STM32的中断和事件

学习单片机一贯的套路，搞完时钟和GPIO就要折腾中断了。

1. 中断和异常的区别

1.1 中断是指系统停止当前正在运行的程序转而其他服务，可能是程序接收了比自身高优先级的请求，或者是人为设置中断，中断是属于正常现象。
1.2 异常是指由于cpu本身故障、程序故障或者请求服务等引起的错误，异常属于不正常现象。

Cortex-M3内核总共支持256个中断，其中包含16个内核异常和240个外部中断，但是各个芯片产商在设计芯片的时候会对CM3内核的芯片进行精简设计，如STM32F103系列，所搭载的异常响应系统，包含10个系统异常和60个外部中断，用一张表将它们管理起来，编号0~15位系统异常，16以上称为外部中断。

系统异常清单：

外部中断清单：

…

外部中断信号从核外发出，信号最终要传递到NVIC(嵌套向量中断控制器)。NVIC跟内核紧密耦合，它控制着整个芯片中断的相关功能。

2. 中断优先级

STM32支持两种优先级：抢占优先级和子优先级。所有优先级可编程的中断源都需要指定这两种优先级。
抢占优先级决定是否可以产生中断嵌套，子优先级决定中断响应顺序，若两种优先级一样则看中断源在中断向量表中的偏移量，偏移量小的先响应。
对这句话的解释为：

(1)抢占优先级高的中断源可以中断抢占优先级低的中断处理函数，进而执行高优先级的中断处理函数，执行完毕后再继续执行被中断的低优先级的处理函数。(2)当两个中断源的抢占优先级相同时，即这两个中断将没有嵌套关系，当一个中断到来后，若此时cpu正在处理另一个中断，则这个后到来的中断就要等到前一个中断处理函数处理完毕后才能被处理，当这两个中断同时到达，则中断控制器会根据它们的子优先级决定先处理哪个。(3)如果它们的抢占优先级和子优先级都相等，则根据它们在中断表中的排位顺序决定先处理哪一个。

每个中断源都需要被指定抢占优先级和子优先级，自然需要相应的寄存器来记录。在NVIC中有一个专门处理中断优先级的寄存器NICV_IPRx，用于配置中断源的优先级。IPR的宽度为8Bit，对于CM3内核来说，因为它支持的中断源为256个，那么原则上每个外部中断源可配置的优先级位0~255，数值越小优先级越高。但是因为绝大多数CM3芯片都会精简设计，所以不会使用到全部位，在STM32F103中只使用4Bit。

注意，个别系统系统的优先级是固定的，所以它们的中断优先级是不可编程的。

2.1 CM3核的优先级分组方式
CM3中定义了8个Bit用于设置中断源的优先级，这8个Bit可以分配为：

(1)8bit用于响应优先级(2)最高1位用于指定抢占优先级，最低7位用于执行子优先级(3)最高2位用于指定抢占优先级，最低6位用于执行子优先级(4)最高3位用于指定抢占优先级，最低5位用于执行子优先级(5)最高4位用于指定抢占优先级，最低4位用于执行子优先级(6)最高5位用于指定抢占优先级，最低3位用于执行子优先级(7)最高6位用于指定抢占优先级，最低2位用于执行子优先级(8)最高7位用于指定抢占优先级，最低1位用于执行子优先级

CM3核的优先级分组方式，使用的设置函数

NVIC_SetPriorityGrouping()

在Libraries\CMSIS\CM3\CoreSupport\core_cm3.h文件中实现：

static __INLINE void NVIC_SetPriorityGrouping(uint32_t PriorityGroup){  uint32_t reg_value;  uint32_t PriorityGroupTmp = (PriorityGroup & 0x07);                         /* only values 0..7 are used          */  reg_value  =  SCB->AIRCR;                                                   /* read old register configuration    */  reg_value &= ~(SCB_AIRCR_VECTKEY_Msk | SCB_AIRCR_PRIGROUP_Msk);             /* clear bits to change               */  reg_value  =  (reg_value                       |                (0x5FA << SCB_AIRCR_VECTKEY_Pos) |                 (PriorityGroupTmp << 8));                                     /* Insert write key and priorty group */  SCB->AIRCR =  reg_value;}

该函数写在.h文件中，且声明为内联函数(__INLINE)，内联函数跟宏替换差不多，可以避免函数调用的压栈出栈等开销。PriorityGroup的取值为0~7。

2.2 STM32的优先级分组方式
CM3核的优先级分组方式是针对256个中断全部用上的场合，但是Cortex-M3也允许在具有较少中断源时用较少的寄存器位指定中断源的优先级。STM32并没有使用Cortex-M3内核嵌套向量中断全套东西，而是使用了它的一部分：

(1)STM32F103系列有16个内核异常和60个外部中断(2)STM32F107系列有16个内核异常和68个外部中断

STM32的优先级分组使用标准库函数

NVIC_PriorityGroupConfig()

该函数在Libraries\STM32F10x_StdPeriph_Driver\src\misc.c中实现：

void NVIC_PriorityGroupConfig(uint32_t NVIC_PriorityGroup){  /* Check the parameters */  assert_param(IS_NVIC_PRIORITY_GROUP(NVIC_PriorityGroup));  /* Set the PRIGROUP[10:8] bits according to NVIC_PriorityGroup value */  SCB->AIRCR = AIRCR_VECTKEY_MASK | NVIC_PriorityGroup;}

可见，这个函数也是在设置SCB->AIRCR寄存器，只是这里的取值为：

(1)NVIC_PriorityGroup_0：0bit for 抢占优先级，4bit for 子优先级,即有2的4次方个子优先级(2)NVIC_PriorityGroup_1：1bit for 抢占优先级，3bit for 子优先级,即有2的3次方个子优先级(3)NVIC_PriorityGroup_2：2bit for 抢占优先级，2bit for 子优先级,即有2的2次方个子优先级(4)NVIC_PriorityGroup_3：3bit for 抢占优先级，1bit for 子优先级,即有2的1次方个子优先级(5)NVIC_PriorityGroup_4：4bit for 抢占优先级，0bit for 子优先级,即有2的0次方个子优先级

3. NVIC操作相关函数

NVIC的描述结构体在core_cm3.h中：

typedef struct{  __IO uint32_t ISER[8];        /* 中断使能寄存器(Interrupt Set Enable Register)，Offset: 0x000 */       uint32_t RESERVED0[24];                                     __IO uint32_t ICER[8];        /* 中断清除寄存器(Interrupt Clear Enable Register)，Offset: 0x080 */       uint32_t RSERVED1[24];                                      __IO uint32_t ISPR[8];        /* 中断使能挂起寄存器(Interrupt Set Pending Register)，Offset: 0x100 */       uint32_t RESERVED2[24];                                     __IO uint32_t ICPR[8];        /* 中断清除挂起寄存器(Interrupt Clear Pending Register)，Offset: 0x180 */       uint32_t RESERVED3[24];                                     __IO uint32_t IABR[8];        /* 中断有效位寄存器(Interrupt Active bit Register )，Offset: 0x200 */       uint32_t RESERVED4[56];                                     __IO uint8_t  IP[240];        /* 中断优先级寄存器(Interrupt Priority Register)，Offset: 0x300 (8Bit wide) */       uint32_t RESERVED5[644];                                    __O  uint32_t STIR;           /* 软中断触发寄存器(Software Trigger Interrupt Register)，Offset: 0xE00 */}  NVIC_Type;

编程中常用的是ISER、ICER和IP这三个寄存器。ISER和ICER分别用于enable、disable中断，IP用于控制中断优先级。
同在core_cm3.h中，定义了对结构体成员的操作函数，这是针对Cortex-M3内核芯片都适用的函数：

(1)设置优先级分组寄存器: NVIC_SetPriorityGrouping(uint32_t PriorityGroup)(2)从NVIC中断控制器得到优先级分组设置值: NVIC_GetPriorityGrouping(void)(3)使能中断: NVIC_EnableIRQ(IRQn_Type IRQn) (4)失能中断: NVIC_DisableIRQ(IRQn_Type IRQn) (5)获取挂起中断编号: NVIC_GetPendingIRQ(IRQn_Type IRQn) (6)设置中断挂其位: NVIC_SetPendingIRQ(IRQn_Type IRQn) (7)清除中断挂起位: NVIC_ClearPendingIRQ(IRQn_Type IRQn) (8)NVIC_GetActive(IRQn_Type IRQn)(9)设置中断源的中断优先级: NVIC_SetPriority(IRQn_Type IRQn, uint32_t priority) (10)获取中断源的中断优先级: NVIC_GetPriority(IRQn_Type IRQn) (11)编码一个中断的优先级，不知道干嘛: NVIC_EncodePriority (uint32_t PriorityGroup, uint32_t PreemptPriority, uint32_t SubPriority)(12)解码一个中断的优先级，不知道干嘛: NVIC_DecodePriority (uint32_t Priority, uint32_t PriorityGroup, uint32_t* pPreemptPriority, uint32_t* pSubPriority) (13)系统复位: NVIC_SystemReset(void)

在外设库misc.h定义了针对STM32的NVIC的初始化描述结构体：

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;

misc.c也定义了针对STM32的NVIC的操作函数：

(1)设置优先级分组寄存器: NVIC_PriorityGroupConfig(uint32_t NVIC_PriorityGroup)(2)初始化NVIC_InitTypeDef类的结构体: NVIC_Init(NVIC_InitTypeDef* NVIC_InitStruct)(3)设置中断向量表位置和偏移: NVIC_SetVectorTable(uint32_t NVIC_VectTab, uint32_t Offset)系统可以选择从SRAM启动，也可以选择从flash启动，对应的启动地址会映射到0地址处，而中断向量表是要被放在0地址处的，所以要将中      断向量表放在SRAM/flash的起始位置。函数参数一的取值为NVIC_VectTab_RAM/NVIC_VectTab_FLASH，参数二的取值必须是0x200的整数倍(STM32就是这么规定的)。(4)选择进入低功耗模式的条件: NVIC_SystemLPConfig(uint8_t LowPowerMode, FunctionalState NewState) 参数一取值NVIC_LP_SEVONPEND/NVIC_LP_SLEEPDEEP/NVIC_LP_SLEEPONEXIT，参数二取值ENABLE/DISABLE

4. EXTI–外部中断和事件控制器

EXTI有20个中断/事件线，每个GPIO都可以被设置为中断/事件的输入线，占用EXTI0~EXTI15，还有另外4根用于特定的外设事件的EXTI16~EXTI19：

注意，EXTIx与GPIOx的对应关系，EXTI0只能和P[x]0绑定(x = A、B、C、D…)，

实现绑定操作的函数声明位于标准库Libraries\STM32F10x_StdPeriph_Driver\inc\stm32f10x_gpio.h中：

GPIO_EXTILineConfig(uint8_t GPIO_PortSource, uint8_t GPIO_PinSource)参数一GPIO_PortSource的取值为GPIO_PortSourceGPIOx (x = A..G)，参数二GPIO_PinSource的取值为GPIO_PinSourcex(x = 0..15)

这个函数在一般初始化EXTI寄存器时候调用。因为外部中断是GPIO引脚的复用功能，所以同时要开启GPIO复用功能的时钟：

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE)

5. EXTI描述结构体的初始化

EXTI描述结构体声明在标准外设库Libraries\STM32F10x_StdPeriph_Driver\inc\stm32f10x_exti.h中：

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

与EXTI操作相关的函数有：

(1)去除EXTI_InitTypeDef结构体的初始化：EXTI_DeInit(void)(2)初始化EXTI_InitTypeDef结构体： EXTI_Init(EXTI_InitTypeDef* EXTI_InitStruct) (3)默认初始化：EXTI_StructInit(EXTI_InitTypeDef* EXTI_InitStruct) (4)EXTI_GenerateSWInterrupt(uint32_t EXTI_Line) 产生一个软件中断(5)获取产生中断的标志：EXTI_GetFlagStatus(uint32_t EXTI_Line)                    EXTI_GetITStatus(uint32_t EXTI_Line)(6)清除中断产生标志：EXTI_ClearFlag(uint32_t EXTI_Line)                   EXTI_ClearITPendingBit(uint32_t EXTI_Line)

获取/清除产生中断的标志的实现是一样的，但是为什么要分成两组函数？
也许这是STM32标准外设库设计者出自于为兼容性考虑吧。有的ARM芯片的中断体系分为两层，也就是说中断信号要抵达NVIC需要两层筛选，同理清除中断标志也需要清除两层。但是在CM3核的ARM只设计了一层，STM32为了兼容其他芯片，依旧还是将函数设计成两层，只不过这两层的实现体是一致的。

6. 编程实现按键中断

下来编程操作STM32的中断。未能免俗，还是以按键中断为例。
实验采用正点原子miniSTM32硬件平台，

按键KEY0(PC5)和KEY1(PA15)的原理图：

LED0(PA8)和LED1(PD2)的原理图：

实验实现按键产生外部中断，在中断处理函数中实现反向控制LED灯。编程的要点为：

(1)初始化用来产生中断信号的GPIO(2)初始化中断/事件控制器EXTI(3)配置NVIC(4)编写中断服务函数

EXTI用于设置中断源的触发方式、中断/事件类型和具体是哪一个中断源。
中断信号产生后最终传递到NVIC，NVIC控制中断源优先级、中断线通道等，以便比对中断信号、根据优先级调用中断服务函数。
实验采用MDK4集成开发环境，工程的目录结构如下：

exti_led.h声明实验中用到的函数：

#ifndef __EXTI_LED_H__#define __EXTI_LED_H__#include "stm32f10x_conf.h"void TimeDelay(void);void Led_CfgInit(void);void Exti_CfgInit(void);void NVIC_CfgInit(void);void Key_CfgInit(void);#endif /* __EXTI_LED_H__ */

mian.c实现各个功能模块：
(1)初始化外接LED的GPIO引脚

//PA8-->LED0,PD2-->LED1void Led_CfgInit(void){    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitTypeStu;    //开启PA和PD端口的时钟    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_GPIOD, ENABLE);    //初始化PA8引脚为推挽输出    GPIO_InitTypeStu.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;    GPIO_InitTypeStu.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8;    GPIO_InitTypeStu.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitTypeStu);    GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_8);         //LED0初始状态为灭    //初始化PD2引脚为推挽输出    GPIO_InitTypeStu.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2;    GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitTypeStu);    GPIO_SetBits(GPIOD,GPIO_Pin_2);         //LED1初始状态为灭}

(2)初始化外接按键的引脚

void Key_CfgInit(void){    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitTypeStu;    //开启PC和PA的时钟    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC | RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);    //初始化PC5为上拉输入    GPIO_InitTypeStu.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU; // GPIO_Mode_IN_FLOATING;       GPIO_InitTypeStu.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5;    GPIO_InitTypeStu.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;    GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitTypeStu);    //初始化PA15为上拉输入    GPIO_InitTypeStu.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU; // GPIO_Mode_IN_FLOATING;       GPIO_InitTypeStu.GPIO_Pin = GPIO_Pin_15;    GPIO_InitTypeStu.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitTypeStu);}

一开始我是设置PC5和PA15为浮空输入的，因为只需要考虑到按键按下是低电平，但是实验表明，浮空输入并不能确定引脚状态，即使在按键按下以后也不能触发中断，所以还是要将它们设置为上拉/下拉输入。

(3)初始化EXTI

void Exti_CfgInit(void){    EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStu;      RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);    //EXTI5    GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOC, GPIO_PinSource5); //将具体GPIO和外部中断事件线绑定    EXTI_InitStu.EXTI_Line = EXTI_Line5;    EXTI_InitStu.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;               //中断模式    EXTI_InitStu.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Rising;            //上升沿触发    EXTI_InitStu.EXTI_LineCmd = ENABLE;    EXTI_Init(&EXTI_InitStu);    //EXTI15    GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOA, GPIO_PinSource15);        EXTI_InitStu.EXTI_Line = EXTI_Line15;    EXTI_InitStu.EXTI_LineCmd = ENABLE;    EXTI_Init(&EXTI_InitStu);}

GPIO用于传输外部中断信号属于GPIO复用部分的功能，所以需要打开RCC_APB2Periph_AFIO的时钟。

(4)初始化NVIC

void NVIC_CfgInit(void){    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitTypeStu;    NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);         //设置中断分组    NVIC_InitTypeStu.NVIC_IRQChannel = EXTI9_5_IRQn;        //外部中断线EXTI5属于共享中断    NVIC_InitTypeStu.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1; //抢占优先级    NVIC_InitTypeStu.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;        //子优先级    NVIC_InitTypeStu.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;       NVIC_Init(&NVIC_InitTypeStu);    NVIC_InitTypeStu.NVIC_IRQChannel = EXTI15_10_IRQn;      //外部中断线EXTI15属于共享中断    NVIC_InitTypeStu.NVIC_IRQChannelSubPriority = 2;    NVIC_Init(&NVIC_InitTypeStu);}

(5)延时函数，这里只是简单延时，并没有精准计算

void TimeDelay(void){    int i, j;    for (i = 0; i < 100; i++)        for (j = 0; j < 1000; j++);}

(6)main函数

int main(void){    Led_CfgInit();    Key_CfgInit();    Exti_CfgInit();    NVIC_CfgInit();    while(1);    return 0;}

当用户按下KEY0时，会进入EXTI9_5_IRQHandler()处理函数中，按下KEY1则进入EXTI15_10_IRQHandler()处理函数。这两个函数名是在启动文件写的，详细可参考文章http://blog.csdn.net/qq_29344757/article/details/74932235。处理函数的实现如下：

void EXTI9_5_IRQHandler(void){       //int i = 50;    TimeDelay();    //延时去抖动    if (!GPIO_ReadInputDataBit(GPIOC, GPIO_Pin_5) && EXTI_GetFlagStatus(EXTI_Line5))    {        GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_8, ((BitAction)!GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_8)));        //清中断        //EXTI_ClearFlag(EXTI_Line5);        EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line5);    }}void EXTI15_10_IRQHandler(void){       TimeDelay();    //延时去抖动    if (!GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_15) && EXTI_GetFlagStatus(EXTI_Line15))    {        GPIO_WriteBit(GPIOD, GPIO_Pin_2, ((BitAction)!GPIO_ReadInputDataBit(GPIOD, GPIO_Pin_2)));        //清中断        //EXTI_ClearFlag(EXTI_Line15);        EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line15);    }}

函数可在用户自定义的文件实现，也可以在标准库提供的工程模板文件stm32f10x_it.c中实现。由于是共享中断，所以需要调用EXTI_GetFlagStatus()函数来判断是否为目的中断源。其实在其他很多非共享中断的场合也有使用EXTI_GetFlagStatus()函数判断目的中断源，无关紧要了。

STM32的中断系统非常强大，每一个外设都可以产生中断。关于STM32中断/事件部分的学习就先告一段落，详细内容可参考STM32F10X-中文参考手册》、《 Cortex-M3 内核编程手册》的4.3章节。下一个学习任务–系统定时器SysTick。