代码收藏家 STM32中断机制详解及其运用介绍
文章目录
1. 什么是中断
打断CPU执行正常的程序，转而处理紧急程序，然后返回原暂停的程序继续运行，就叫中断
1.1 中断的作用和意义
实时控制：在确定时间内对相应事件作出响应，如：温度监控
故障处理：检测到故障，需要第一时间处理，如：电梯门夹人了
数据传输：不确定数据何时会来，如：串口数据接收
中断的意义：高效处理紧急程序，不会一直占用CPU资源
1.2 STM32 GPIO外部中断简图
2. NVIC
2.1 NVIC基本概念
NVIC 即嵌套向量中断控制器，全称 Nested vectored interrupt controller，属于内核（M3/4/7）。作用是对STM32中的中断进行管理，因为内核中的中断数量很多，当同时出现多个中断时，应该优先处理哪个中断，哪里后处理，都要靠NVIC 进行控制。M3 内核都是支持 256 个中断，其中包含了 16 个系统中断和 240 个外部中断，并且具有 256 级的可编程中断设置。
NVIC支持：256个中断（16个内核+240个外部）；支持256个优先级。
ST公司用不到M3内核中的所有中断以及中断优先级，进而对其进行了一定的裁剪。STM32中共有10个内核中断，60个外部中断，16个中断优先级；
什么是中断向量表？
定义一块固定的内存，以4字节对齐，存放各个中断服务函数程序的首地址。中断向量表定义在启动文件 .s里面，当发生中断，CPU会自动执行对应的中断服务函数
具体可参考:STM32F103的中文参考手册，9.1.2中断和异常向量
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2.2 NVIC相关寄存器介绍
NVIC相关的寄存器有很多，但是重要的有以下几个，也是需要进行掌握的：
1、ISER与ICER寄存器共有32*8=256,用于控制240个中断的打开与关闭；
2、AIRCR寄存器，位10、9、8三位用于控制优先级的分组，三位共2的3次方=8种，取其中的5组作为中断优先级的分组情况；
3、IPR寄存器，用于控制中断的优先级，包括抢占优先级与响应优先级，高4位控制，至于哪几位控制抢占，哪几位控制响应，由AIRCR寄存器说了算；
4、NVIC还有：中断挂起，解挂，激活标志等非常用功能
2.3 NVIC工作原理
工作原理:
当外部被出发时，首先进入ICER、ISER寄存器，用于控制是否开对应的中断，打开的中断进入IPR寄存器，进行中断优先级的判断，IPR寄存器受AIRCR寄存器控制，最后按照中断优先级依次进入CPU被执行。
内核中断由SHPR寄存器控制，SHPR与IPR寄存器属于同一级别；
2.4 STM32中断优先级基本概念
- 抢占优先级(pre)：高抢占优先级可以打断正在执行的低抢占优先级中断
- 响应优先级(sub)：当抢占优先级相同时，响应优先级高的先执行，但是不能互相打断
- 抢占和响应都相同的情况下，自然优先级越高的，先执行
- 自然优先级：中断向量表的优先级
- 数值越小，表示优先级越高
2.5 STM32中断优先级分组
在前面我们说过AIRCR寄存器，位10、9、8三位用于控制优先级的分组，但是只取其中的五组优先级分组；IPR寄存器，用于控制中断的优先级，包括抢占优先级与响应优先级，高4位控制，如下表所示：
在一个工程中，一般只设置一次中断优先级分组（AIRCR寄存器）；
2.6 STM32 NVIC的使用
1、设置中断分组：AIRCR寄存器[10:8]; HAL_NVIC_SetPriorityGrouping();
2、设置中断优先级：IPR寄存器[7:4]； HAL_NVIC_SetPriority()；
3、使能中断：ISER寄存器； HAL_NVIC_EnableIRQ();
3.EXTI
3.1 EXTI基本概念
全称：外部(扩展)中断事件控,External(Extended) interrupt/event Controller;包含20个产生事件/中断请求的边沿检测器，即20条EXIT线；
EXIT线说明：
0-15：对应GPIO_PIN 0-15中断;
16：PVD输出；
17：RTC闹钟事件；
18：USB唤醒事件;
19:连接到以太网唤醒事件(只适用于互联型产品)
中断和事件的理解 :
中断：要进入NVIC，有相应的中断服务函数，需要CPU处理；
事件：不进入NVIC，仅用内部硬件自动控制，TIM，DMA，ADC等
3.2 EXTI主要特性
F1/F4/F7系列：
每条EXTI线都可以单独配置：选择类型（中断或者事件）、触发方式（上升沿，下降沿或者双边沿触发）、支持软件触发、开启/屏蔽、有挂起状态位。
H7系列：
由其它外设对 EXTI 产生的事件分为可配置事件和直接事件。
可配置事件：简单概括，基本和F1/F4/F7系列类似
直接事件：固定上升沿触发、不支持软件触发、无挂起状态位（由其它外设提供）
3.3 EXTI工作原理（F1/F4/F7）
具体请看正点原子：https://www.bilibili.com/video/BV1bv4y1R7dp?p=58&vd_source=cb8a23293b3fea6c0995c109c4c109fc
3.4 EXIT相关寄存器
对于外部中断来说，我们只需要掌握其中四个寄存器：上升沿触发选择寄存器(EXTI_RTSR)、下降沿触发选择寄存器(EXTI_FTSR)、挂起寄存器(EXTI_PR)与中断屏蔽寄存器(EXTI_IMR)。
3.4.1 上升沿触发选择寄存器(EXTI_RTSR)
该寄存器主要用于控制输入线进来的输入信号，上升沿时是否在边沿检测电路被检测出，20位共控制20条EXIT线；
3.4.2 上升沿触发选择寄存器(EXTI_RTSR)
该寄存器主要用于控制输入线进来的输入信号，下升沿时是否在边沿检测电路被检测出，20位共控制20条EXIT线；
3.4.3 挂起寄存器(EXTI_PR)
该寄存器的作用主要有两个：
1.检测外部中断线上是否发生了选择的边沿事件，如果发生了，该位置1，并将信号传递给 与门电路，进而进入NVIC中；
2.在该位手动（软件）写入1，可以清除之前中断信号的1，主要作用是进入中断后，清除中断位，防止多次进入中断；
3.4.4 中断屏蔽寄存器(EXTI_IMR)
该寄存器的主要作用只有一个，就是是否允许来自中断线上的中断信号进入NVIC中断控制器。
4.EXTI和IO映射关系
4.1 AFIO简介（F1）
Alternate Function IO，即复用功能IO，主要用于重映射和外部中断映射配置
eg：SYSCFG_EXTICR1~4，配置EXTI中断线0-15对应具体哪个IO口
4.2 SYSCFG简介（F4/F7/H7）
System configuration controller，即系统配置控制器，用于外部中断映射配置。
4.3 EXTI与IO对应关系
EXTI 线 0~15：对应外部 IO 口的输入中断，中断线每次只能连接到 1 个 IO 口上， 这样就需要通过配置决定对应的中断线配置到哪个 GPIO 上了。
GPIO 和中断线映射关系是在寄存器 AFIO_EXTICR1 ~ AFIO_EXTICR4 中配置的
5.如何使用中断
5.1 中断的使用步骤
上述中断步骤共有两条线路，一条为GPIO外部中断的工作流程，即EXIT线（0-15）的工作流程，另外一条为其他外设中断的工作流程，即EXIT线（16-19）的工作流程。
5.1 中断的使用步骤
中断线 0-4，每个中断线对应一个中断函数，中断线 5-9 共用中断函数EXTI9_5_IRQHandler， 中断线 10-15共用中断函数 EXTI15_10_IRQHandler。
6.通过外设驱动模型（四步法）
7.HAL库中断回调处理机制介绍
作者：XxxMyGoddess
