第7章 中断应用介绍

第七章 中断应用介绍

1. 异常类型

F103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8个（如果把Reset和HardFault也算上的话就是10个）， 外部中断有60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stm32f10x.h这个头文件查询到，在IRQn_Type这个结构体里面包含了F103系列全部的异常声明。

• F103系统异常清单

• F103外部中断清单

更多内容参考：STM32中的异常与中断（理论）_stm32 异常种类-CSDN博客

2. NVIC简介

在讲如何配置中断优先级之前，我们需要先了解下NVIC。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-M3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-M3的NVIC的一个子集。

更多内容：嵌套向量中断控制器（NVIC）详解 - Rane - 博客园 (cnblogs.com)

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，给每个寄存器都预留了很多位，恐怕为的是日后扩展功能。 不过STM32F103可用不了这么多，只是用了部分而已。

// NVIC结构体定义，来自固件库头文件：core_cm3.h
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;

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_cm3.h的最后，还提供了NVIC的一些函数，这些函数遵循CMSIS规则，只要是Cortex-M3 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。

更多内容参考：【STM32】2-STM32中断系统（NVIC）_中断控制器nvic-CSDN博客

3. 优先极简介

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，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CM3芯片都会精简设计， 以致实际上支持的优先级数减少，在F103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，F103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。

// 中断优先级分组库函数NVIC_PriorityGroupConfig()
/**
* 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;
}

更多内容参考：stm32 优先级分组_stm32优先级分组-CSDN博客

4. 中断编程

在配置每个中断的时候一般有3个编程要点：

1. 使能外设某个中断，这个具体由每个外设的相关中断使能位控制。比如串口有发送完成中断，接收完成中断，这两个中断都由串口控制寄存器的相关中断使能位控制。

2. 初始化NVIC_InitTypeDef结构体，配置中断优先级分组，设置抢占优先级和子优先级， 使能中断请求。NVIC_InitTypeDef结构体在固件库头文件misc.h中定义。

// NVIC初始化结构体
typedef struct {
    uint8_t NVIC_IRQChannel;                    // 中断源
    uint8_t NVIC_IRQChannelPreemptionPriority;  // 抢占优先级
    uint8_t NVIC_IRQChannelSubPriority;         // 子优先级
    FunctionalState NVIC_IRQChannelCmd;         // 中断使能或者失能
} NVIC_InitTypeDef;

有关NVIC初始化结构体的成员我们一一解释下：

• NVIC_IROChannel：用来设置中断源，不同的中断中断源不一样，且不可写错，即使写错了程序也不会报错，只会导致不响应中断。 具体的成员配置可参考stm32f10x.h头文件里面的IRQn_Type结构体定义，这个结构体包含了所有的中断源。

// IRQn_Type中断源结构体

typedef enum IRQn {
    //Cortex-M3 处理器异常编号
    NonMaskableInt_IRQn      = -14,
    MemoryManagement_IRQn    = -12,
    BusFault_IRQn            = -11,
    UsageFault_IRQn          = -10,
    SVCall_IRQn              = -5,
    DebugMonitor_IRQn        = -4,
    PendSV_IRQn              = -2,
    SysTick_IRQn             = -1,
    //STM32 外部中断编号
    WWDG_IRQn                = 0,
    PVD_IRQn                 = 1,
    TAMP_STAMP_IRQn          = 2,

    // 限于篇幅，中间部分代码省略，具体的可查看库文件stm32f10x.h

    DMA2_Channel2_IRQn       = 57,
    DMA2_Channel3_IRQn       = 58,
    DMA2_Channel4_5_IRQn     = 59
} IRQn_Type;

• NVIC_IRQChannelPreemptionPriority：抢占优先级，具体的值要根据优先级分组来确定

• NVIC_IRQChannelSubPriority：子优先级，具体的值要根据优先级分组来确定

• NVIC_IRQChannelCmd：中断使能（ENABLE）或者失能（DISABLE）。 操作的是NVIC_ISER和NVIC_ICER这两个寄存器。

3. 编写中断函数

在启动文件startup_stm32f10x_hd.s中我们预先为每个中断都写了一个中断服务函数，只是这些中断函数都是为空，为的只是初始化中断向量表。 实际的中断服务函数都需要我们重新编写，为了方便管理我们把中断服务函数统一写在stm32f10x_it.c这个库文件中。

关于中断服务函数的函数名必须跟启动文件里面预先设置的一样，如果写错，系统就在中断向量表中找不到中断服务函数的入口， 直接跳转到启动文件里面预先写好的空函数，并且在里面无限循环，实现不了中断。

5. 小结

我们学过51知道中断无非就是让CPU优先处理某个事件（正常工作->触发中断->进入中断函数->中断执行完毕->回到正常工作状态）

我们也可以拿一个例子来说明一下：

// 配置嵌套向量中断控制器NVIC
static void NVIC_Configuration(void)
{
  NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure; // 定义NVIC初始化结构体变量
  // 1.嵌套向量中断控制器组选择
  NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
  // 2.配置USART为中断源
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = DEBUG_USART_IRQ;
  // 3.设置抢占优先级和子优先级
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;
  // 4.使能中断
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
  // 5.初始化配置NVIC
  NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}

怎么使用NVIC呢？如上面的代码所示，注释已经写的很清楚了，核心也就是那个NVIC初始化结构体了，配置中断源，抢占优先级，子优先级，我们已学习为目的的话，工程中控制器组，抢占，子优先都可以随意选择

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2024.8.20 第一次修订，后期不再维护

2024.12.18 修补内容