Cortex-M3 NVIC与中断控制

一、NVIC概览 ——嵌套中断向量表控制器

     NVIC 的寄存器以存储器映射的方式来访问，除了包含控制寄存器和中断处理的控制逻辑之外， NVIC 还包含了 MPU、 SysTick 定时器以及调试控制相关的寄存器。

NVIC 共支持 1 至 240 个外部中断输入（通常外部中断写作 IRQs）。具体的数值由芯片厂商在设计芯片时决定。此外， NVIC 还支持一个“永垂不朽”的不可屏蔽中断（ NMI）输入。

            NVIC 的访问地址是 0xE000_E000。所有 NVIC 的中断控制/状态寄存器都只能在特权级下访问。不过有一个例外——软件触发中断寄存器可以在用户级下访问以产生软件中断。所有的中断控制／状态寄存器均可按字／半字／字节的方式访问。

 

二、中断配置

寄存器

名称

类型

地址

复位值

ICTR

中断控制类型寄存器

只读

0xE000E004

由配置定义

STIR

软件触发中断寄存器

只写

0xE000EF00

—

NVIC_ISER0~NVIC_ISER15

中断置使能寄存器

可读可写

0xE000E100~0xE000E13C

0x00000000

NVIC_ICER0~NVIC_ICER15

中断清使能寄存器

可读可写

0xE000E180~0xE000E1BC

0x00000000

NVIC_ISPR0~NVIC_ISPR15

中断置请求寄存器

可读可写

0xE000E200~0xE000E23C

0x00000000

NVIC_ICPR0~NVIC_ICPR15

中断清请求寄存器

可读可写

0xE000E300~0xE000E2BC

0x00000000

NVIC_IABR0~NVIC_IABR15

中断活跃位寄存器

只读

0xE000E300~0xE000E33C

0x00000000

NVIC_IPR0~NVIC_IPR15

中断优先级寄存器

可读可写

0xE000E400~0xE000E7EC

0x00000000

1、中断的使能与除能（SETENA/CLRENA）

2、中断置请求与清请求（SETPEND/CLRPEND）

        如果中断发生时，正在处理同级或高优先级异常，或者被掩蔽，则中断不能立即得到响应。此时中断被悬起。

3、中断活跃位寄存器 

        ACTIVE寄存器族 0xE000_E300_0xE000_E31C

4、PRIMASK与FAULTMASK特殊功能寄存器
        PRIMASK 用于除能在 NMI 和硬 fault之外的所有异常，它有效地把当前优先级改为 0 （可编程优先级中的最高优先级）。该寄存器可以通过 MRS和 MSR 以下例方式访问： 
    1.  关中断 

        MOV   R0,   #1

        MSR  PRIMASK, R0 

    2.  开中断
        MOV   R0,   #0

        MSR  PRIMASK, R0 

此外，还可以通过CPS指令快速完成上述功能： 

    CPSID i  ;关中断

    CPSIE i  ;开中断

        FAULTMASK更绝，它把当前优先级改为‐1。这么一来，连硬fault都被掩蔽了。使用方案与PRIMASK的相似。但要注意的是，FAULTMASK会在异常退出时自动清零。 掩蔽寄存器虽然能一手遮天，却都动不了NMI，因为NMI是用在最危急的情况下的。因此系统为它开出单行道，无需挂号只是不要迟到。当NMI激活时，“谁都是省略号，唯独是你不得了，第一优先谁比你重要”

5、BASEPRI寄存器

        更精巧的设计中，需要对中断掩蔽进行更细腻的控制——只掩蔽优先级低于某一阈值的中断——它们的优先级在数字上大于等于某个数。那么这个数存储在哪里？就存储在BASEPRI中。不过，如果往BASEPRI中写0，则另当别论——BASEPRI将停止掩蔽任何中断。

6、其它异常配置寄存器

       用法fault，总线fault以及存储器管理fault都是特殊的异常，因此给它们开了小灶。其中，它们的使能控制是通过“系统Handler控制及状态寄存器(SHCSR)”（地址：0xE000_ED24）来实现的。各种faults的悬起状态和大多数系统异常的活动状态也都在该寄存器中

        中断控制及状态寄存器ICSR。对于NMI、SysTick定时器以及PendSV，可以通过此寄存器手工悬起它们。另外，在该寄存器中，有好多位段都用于调试目的。在大多数情况下，它们对于应用软件都没有什么用处，只有悬起位对应用程序常常比较有参考价值。

 三、软件中断

        软件中断，包括手工产生的普通中断，能以多种方式产生。最简单的就是使用相应的SETPEND寄存器；而更专业更快捷的作法，则是通过使用软件触发中断寄存器STIR

软件触发中断寄存器STIR（地址：0xE000_EF00）

        注意：系统异常（ NMI，faults， PendSV等），不能用此法悬起。而且缺省时根本不允许用户程序改动NVIC寄存器的值。如果确实需要，必须先在NVIC的配置和控制寄存器(0xE000_ED14)中，把比特1（USERSETMPEND）置位，才能允许用户级下访问NVIC的STIR。

 

四、SysTick定时器

        SysTick定时器被捆绑在NVIC中，用于产生SysTick异常（异常号： 15）。

        Cortex-M3处理器内部包含了一个简单的定时器。因为所有的CM3芯片都带有这个定时器，软件在不同 CM3器件间的移植工作就得以化简。该定时器的时钟源可以是内部时钟（ FCLK， CM3上的自由运行时钟），或者是外部时钟（CM3处理器上的STCLK信号）。不过， STCLK的具体来源则由芯片设计者决定，因此不同产品之间的时钟频率可能会大不相同。因此，需要检视芯片的器件手册来决定选择什么作为时钟源。
        SysTick定时器能产生中断， CM3为它专门开出一个异常类型，并且在向量表中有它的一席之地。它使操作系统和其它系统软件在CM3器件间的移植变得简单多了，因为在所有CM3产品间，SysTick 的处理方式都是相同的。

SysTick控制及状态寄存器（地址：0xE000_E010）

SysTick重装载数值寄存器（地址：0xE000_E014）

SysTick当前数值寄存器（地址：0xE000_E018）

SysTick校准数值寄存器（地址：0xE000_E01C）

        校准值寄存器提供了这样一个解决方案：它使系统即使在不同的CM3产品上运行，也能产生恒定的SysTick中断频率。最简单的作法就是：直接把TENMS的值写入重装载寄存器，这样一来，只要没突破系统的“弹性极限”，就能做到每10ms来一次 SysTick异常。如果需要其它的SysTick异常周期，则可以根据TENMS的值加以比例计算。只不过，在少数情况下， CM3芯片可能无法准确地提供TENMS的值（如， CM3的校准输入信号被拉低），所以为保险起见，最好在使用TENMS前检查器件的参考手册。