1; // 指定抢占式优先级别1
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0; // 指定响应优先级别0
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
 
// 使能EXTI9_5中断
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI9_5_IRQChannel;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0; // 指定抢占式优先级别0
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1; // 指定响应优先级别1
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
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　　要注意的几点是： 
　　（1）如果指定的抢占式优先级别或响应优先级别超出了选定的优先级分组所限定的范围，将可能得到意想不到的结果；
　　（2）抢占式优先级别相同的中断源之间没有嵌套关系；
　　（3）如果某个中断源被指定为某个抢占式优先级别，又没有其它中断源处于同一个抢占式优先级别，则可以为这个中断源指定任意有效的响应优先级别。

4、开关总中断

　　在STM32 Cortex-M3中是通过改变CPU的当前优先级来允许或禁止中断。

　　　　PRIMASK位：只允许NMI和hard fault异常，其他中断/ 异常都被屏蔽(当前CPU优先级=0)。
　　　　FAULTMASK位：只允许NMI，其他所有中断/异常都被屏蔽(当前CPU优先级=-1)。

　　在STM32固件库中(stm32f10x_nvic.c和stm32f10x_nvic.h) 定义了四个函数操作PRIMASK位和FAULTMASK位，改变CPU的当前优先级，从而达到控制所有中断的目的。

　　下面两个函数等效于关闭总中断：

void NVIC_SETPRIMASK(void)；
void NVIC_SETFAULTMASK(void)；

　　下面两个函数等效于开放总中断：

void NVIC_RESETPRIMASK(void)；
void NVIC_RESETFAULTMASK(void)；

　　上面两组函数要成对使用，不能交叉使用。

　　例如，第一种方法：

NVIC_SETPRIMASK()； //关闭总中断
NVIC_RESETPRIMASK()；//开放总中断

　　第二种方法：

NVIC_SETFAULTMASK()； //关闭总中断
NVIC_RESETFAULTMASK()；//开放总中断

　　常常使用第一种方法，但是在3.0的库中 已经不支持上面这两种方法了，而是使用下面这种方法：

#define CLI() __set_PRIMASK(1)
#define SEI() __set_PRIMASK(0)
__disable_irq(); //关闭总中断 { __ASM volatile ("cpsid i"); }
__enable_irq(); //开启总中断 { __ASM volatile ("cpsie i"); }

__set_PRIMASK(1);         //关闭STM32总中断
__set_PRIMASK(0);         //开启STM32总中断

 5、EXTI简介

　　外部中断/事件控制器(EXTI)管理了控制器的23个中断/事件线。每个中断/事件线都对应有一个边沿检测器，可以实现输入信号的上升沿检测和下降沿的检测。 EXTI可以实现对每个中断/事件线进行单独配置，可以单独配置为中断或者事件，以及触发事件的属性。

　　5.1、EXTI功能框图
　　EXTI的功能框图包含了EXTI最核心内容，掌握了功能框图，对EXTI就有一个整体的把握，在编程时就思路就非常清晰。见 EXTI功能框图 。

　　在图 EXTI功能框图 可以看到很多在信号线上打一个斜杠并标注“23”字样， 这个表示在控制器内部类似的信号线路有23个， 这与EXTI总共有23个中断/事件线是吻合的。所以我们只要明白其中一个的原理，那其他22个线路原理也就知道了。

　　EXTI可分为两大部分功能，一个是产生中断，另一个是产生事件，这两个功能从硬件上就有所不同。
　　首先我们来看图 EXTI功能框图 中红色虚线指示的电路流程。 它是一个产生中断的线路，最终信号流入到NVIC控制器内。
　　编号1是输入线，EXTI控制器有23个中断/事件输入线，这些输入线可以通过寄存器设置为任意一个GPIO，也可以是一些外设的事件， 这部分内容我们将在后面专门讲解。输入线一般是存在电平变化的信号。
　　编号2是一个边沿检测电路，它会根据上升沿触发选择寄存器(EXTI_RTSR)和下降沿触发选择寄存器(EXTI_FTSR)对应位的设置来控制信号触发。 边沿检测电路以输入线作为信号输入端，如果检测到有边沿跳变就输出有效信号1给编号3电路，否则输出无效信号0。而EXTI_RTSR和EXTI_FTSR两个寄存器可以控制需要检测哪些类型的电平跳变过程，可以是只有上升沿触发、只有下降沿触发或者上升沿和下降沿都触发。
　　编号3电路实际就是一个或门电路，它的一个输入来自编号2电路，另外一输入来自软件中断事件寄存器(EXTI_SWIER)。EXTI_SWIER允许我们通过程序控制就可以启动中断/事件线， 这在某些地方非常有用。我们知道或门的作用就是有”就为1，所以这两个输入随便一个有有效信号1就可以输出1给编号4和编号6电 路。
　　编号4电路是一个与门电路，它的一个输入编号3电路，另外一个输入来自中断屏蔽寄存器(EXTI_IMR)。与门电路要求输入都为1才输出1， 导致的结果如果EXTI_IMR设置为0时，那不管编号3电路的输出信号是1还是0，最终编号4电路输出的信号都为0；如果EXTI_IMR设置为1时， 最终编号4电路输出的信号才由编号3电路的输出信号决定，这样我们可以简单的控制EXTI_IMR来实现是否产生中断的目的。 编号4电路输出的信号会被保存到挂起寄存器(EXTI_PR)内，如果确定编号4电路输出为1就会把EXTI_PR对应位置1。
　　编号5是将EXTI_PR寄存器内容输出到NVIC内，从而实现系统中断事件控制。
　　接下来我们来看看绿色虚线指示的电路流程。它是一个产生事件的线路，最终输出一个脉冲信号。
　　产生事件线路是在编号3电路之后与中断线路有所不同，之前电路都是共用的。编号6电路是一个与门，它的一个输入编号3电路， 另外一个输入来自事件屏蔽寄存器(EXTI_EMR)。如果EXTI_EMR设置为0时，那不管编号3电路的输出信号是1还是0，最终编号6电路输出的信号都为0；如果EXTI_EMR设置为1时， 最终编号6电路输出的信号才由编号3电路的输出信号决定，这样我们可以简单的控制EXTI_EMR来实现是否产生事件的目的。
　　编号7是一个脉冲发生器电路，当它的输入端，即编号6电路的输出端，是一个有效信号1时就会产生一个脉冲；如果输入端是无效信号就不会输出脉冲。
　　编号8是一个脉冲信号，就是产生事件的线路最终的产物，这个脉冲信号可以给其他外设电路使用，比如定时器TIM、模拟数字转换器ADC等等。
　　产生中断线路目的是把输入信号输入到NVIC，进一步会运行中断服务函数，实现功能，这样是软件级的。 而产生事件线路目的就是传输一个脉冲信号给其他外设使用，并且是电路级别的信号传输，属于硬件级的。
　　另外，EXTI是在APB2总线上的，在编程时候需要注意到这点。

　　5.2、中断/事件线

　　EXTI有23个中断/事件线，每个GPIO都可以被设置为输入线，占用EXTI0至EXTI15，还有另外七根用于特定的外设事件，见表 EXTI中断/事件线。
　　七根特定外设中断/事件线由外设触发，具体用法参考《STM32F4xx中文参考手册》中对外设的具体说明。

　　EXTI中断/事件线

　　EXTI0至EXTI15用于GPIO，通过编程控制可以实现任意一个GPIO作为EXTI的输入源。由上表可知， EXTI0可以通过SYSCFG外部中断配置寄存器1(SYSCFG_EXTICR1)的EXTI0[3:0]位选择配置为PA0、PB0、PC0、PD0、PE0、PF0、PG0、PH0或者PI0， 见图 EXTI0输入源选择 。其他EXTI线(EXTI中断/事件线)使用配置都是类似的。

 

 

 

 

 

 

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