STM32之三：中断&&外部中断

目录

[1. 什么是中断](#1. 什么是中断)

[1.1 中断概念](#1.1 中断概念)

[1.2 中断优先级](#1.2 中断优先级)

[1.3 中断嵌套](#1.3 中断嵌套)

2.STM32中断

[2.1 NVIC中断优先级](#2.1 NVIC中断优先级)

[3 外部中断](#3 外部中断)

[3.1 EXTI简介](#3.1 EXTI简介)

[3.2 EXTI中断/事件线](#3.2 EXTI中断/事件线)

[3.3 EXTI功能框图](#3.3 EXTI功能框图)

[3.4 中断和事件的区别？](#3.4 中断和事件的区别？)

[3.5 什么时候用外部中断？](#3.5 什么时候用外部中断？)

3.怎么使用STM32中断

[3.1 STM32外部中断编程要点](#3.1 STM32外部中断编程要点)

[3.2 GPIO&AFIO](#3.2 GPIO&AFIO)

[3.3 EXTI初始化](#3.3 EXTI初始化)

[3.4 配置NVIC](#3.4 配置NVIC)

[3.5 编写中断服务函数](#3.5 编写中断服务函数)

[3.6 清除中断标志位](#3.6 清除中断标志位)

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1. 什么是中断

1.1 中断概念

中断是计算机的一种机制，描述了这样一种场景：CPU暂停当前正在处理的程序，转而去处理紧急的事情，这种场景就叫中断。

中断其实很好理解，因为这样的场景经常发生在我们日常生活中。比如小李正在写作业，但是电话铃声响了，他转而去接电话，接完电话回来后继续写作业。在这个情境中，小李就完成了一次中断，下图根据现实生活的中断场景形象的表示了CPU中断过程，便于理解。
图1 中断场景概念

1.2 中断优先级

中断优先级即当有多个中断源请求中断时，CPU会根据中断优先级来判断首先执行那个中断。

1.3 中断嵌套

这个和中断优先级一起适配。当CPU正在相应中断，执行中断服务程序，此时又来了一个比当前中断优先级还高的中断，则此时CPU会停下当前执行的中断服务程序，转而去响应中断优先级更高的中断，等执行高优先级的中断后，回来继续执行未执行完的中断服务程序。中断可以有多个嵌套，有点套娃的意思。

2.STM32中断

STM32共有6个内核中断，68个可屏蔽中断。可见下图。
图2 互联型产品的向量表

STM32中断使用嵌套向量中断控制器NVIC管理包括内核异常等中断，NVIC和处理器核的接口紧密相连，可以实现低延迟和高效的中断处理。

使用NVIC，主要使其ISER（使能中断）、ICER（失能中断）、IP（中断优先级）三个寄存器。

2.1 NVIC中断优先级

NVIC有一个寄存器来进行优先级设置：中断优先级寄存器NVIC_IPRx。NVIC的中断优先级分为抢占优先级和响应优先级。抢占优先级即可以进行中断嵌套的一种优先级，CPU会优先处理抢占优先级高的中断。而响应优先级只在抢占优先级相同的时候才会触发，相同抢占优先级下，优先执行相应优先级的高的中断。如果抢占优先级和响应优先级都相同，则比较中断的硬件中断编号（图2所示优先级），编号越小，优先级越高。

如何配置优先级？

NVIC的中断优先级由优先级寄存器的4位（0~15）决定 ，这4位可以进行切分，分为高n位的抢占优先级和低4-n位的响应优先级（n的取值由用户在程序中进行选择 ）。抢占优先级高的可以中断嵌套 （低优先级中断在占用CPU时，抢占优先级高的中断可以抢占低优先级中断的CPU，让低优先级中断暂停执行），响应优先级高的可以优先排队 ，抢占优先级和响应优先级均相同的按中断号排队
图3 NVIC优先级分组（来源： STM32入门教程（EXTI外部中断篇）_请求挂起寄存器和中断标志位一样吗-CSDN博客 侵删，博主写的很清晰很详细，推荐看）

总结下NVIC、中断和CPU之间的关系
图4 NVIC基本结构 来源（B站江协科技STM32视频，推荐大家看）

3 外部中断

3.1 EXTI简介

EXTI（External interrupt/event controller）外部中断/事件控制器由20个产生事件/中断请求的边沿检测器组成。每个输入线可以独立的配置、触发和屏蔽。

3.2 EXTI中断/事件线

EXTI支持20个中断/事件线，其中前16根为GPIO输入线，另外4根用于特定的外设事件，可参考下图。
图5 EXTI 中断/事件线（来源：野火STM32库开发实战指南 18. EXTI---外部中断/事件控制器 --- [野火]STM32库开发实战指南------基于野火指南者开发板 文档 ）

由上图可以看到，EXIT支持所有的GPIO口产生中断，但是相同的Pin不能同时触发中断（比如PA0和PB0不能同时使用，但PA0和PB1可以同时使用）。因为EXTI0线同时只能选择其中1个进行中断输出，可以看下图，PA0、PB0、PC0、PD0、PE0、PF0、PG0都输入到同一个数据选择器，EXTI0线输出的信号通过AFIO_EXTICR1寄存器的EXTI0[3:0]位来配置。
图6 外部中断IO映射

外部中断配置寄存器共有4个，即AFIO_EXTICRx[x=1,2,3,4]，其中每个AFIO_EXTICRx中管理4个EXTI中断，因此共有16个GPIO对应的EXTI中断/事件线。外部中断配置寄存器可以看下图：
图7 外部中断配置寄存器

图4中外部中断配置寄存器和图3中EXTI0---EXTI15是对应上的，AFIO中有16个数据选择器，以0号数据选择器为例，它负责选择PA0、PB0......PG0中的其中一个引脚，在写程序时如果想选择PB0作为中断引脚，就需要对AFIO的0号数据选择器进行配置，让它选择GPIOB的0号引脚。另外注意图3中最后一句话，通过AFIO_EXTICRx配置GPIO线上的外部中断/事件，必须先使能AFIO的时钟。

3.3 EXTI功能框图

图8 EXTI功能框图

这个框图可以从右往左看，分为两路，其中红色表示产生中断，绿色表示产生事件。1、2、3号电路是产生中断和产生事件共用的，到3号电路输出信号分开，一路走至NCIV产生中断信号，一路走至脉冲发生器产生事件。框图中"/20"表示线路有20个，这和3.2章节有20根中断/事件线，并且每个线路都是可以独立配置、屏蔽、触发是相一致的。

我们首先来看红色部分产生中断信号的流程。其中1号电路输入线即为3.2章节介绍的EXTI中断/事件线，一般是传入电平变化的信号。之后往左将该信号传递到2号边沿检测电路。该电路连接了两个寄存器，分别是上升沿触发选择寄存器和下降沿触发选择寄存器，这两个寄存器用来判断2号边沿检测电路检测哪些类型的电平信号，即上升沿触发或者下降沿触发，或者上升沿下降沿都触发。

之后继续往左，来到3号电路，是一个或门，或门的意思是有1即1。或门的两个输入端分别是来自2号电路边沿检测电路的信号和软件中断/事件寄存器。由此可见，产生中断信号可以有两个方式，其一即20跟输入线产生电平跳变信号，其二即在软件中断事件寄存器进行配置，也可达到产生中断/事件的效果。

3号电路输出的信号就表示是否有中断/事件信号，从图中可以看出该输出也兵分两步：其一往上输入到请求挂起寄存器，其二输入到4号与门电路中。我们先看上面部分。

当在外部中断线上发生了选择的边沿跳变，则请求挂起寄存器的相应中断线位置会被置1、之后继续往左，走到7号电路，该电路是一个与门，共有两个输入端，其一为请求挂起寄存器的输出信号，其二为中断屏蔽寄存器。中断屏蔽寄存器[19:0]位为1则表示可以该中断线可以产生中断，否则将屏蔽该中断线上的请求。

之后往左，可以看到与门输出为NVIC中断控制器，可以知道经过一系列判断最终输入线产生的中断被送往NVIC中断控制器。至此，外部中断信号产生过程已介绍完毕。

接着看下面部分，事件产生过程，3号电路输出信号输入到4号电路中，该电路与7号电路作用一致，也是一个与门，通过事件屏蔽寄存器来决定是否能产生事件，相应位置1表示可以产生事件，置0则表示屏蔽该线路中断。

4号电路信号输出到5号电路脉冲发生器中，4号电路是一个有效信号，则此时5号电路就会产生一个脉冲；否则不会产生脉冲。脉冲信号就是产生事件的意思，因为这个脉冲信号可以给其他外设发送信息，即可以通过该脉冲信号来触发TIM、ADC等外设。

这个框图比较复杂，我们抽取一些有用的信息来记忆：

1.要想产生某个线路的中断/事件，必须将该线路的中断/事件屏蔽寄存器响应位置位。

2.20个中断/事件线是独立的，有各自独立的边沿触发寄存器、屏蔽寄存器。

3.中断/事件产生可以通过20个输入线来产生，也可以通过软件来产生。通过软件来产生需要置位软件中断/事件寄存器相应位为1。

4.20个输入触发中断/事件的方式有：上升沿、下降沿、上升沿+下降沿。

3.4 中断和事件的区别？

产生事件的目的是传送一个脉冲信号给其他外设使用。

产生中断是把中断信号传递给NVIC，NVIC会通过优先级配置最终传递给CPU，让CPU去执行中断服务函数，实现中断功能。这就是产生事件和产生中断的区别。

3.5 什么时候用外部中断？

对于由外部触发的一些场景，例如遥控器，调整声音的按钮等，这些不是时时刻刻发生，而是由人为（外部信号）发出，并且发生后需要立即捕获其信号的场景，可以使用外部中断来进行捕获。

3.怎么使用STM32中断

3.1 STM32外部中断编程要点

1. 明确中断源（一般是GPIO），开启GPIO时钟，初始化要产生中断的GPIO。此步骤需注意，复用AFIO，需开启AFIO时钟，并且选择AFIO中断引脚【GPIO_EXTILineConfig()】。

2.初始化EXTI，主要是EXTI_InitTypeDef结构体。

3.经前面介绍，中断过后会到NVIC控制器中，所以需要配置NVIC相应寄存器【NVIC中断分组、NVIC配置】。

4.编写中断服务函数。

5.清除中断标志位

3.2 GPIO&AFIO

GPIO时钟和配置此处就省略了，重点关注开启IO复用时钟。查看stm32f10x_rcc.h，RCC_APB2PeriphResetCmd()函数用来开启APB2总线上的时钟。

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE)； //开启IO口复用时钟

之后，需要设置IO口与中断线的映射关系。查看stm32f10x_gpio.h，GPIO_EXTILineConfig()函数用来选择在EXTI中断线的GPIO引脚。

//例如，将外部中断的0号线映射到GPIOB，即选择PB0作为外部中断引脚
GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOB, GPIO_PinSource0);

3.3 EXTI初始化

我们来看下EXTI初始化结构体，配置EXTI初始化结构体可以配置中断/事件线、产生中断还是产生事件、边沿触发方式、使能EXTI线。

//EXTI初始化结构体
//配置EXTI初始化结构体可以配置中断/事件线、产生中断还是产生事件、边沿触发方式、使能EXTI线
typedef struct
{
  uint32_t EXTI_Line;               //中断/事件线
   
  EXTIMode_TypeDef EXTI_Mode;       //中断/事件模式，可选为产生中断（EXTI_Mode_Interrupt）或               者产生事件（EXTI_Mode_Event）

  EXTITrigger_TypeDef EXTI_Trigger;  //EXTI边沿触发方式。上升沿触发（EXTI_Trigger_Rising）、下降沿触发（EXTI_Trigger_Falling）、上升沿下降沿都触发（EXTI_Trigger_Rising_Falling）

  FunctionalState EXTI_LineCmd;     //是否使能EXTI线
}EXTI_InitTypeDef;

示例代码如下：

/*EXTI初始化*/
	EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStructure;						//定义结构体变量
	EXTI_InitStructure.EXTI_Line = EXTI_Line0 | EXTI_Line1;		//选择配置外部中断的0号线和1号线
	EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE;					//指定外部中断线使能
	EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;			//指定外部中断线为中断模式
	EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Falling;		//指定外部中断线为下降沿触发
	EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);								//将结构体变量交给EXTI_Init，配置EXTI外设
	

3.4 配置NVIC

	/*NVIC中断分组*/
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);				//配置NVIC为分组2
																//即抢占优先级范围：0~3，响应优先级范围：0~3
																//此分组配置在整个工程中仅需调用一次
																//若有多个中断，可以把此代码放在main函数内，while循环之前
																//若调用多次配置分组的代码，则后执行的配置会覆盖先执行的配置
	
	/*NVIC配置*/
	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;						//定义结构体变量
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI0_IRQn;			//选择配置NVIC的EXTI0线
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;				//指定NVIC线路使能
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;	//指定NVIC线路的抢占优先级为1
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;			//指定NVIC线路的响应优先级为1
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);								//将结构体变量交给NVIC_Init，配置NVIC外设

3.5 编写中断服务函数

void EXTI0_IRQHandler(void){}

3.6 清除中断标志位

EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line0);			//清除外部中断0号线的中断标志位
													//中断标志位必须清除
													//否则中断将连续不断地触发，导致主程序卡死

至此，STM32外部中断部分介绍完毕。