STM32——中断 - 技术栈

总：STM32------学习总纲

一、什么是中断

1.1 作用与意义

1.2 STM32 GPIO 外部中断简图

二、NVIC

2.1 NVIC 基本概念

Nested vectored interrupt controller，嵌套向量中断控制器，属于内核（M3、M4、M7）

用不到很多的优先级，允许厂商裁剪

内核中断、外部中断，都有其对应的中断服务函数，是中断的入口。被定义在中断向量表中。

2.1.1 中断向量表

STM32 是 32位单片机每一次取地址32位，也就是4byte。

main函数优先级最低。

STM32F1参考手册：

2.2 NVIC 相关寄存器

2.3 NVIC 工作原理

2.4 STM32 中断优先级基本概念

2.5 STM32 中断优先级分组

IPR寄存器只是用高四位 [7:4]分配优先级。x位表示 2^x 个优先级。

举例：

2.6 STM32 NVIC使用

|---|---------|---------------|------------------------------|
| 步骤 || 操作寄存器 | HAL库 |
| 1 | 设置中断分组 | AIRCR[10:8] | HAL_NVIC_SetPriorityGrouping |
| 2 | 设置中断优先级 | IPRx [7:4] | HAL_NVIC_SetPriority |
| 3 | 使能中断 | ISERx | HAL_NVIC_EnableIRQ |

除了这三个HAL库函数，还有其他不常用的NVIC函数。

一般在HAL_Init() 函数中设置分组2：NVIC_PRIORITYGROUP_2。

cpp 复制代码

/**
  * @brief  This function is used to initialize the HAL Library; it must be the first
  *         instruction to be executed in the main program (before to call any other
  *         HAL function), it performs the following:
  *           Configure the Flash prefetch.
  *           Configures the SysTick to generate an interrupt each 1 millisecond,
  *           which is clocked by the HSI (at this stage, the clock is not yet
  *           configured and thus the system is running from the internal HSI at 16 MHz).
  *           Set NVIC Group Priority to 4.
  *           Calls the HAL_MspInit() callback function defined in user file
  *           "stm32f1xx_hal_msp.c" to do the global low level hardware initialization
  *
  * @note   SysTick is used as time base for the HAL_Delay() function, the application
  *         need to ensure that the SysTick time base is always set to 1 millisecond
  *         to have correct HAL operation.
  * @retval HAL status
  */
HAL_StatusTypeDef HAL_Init(void)
{
  /* Configure Flash prefetch */
#if (PREFETCH_ENABLE != 0)
#if defined(STM32F101x6) || defined(STM32F101xB) || defined(STM32F101xE) || defined(STM32F101xG) || \
    defined(STM32F102x6) || defined(STM32F102xB) || \
    defined(STM32F103x6) || defined(STM32F103xB) || defined(STM32F103xE) || defined(STM32F103xG) || \
    defined(STM32F105xC) || defined(STM32F107xC)

  /* Prefetch buffer is not available on value line devices */
  __HAL_FLASH_PREFETCH_BUFFER_ENABLE();
#endif
#endif /* PREFETCH_ENABLE */

  /* Set Interrupt Group Priority */
  HAL_NVIC_SetPriorityGrouping(NVIC_PRIORITYGROUP_2);

  /* Use systick as time base source and configure 1ms tick (default clock after Reset is HSI) */
  HAL_InitTick(TICK_INT_PRIORITY);

  /* Init the low level hardware */
  HAL_MspInit();

  /* Return function status */
  return HAL_OK;
}

cpp 复制代码

/**
  * @brief  Sets the priority grouping field (preemption priority and subpriority)
  *         using the required unlock sequence.
  * @param  PriorityGroup: The priority grouping bits length. 
  *         This parameter can be one of the following values:
  *         @arg NVIC_PRIORITYGROUP_0: 0 bits for preemption priority
  *                                    4 bits for subpriority
  *         @arg NVIC_PRIORITYGROUP_1: 1 bits for preemption priority
  *                                    3 bits for subpriority
  *         @arg NVIC_PRIORITYGROUP_2: 2 bits for preemption priority
  *                                    2 bits for subpriority
  *         @arg NVIC_PRIORITYGROUP_3: 3 bits for preemption priority
  *                                    1 bits for subpriority
  *         @arg NVIC_PRIORITYGROUP_4: 4 bits for preemption priority
  *                                    0 bits for subpriority
  * @note   When the NVIC_PriorityGroup_0 is selected, IRQ preemption is no more possible. 
  *         The pending IRQ priority will be managed only by the subpriority. 
  * @retval None
  */
void HAL_NVIC_SetPriorityGrouping(uint32_t PriorityGroup)

cpp 复制代码

/**
  * @brief  Sets the priority of an interrupt.
  * @param  IRQn: External interrupt number.
  *         This parameter can be an enumerator of IRQn_Type enumeration
  *         (For the complete STM32 Devices IRQ Channels list, please refer to the appropriate CMSIS device file (stm32f10xx.h))
  * @param  PreemptPriority: The preemption priority for the IRQn channel.
  *         This parameter can be a value between 0 and 15
  *         A lower priority value indicates a higher priority 
  * @param  SubPriority: the subpriority level for the IRQ channel.
  *         This parameter can be a value between 0 and 15
  *         A lower priority value indicates a higher priority.          
  * @retval None
  */
void HAL_NVIC_SetPriority(IRQn_Type IRQn, uint32_t PreemptPriority, uint32_t SubPriority)

IRQn_Type：是中断号枚举类型，对于中断向量表中断位置（STM32f1参考手册）。

PreemptPriority：抢占优先级

SubPriority：响应优先级

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/**
  * @brief  Enables a device specific interrupt in the NVIC interrupt controller.
  * @note   To configure interrupts priority correctly, the NVIC_PriorityGroupConfig()
  *         function should be called before. 
  * @param  IRQn External interrupt number.
  *         This parameter can be an enumerator of IRQn_Type enumeration
  *         (For the complete STM32 Devices IRQ Channels list, please refer to the appropriate CMSIS device file (stm32f10xxx.h))
  * @retval None
  */
void HAL_NVIC_EnableIRQ(IRQn_Type IRQn)

三、EXTI

3.1 EXTI 基本概念

3.1.1 简介

External interrupt/event Controller，外部中断事件控制器

在H7中，称为 Extended interrupt/event Controller，扩展中断事件控制器。

包含20个产生事件/中断请求的边沿检测器，即总共：20条 EXTI 线（F1）

3.1.2 中断和事件的理解：

中断：要进入NVIC，有相应的中断服务函数，需要CPU处理。

事件：不进入NVIC，仅用于内部硬件自动控制，如：TIM、DMA、ADC。

中断是计算机或单片机在执行程序时，因突发事件（如硬件信号、紧急任务等）暂停当前操作，转去处理新事件，完成后自动返回原程序继续执行的过程。

事件是 STM32 中实现硬件级快速响应的机制，适用于无需 CPU 干预的自动控制场景。

3.1.3 EXTI 支持的外部中断/事件请求

互联性的F1系列才包含以太网，所以非互联性STM32只有19条 EXTI 线（F1），不包含EXTI线19，以太网唤醒事件。

EXTI线16~...是内部中断/事件

学习中断的主要任务是学习 EXTI线 0~15。

3.2 EXTI 主要特性

挂起状态位是针对中断来说的，有一个寄存器进行选择。

3.3 EXTI 工作原理（F1）

主要使用四个寄存器，一般不使用 ++软件触发++。

STM31F1xxx参考手册

EXTI_RTSR 上升沿触发选择寄存器

（Rise Trigger Select Register）

EXTI_FTSR 下降沿触发选择寄存器

（Fall Trigger Select Register）

双边沿触发设置

双边沿则控制对应位的Fall&Rise寄存器位都置1，允许EXTI输入线x双边沿触发。

EXTI_IMR 中断屏蔽寄存器

（Interrupt Mask Register）

EXTI_PR 请求挂起寄存器

(Pending Request Register)

一般使用写入 '1'的方式清除这个寄存器，后边一个办法不常用。

3.4 F4/F7参考F1，H7 EXTI工作原理见B站视频

四、EXTI 与 IO 的映射关系

4.1 AFIO 简介（F1）

|---|----------|--------------------|-------------------------------------|
| 内容 || 寄存器 | 说明 |
| 1 | 调试IO配置 | AFIO_MAPR[26:24] | 配置JTAG/SWD的开关状态。可不关注 |
| 2 | 重映射配置 | AFIO_MAPR | 部分外设IO重映射配置，F1中并不是所有的IO都有重映射功能。可不关注 |
| 3 | 外部中断配置* | AFIO_EXTICR 1~4 | 配置EXTI中断线 0~15 对应到具体那个IO。重点 |

特别注意：

配置AFIO寄存器之前要使能AFIO时钟，方法如下：

__HAL_RCC_AFIO_CLK_ENABLE(); 对应RCC_APB2ENR寄存器位0。参考手册8.4.3、8.4.6

4.2 SYSCFG 简介（F4/F7/H7 使用，见B站）

【【正点原子】手把手教你学STM32 HAL库开发全集【真人出镜】STM32入门教学视频教程单片机嵌入式】第60讲

4.3 EXTI 与 IO 对应关系*

4.3.1 理论对应关系

右列 0 称为引脚号，中间A~K称为 IO分组号。

EXTI0 表示对应引脚号为0 的 IO。

也就是说，EXTI0 如果被控制对应 PA0，那么别的 Px0 的IO就不能与EXTI0 对应了。

EXTIx 输入线只能一对一对应 IO。

参考手册 9.2.5

4.3.2 AFIO寄存器配置关系（F1）

一个AFIO外部中断配置寄存器可控制4条 EXTI线。

这样的寄存器有四个，，总共可配置 16条 EXTI线对应 16个 IO。

五、如何使用中断*

5.1 中断一图流

在本节中，主要学习GPIO外部中断，外设中断由外设本身配置，不由STM32寄存器配置。

5.2 STM32 EXTI的配置步骤（GPIO外部中断）

|---|-------------------------------|----------------------------------------------------------|---------------|
| 步骤 || 作用 | HAL库 |
| 1 | 使能GPIO时钟 | 使能GPIO时钟 | |
| 2 | 设置GPIO输入模式 | 上、下拉/浮空输入 | HAL_GPIO_Init |
| 3 | 使能 AFIO（F1）/ SYSCFG（F4/F7/H7） | 设置AFIO/SYSCFG 时钟开启寄存器 | HAL_GPIO_Init |
| 4 | 设置EXTI和IO对应关系 | 选择 PAx~PKx 一对一对应EXTI的x线，寄存器：AFIO_EXTICR/SYSCFG_EXTICR | HAL_GPIO_Init |
| 5 | 设置EXTI屏蔽，上、下沿 | 设置EXTI对应通道的屏蔽和上升沿、下降沿触发，寄存器：EXTI_IMR、EXTI_RTSR、EXTI_FTSR | HAL_GPIO_Init |
| 6 | 设置NVIC | 见 2.6 STM32 NVIC使用 | |
| 7 | 设计中断服务函数 | 编写对应中断的中断服务函数！需要清除中断标志！ | |

5.3 SMT32 EXTI 的HAL库设置步骤（GPIO外部中断）

|---|------------------------|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| 步骤 || HAL库 |
| 1 | 使能GPIO时钟 | __HAL_RCC_GPIOx_CLK_ENABLE |
| 2 | GPIO/AFIO(SYSCFG)/EXTI | HAL_GPIO_Init 一步到位配置 |
| 3 | 设置中断分组 | HAL_NVIC_SetPriorityGrouping 此函数只需要配置一次 |
| 4 | 设置中断优先级 | HAL_NVIC_SetPriority |
| 5 | 使能中断 | HAL_NVIC_EnableIRQ |
| 6 | 设计中断服务函数 | 编写 EXTIx_IRQHandler，清中断标志 |
| 6 | 设计中断服务函数 | STM32仅有7个外部中断服务函数，在.s文件中断向量表定义： EXTI 0~4：5条EXTI线单独的中断服务函数 EXTI 9_5：5~8EXTI线共用一个中断服务函数 EXTI 15_10： 10~15EXTI线共用一个中断服务函数 |

六、通用外设驱动模型

在此模型中，GPIO外部中断只使用了1，4两个步骤。

七、HAL库中断回调处理机制介绍

八、编程实战

通过外部中断控制一个灯亮灭