STM32中断

STM32的中断分两个类型：内核异常和外部中断。

内核异常不能够被打断，不能被设置优先级（它的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）。

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，它可配置优先级。外部中断的优先级分为两种：抢占优先级和响应优先级。

• 抢占优先级：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。
• 响应优先级：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。

配置 NVIC_Config() 函数

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M3内核里面的一个外设。NVIC负责除了SYSTICK之外的所有中断的控制。

NVIC_Config() 函数如下：

// 主要是配置中断源的优先级与打开使能中断通道
static void NVIC_Config(void)
{
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStruct ;

    // 配置中断优先级分组（设置抢占优先级和子优先级的分配），在函数在misc.c
    NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1) ;

    // 配置初始化结构体 在misc.h中
    // 配置中断源在stm32f10x.h中
    NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannel = KEY1_EXTI_IRQN ;
    // 配置抢占优先级
    NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1 ;
    // 配置子优先级
    NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0 ;
    // 使能中断通道
    NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE ;
    // 调用初始化函数
    NVIC_Init(&NVIC_InitStruct) ;

    // 对key2执行相同操作
    NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannel = KEY2_EXTI_IRQN ;
    NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1 ;
    NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1 ;
    NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE ;
    NVIC_Init(&NVIC_InitStruct) ;
}

配置 NVIC_Config() 的目的是选择中断源的优先级以及打开中断通道，主要功能通过配置 NVIC 初始化结构体 NVIC_InitStruct 来完成。通俗的讲，STM32中有很多中断，而当有多个中断同时发生时就涉及到中断执行的先后问题了，所以引入了中断优先级的概念，中断优先级越高中断就越先执行。在这里我们只讨论外部中断的优先级，在 NVIC 中有一个专门的寄存器：中断优先级寄存器 NVIC_IPRx ，它用来配置外部中断的优先级。优先级高低的比较包括抢占优先级和子优先级，先比较抢占优先级，如果抢占优先级相同就比较子优先级，从而得出中断之间的优先级高低。NVIC的主要任务就是给对应的中断源分配中断优先级。

NVIC_Config() 函数的内容：

1、设置中断优先级分组

中断优先级分组其实是确立一个大纲，中断优先级寄存器 NVIC_IPRx 中有4个位用来确定优先级，中断优先级的分组就是把这4个位分配在抢占优先级和子优先级中。比如设定一个位配置抢占优先级，其余三个位配置子优先级。通过函数 NVIC_PriorityGroupConfig() 来实现分组。

• NVIC_PriorityGroup_0：0 bit for 抢占优先级；4 bits for 子优先级；
• NVIC_PriorityGroup_1：1 bit for 抢占优先级；3 bits for 子优先级；
• NVIC_PriorityGroup_2：2 bits for 抢占优先级；2 bits for 子优先级；
• NVIC_PriorityGroup_3：3 bits for 抢占优先级；1 bit for 子优先级；
• NVIC_PriorityGroup_4：4 bits for 抢占优先级；0 bit for 子优先级；

void NVIC_PriorityGroupConfig(uint32_t NVIC_PriorityGroup)
{
    // 设置优先级分组
    SCB->AIRCR = AIRCR_VECTKEY_MASK | NVIC_PriorityGroup;
}

2、配置 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;

初始化结构体的作用是，收集中断源的信息（包括配置哪一个中断源、中断源的抢占优先级是多少、中断源的子优先级是多少、中断源的使能是否开启）。

• NVIC_IROChannel：用于设置中断源，不同的中断中断源不一样。在 stm32f10x.h 头文件里面的 IRQn_Type 结构体中定义包含了所有的中断源。
• NVIC_IRQChannelPreemptionPriority 和 NVIC_IRQChannelSubPriority 分别设置抢占优先级和子优先级，具体的值要根据中断优先级分组来确定。
• NVIC_IRQChannelCmd：设置中断使能（ENABLE）或失能（DISABLE），相当于一个总开关。

3、通过 NVIC 初始化函数将 NVIC 初始化结构体中的信息写入相应的寄存器中。

体现了固件库编程的优点，化繁为简，不需要深入到寄存器层次上，只需要掌握相应函数的配置即可。

配置 EXTI_Config() 函数

EXTI（External interrupt/event controller）：外部中断/事件控制器，它管理了控制器的20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的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。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。

下图是GPIO和EXTI的连接方式：

从上图中我们可以看出，一共有16个中断线：EXTI0~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，不能够同时响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。

GPIO占用了EXTI0~EXTI15，另外四根则用于特定的外设事件。

EXTI是一个有着多达20个接口的控制器，它可以为每一个接入接口的信号源配置中断（或事件）线、设置信号的检测方式、设置触发事件的性质。传入 EXTI 中的仅仅是一个信号，而 EXTI 的功能就是根据信号传入的事件线来对信号做出相应的处理，然后将处理后的信号转向 NVIC。它就像一个分拣机器，传入的东西经过筛选处理后被送往不同的地方，只是EXTI分拣的是信号。NVIC 是配置中断源，而EXTI 就是向NVIC传送中断信号。

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，路线1-2-4-5是产生中断的流程，20/代表着有20条相同的线路。

EXTI_Config() 函数如下：

// 主要是连接EXTI与GPIO
void EXTI_Config()
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct ;
    EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStruct ;

    NVIC_Config();

    // 初始化要与EXTI连接的GPIO
    // 开启GPIOA与GPIOC的时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(KEY1_EXTI_GPIO_CLK | KEY2_EXTI_GPIO_CLK, ENABLE) ;

    GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = KEY1_EXTI_GPIO_PIN ;
    GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING ;
    GPIO_Init(KEY1_EXTI_GPIO_PORT , &GPIO_InitStruct) ;

    GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = KEY2_EXTI_GPIO_PIN ;
    GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING ;
    GPIO_Init(KEY2_EXTI_GPIO_PORT , &GPIO_InitStruct) ;

    // 初始化EXTI外设
    // EXTI的时钟要设置AFIO寄存器
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE) ;
    // 选择作为EXTI线的GPIO引脚
    GPIO_EXTILineConfig( KEY1_GPIO_PORTSOURCE , KEY1_GPIO_PINSOURCE) ;
    // 配置中断or事件线
    EXTI_InitStruct.EXTI_Line = KEY1_EXTI_LINE ;
    // 使能EXTI线
    EXTI_InitStruct.EXTI_LineCmd = ENABLE ;
    // 配置模式：中断or事件
    EXTI_InitStruct.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt ;
    // 配置边沿触发 上升or下降
    EXTI_InitStruct.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Rising ;
    EXTI_Init(&EXTI_InitStruct) ;

    GPIO_EXTILineConfig( KEY2_GPIO_PORTSOURCE , KEY2_GPIO_PINSOURCE) ;
    EXTI_InitStruct.EXTI_Line = KEY2_EXTI_LINE ;
    EXTI_InitStruct.EXTI_LineCmd = ENABLE ;
    EXTI_InitStruct.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt ;
    EXTI_InitStruct.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Falling ;
    EXTI_Init(&EXTI_InitStruct);
}

上面部分分为三部分：

配置GPIO相应引脚、配置 EXTI 并连接GPIO引脚、传入 NVIC_Config()

1、配置GPIO相应引脚

该代码是通过按键产生一个电平信号，然后经EXTI处理传入NVIC产生中断的，所以要配置连接按键的GPIO引脚，主要是设置相应的引脚模式为浮空输入 。先开启相应GPIO的时钟，然后配置引脚初始化结构体，再利用初始化函数将初始化结构体写入寄存器中。

2、配置EXTI并连接GPIO引脚

要操作外设，首先要打开相关的时钟，EXTI挂载在APB2总线上，并且开启时钟时要操作AFIO寄存器。准备工作就绪后连接GPIO相应的引脚到EXTI中，前面说了EXTI有20个接口，所以特定的引脚有特定的接口，所以要根据 GPIO_EXTILineConfig() 函数选择用作EXTI线的GPIO引脚。

连接好GPIO引脚与EXTI后就该配置EXTI的初始化结构体，结构体如下：

typedef struct
{
     uint32_t EXTI_Line; // 中断/事件线
     EXTIMode_TypeDef EXTI_Mode; // EXTI 模式
     EXTITrigger_TypeDef EXTI_Trigger; // 触发类型
     FunctionalState EXTI_LineCmd; // EXTI 使能
 } EXTI_InitTypeDef;

配置此结构体主要是：选择相应的EXTI线、选择触发模式、选择产生的结果（中断/事件）、是否使能EXTI线。

• EXTI_Line：中断线选择，可选 EXTI_0 至 EXTI_19（共20个）。既然刚才配置好了与GPIO引脚对应的EXTI线，所以初始化结构体中的EXTI线就是与GPIO连接的那个线。
• EXTI_Mode：EXTI 模式选择，可选为产生中断或者产生事件。就是决定信号的发展方向。
• EXTI_Trigger：EXTI 边沿触发模式，可选上升沿触发、下降沿触发或者上升沿和下降沿都触发。
• EXTI_LineCmd：控制是否使能 EXTI 线，可选使能 EXTI 线或禁用。

初始化结构体配置完毕后交由初始化函数写入相应的寄存器中。

3、传入 NVIC_Config()

编写中断服务函数

中断的触发与处理及优先级定义都已经安排上了，最后就是编写中断函数的内容了，只要进入中断就会执行中断函数中的代码。STM32的中断服务函数不同于51单片机中的中断服务函数，STM32的所有中断函数都被安排了，每个中断都有其固定的名字，只有找到这个名字，在这个固定的函数名下编写中断服务函数才是有效的，所有中断函数的编写都要在 stm32f10x_it.c 中。

外设的中断服务函数的名字都存放在 startup_stm32f10x_xx.s 中。EXTI线0到EXTI线4线都是单独的中断函数名、EXTI线5到EXTI线9共用一个中断函数名、EXTI线10线到EXTI线15线共用一个中断函数名。

我们要做的就是以相应的EXTI线的中断函数名字来编写中断函数，如下：

void EXTI0_IRQHandler(void)
{
    if(  EXTI_GetITStatus(KEY1_EXTI_LINE)!=RESET)
    {
        LED1_TOGGLE;   //LED1的亮灭状态反转
    }

    EXTI_ClearITPendingBit(KEY1_EXTI_LINE);
}

void EXTI15_10_IRQHandler(void)
{
    if(  EXTI_GetITStatus(KEY2_EXTI_LINE)!=RESET)
    {
        LED2_TOGGLE;   //LED2的亮灭状态反转
    }

    EXTI_ClearITPendingBit(KEY2_EXTI_LINE);
}

每次进入中断函数后，靠 ITStatus EXTI_GetITStatus(uint32_t EXTI_Line) 读取中断是否执行，执行完之后要利用 void EXTI_ClearITPendingBit(uint32_t EXTI_Line) 清除中断标志位，以免不断进入中断。

#include "stm32f10x.h"
#include "bsp_led.h"
#include "bsp_key.h"

int main(void)
{
    LED_GPIO_Config();
    EXTI_Config();

    while(1)
    {
    }
}

　　

#ifndef __BSP_KEY_H
#define __BSP_KEY_H

#include "stm32f10x.h"

#define KEY1_EXTI_GPIO_CLK      RCC_APB2Periph_GPIOA
#define KEY1_EXTI_GPIO_PORT     GPIOA
#define KEY1_EXTI_GPIO_PIN      GPIO_Pin_0
#define KEY1_EXTI_IRQN          EXTI0_IRQn      /* 对应着引脚号 */
#define KEY1_EXTI_LINE          EXTI_Line0      /* 中断、事件线对应引脚号 */
#define KEY1_GPIO_PORTSOURCE    GPIO_PortSourceGPIOA
#define KEY1_GPIO_PINSOURCE     GPIO_PinSource0
#define  KEY1_EXTI_IRQHANDLER       EXTI0_IRQHandler

#define KEY2_EXTI_GPIO_CLK      RCC_APB2Periph_GPIOC
#define KEY2_EXTI_GPIO_PORT     GPIOC
#define KEY2_EXTI_GPIO_PIN      GPIO_Pin_13
#define KEY2_EXTI_IRQN          EXTI15_10_IRQn
#define KEY2_EXTI_LINE          EXTI_Line13
#define KEY2_GPIO_PORTSOURCE    GPIO_PortSourceGPIOC
#define KEY2_GPIO_PINSOURCE     GPIO_PinSource13
#define  KEY2_EXTI_IRQHANDLER       EXTI15_10_IRQHandler

void EXTI_Config(void);

#endif

　　

#ifndef __BSP_LED_H
#define __BSP_LED_H

#include "stm32f10x.h"

#define LED1_GPIO_CLK   RCC_APB2Periph_GPIOC   /*时钟*/
#define LED1_GPIO_PORT  GPIOC                  /*端口*/
#define LED1_GPIO_PIN   GPIO_Pin_2             /*引脚*/

#define LED2_GPIO_PIN   GPIO_Pin_3
#define LED2_GPIO_CLK   RCC_APB2Periph_GPIOC
#define LED2_GPIO_PORT  GPIOC

#define digitalTOGGLE(p,i)     {p->ODR ^=i;}
#define LED1_TOGGLE            digitalTOGGLE(LED1_GPIO_PORT,LED1_GPIO_PIN)
#define LED2_TOGGLE            digitalTOGGLE(LED2_GPIO_PORT,LED2_GPIO_PIN)  /* LED状态反转 */
void LED_GPIO_Config(void);                   

#endif