【STM32】NVIC（嵌套向量中断控制器）

什么是 NVIC？

NVIC（Nested Vectored Interrupt Controller，嵌套向量中断控制器） 适用于 Cortex-M0、M3、M4、M7 等 ARM 处理器，广泛用于 STM32、ESP32、GD32、NXP 等 MCU 中，它用于管理和控制中断 ，是 ARM Cortex-M 系列微控制器 的核心外设之一。NVIC 负责中断优先级管理、嵌套中断处理和中断向量跳转 ，使 Cortex-M 处理器能够高效地响应中断请求。

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NVIC 主要功能
	1. 支持多个中断源（STM32F103 系列最多支持 60 个）
	2. 支持中断优先级管理（可配置 8~256 级优先级）
	3. 支持中断嵌套（高优先级中断可打断低优先级中断）
	4. 支持向量表偏移（Vector Table Offset Register, VTOR）
	5. 支持低功耗中断唤醒（Wake-up Interrupt Controller, WIC）
	6. 支持中断屏蔽、清除、挂起和使能
NVIC 与 Cortex-M 处理器紧密集成，能够 `直接与 CPU 交互`，实现高效的中断处理机制：
	NVIC 负责中断管理，Cortex-M3/M4 使用 NVIC 进行中断分配，支持快速中断响应（低延迟），支持 Tail-Chaining（尾链接优化），减少中断切换开销。

📌 NVIC 架构示意图：

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            |          Cortex-M 内核           |
            +-----------------------------------+
            |           NVIC 控制器           |
            |  - 中断向量表 (Vector Table)     |
            |  - 优先级寄存器 (IPR)            |
            |  - 使能寄存器 (ISER)             |
            |  - 清除寄存器 (ICER)             |
            |  - 挂起寄存器 (ISPR / ICPR)      |
            |  - 系统控制寄存器 (AIRCR)         |
            +-----------------------------------+
            |         外设（UART, GPIO, TIM）  |
            +-----------------------------------+

NVIC 寄存器

在 STM32F103 及其他 Cortex-M 系列 MCU 中 ，NVIC 主要通过以下寄存器进行控制：

寄存器	作用
ISER（中断使能寄存器）	设置某个中断为"使能"状态
ICER（中断清除寄存器）	关闭某个中断
ISPR（中断挂起寄存器）	设置某个中断为"挂起"状态（软件触发）
ICPR（中断清除挂起寄存器）	取消某个中断的挂起状态
IABR（中断激活状态寄存器）	读取当前激活的中断
IPR（中断优先级寄存器）	设置中断优先级
STIR（软件触发中断寄存器）	手动触发一个中断（仅限 Cortex-M3/M4）

NVIC 中断优先级管理

⭐ 1. 中断优先级划分

NVIC 采用 8 位优先级字段，在不同的 STM32 设备中，实际使用的优先级位数可能不同：

NVIC 采用 分组优先级（Group Priority）+ 子优先级（Sub Priority）机制 ：
- 分组优先级（Preempt Priority）：决定中断是否可以抢占其他中断。
- 子优先级（Sub Priority）：当多个相同分组优先级的中断发生时，决定处理顺序。

📌 优先级编码格式（STM32F103，4-bit）：

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| 4-bit 优先级字段 |  |
|-----------------|  
|  Preemption(4)  |  Sub(0)  |

数值越小，优先级越高（0 最高，255 最低）。
抢占优先级高的中断可以中断低优先级的中断。

⭐ 2. NVIC 优先级配置示例

使用 CMSIS（Cortex Microcontroller Software Interface Standard） 提供的函数可以轻松配置 NVIC：

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#include "stm32f10x.h"

// 配置中断优先级
void NVIC_Configuration(void)
{
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;  // 选择 USART1 中断
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;  // 抢占优先级 1（数值小，优先级高）
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;  // 子优先级 1
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;  // 使能中断
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}

// USART1_IRQn：定义要配置的中断源
// NVIC_IRQChannelPreemptionPriority：设置抢占优先级
// NVIC_IRQChannelSubPriority：设置子优先级
// NVIC_IRQChannelCmd：使能该中断

示例二：Cortex-M 配置优先级：

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void NVIC_SetPriority_Config(void) {
    NVIC_SetPriorityGrouping(2);  // 2 位抢占，2 位子优先级
    NVIC_SetPriority(EXTI0_IRQn, NVIC_EncodePriority(2, 1, 1));
}

⭐ 3. NVIC 优先级分组

通过 SCB->AIRCR 配置 优先级分组：

分组模式	抢占优先级位数	子优先级位数	适用场景
0b000（Group 0）	0 位	4 位	适用于无抢占，所有中断按优先级顺序执行
0b100（Group 1）	1 位	3 位	适用于少量高优先级抢占中断
0b101（Group 2）	2 位	2 位	适用于多级抢占
0b110（Group 3）	3 位	1 位	适用于实时系统，多级抢占
0b111（Group 4）	4 位	0 位	适用于完全抢占，所有中断可被更高优先级中断打断

示例：高优先级中断打断低优先级中断：

📌 在 NVIC 配置中

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EXTI0_IRQn 抢占优先级 0
TIM2_IRQn 抢占优先级 2
	➡ 当 TIM2 在运行时，EXTI0 可以抢占 TIM2。

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void TIM2_IRQHandler(void) {
    // 低优先级中断（定时器中断）
    if (TIM_GetITStatus(TIM2, TIM_IT_Update) != RESET) {
        TIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_IT_Update);
    }
}

void EXTI0_IRQHandler(void) {
    // 高优先级中断（外部中断）
    if (EXTI_GetITStatus(EXTI_Line0) != RESET) {
        EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line0);
    }
}

NVIC 低功耗管理

NVIC 具备低功耗模式下的中断唤醒功能：

睡眠模式（Sleep Mode）：等待中断（WFI）或事件（WFE）唤醒。
停止模式（Stop Mode）：只有特定外设（如 RTC、EXTI）可唤醒。
待机模式（Standby Mode）：最低功耗模式，仅通过外部中断（EXTI）或 RTC 唤醒。

示例代码（使用 WFI 指令进入低功耗模式）：

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void Enter_SleepMode(void)
{
    __WFI();  // 等待中断唤醒
}

不过，在某些情况下，可以通过软件触发中断（不依赖外部事件）：

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NVIC_SetPendingIRQ(EXTI0_IRQn);  // 触发 EXTI0 中断挂起

// 应用场景：
// 手动测试中断处理函数
// 在任务调度器中强制触发某个中断

NVIC 相关 API（CMSIS）

函数	作用
`NVIC_EnableIRQ(IRQn_Type IRQn)`	使能指定中断
`NVIC_DisableIRQ(IRQn_Type IRQn)`	禁用指定中断
`NVIC_SetPriority(IRQn_Type IRQn, uint32_t priority)`	设置中断优先级
`NVIC_GetPriority(IRQn_Type IRQn)`	获取当前中断优先级
`NVIC_SetPendingIRQ(IRQn_Type IRQn)`	触发中断挂起
`NVIC_ClearPendingIRQ(IRQn_Type IRQn)`	清除中断挂起
`NVIC_GetPendingIRQ(IRQn_Type IRQn)`	获取中断挂起状态
`NVIC_GetActive(IRQn_Type IRQn)`	读取当前激活的中断

NVIC 是 ARM Cortex-M 系列的核心中断管理单元，支持多级中断嵌套、优先级分配和中断屏蔽，合理配置 NVIC 优先级，可以提高系统的实时性和响应速度，掌握 NVIC 操作 API（使能/禁用/挂起/清除）在嵌入式开发是十分重要的一环。它支持 60+ 中断源，最高 256 级优先级；支持抢占式优先级调度，优化中断响应；支持低功耗模式唤醒，适用于电池供电设备；提供 CMSIS API，简化 NVIC 配置，可以利用 NVIC 提高 STM32 应用的实时性，优化中断的处理机制。

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