stm32f103学习笔记-17-STM32 中断应用总结

1. 为什么要理解中断（概念速览）

中断是STM32微控制器中的核心机制，允许处理器在正常程序执行过程中响应内部或外部事件（如按键按下、数据接收完成），临时打断当前任务，转去执行特定的中断服务程序（ISR），执行完毕后再返回原程序继续执行。理解中断对于实现实时处理、多任务协调和高效资源利用至关重要。在STM32中，"中断"和"异常"是同一概念，可互换使用。

中断的执行流程类似于"打断-处理-返回"：

正常程序执行：程序顺序执行，如时间轴从左到右。
中断发生：事件触发（如串口接收数据），处理器暂停当前程序，保存现场（如程序计数器值）。
执行ISR：跳转到对应的中断服务函数执行处理逻辑。
返回恢复：ISR执行完毕后，恢复现场，继续执行主程序。

STM32支持中断嵌套：高优先级的中断可以打断低优先级的中断。例如，如果正在执行优先级2的ISR，此时发生优先级1的中断（数字越小优先级越高），则优先级1的ISR会立即执行，完成后才返回优先级2的ISR。

2. 中断的分类（二大类）

STM32中断分为两大类，通过中断向量表管理（参考《STM32F10x-中文参考手册》第九章"中断和事件"）：

系统异常：由内核本身触发，共10个。例如：
- 复位中断（Reset）：优先级最高，芯片复位时触发。
- 系统滴答定时器中断（SysTick）：用于操作系统时基。
- 硬件错误中断（HardFault）：如内存访问错误。
- 非屏蔽中断（NMI）：不可被屏蔽，用于紧急事件。
外部中断：由外设触发，共60个。例如：
- GPIO引脚变化中断（通过EXTI线）：如按键按下。
- 串口（USART）发送/接收完成中断。
- 定时器（TIM）溢出或捕获中断。
- ADC转换完成中断。

中断向量表列出了所有中断的编号和优先级，查阅参考手册可获取完整列表。系统异常编号为负（如-1 to -15），外部中断编号为正（0 to 59）。

3. NVIC（Nested Vectored Interrupt Controller）

NVIC（嵌套向量中断控制器）是Cortex-M3内核的外设，统一管理所有中断，就像"中断管理员"。其主要功能包括：

中断使能控制：每个中断都有一个开关，通过NVIC寄存器开启或关闭。
优先级管理：设置中断的优先级，决定处理顺序。
中断响应：当多个中断同时发生时，根据优先级调度。

在编程中，我们通常使用库函数（如NVIC_Init()）来配置NVIC，而不是直接操作寄存器，以简化代码。NVIC的寄存器包括：

ISER（中断使能寄存器）：用于使能中断。
ICER（中断清除寄存器）：用于禁用中断。
IPR（中断优先级寄存器）：设置优先级。

NVIC通过数组结构管理中断：每32个中断使用一个32位寄存器（如ISER[0]控制中断0-31，ISER[1]控制中断32-63等）。

4. 中断优先级（核心、最容易弄错）

4.1 概念

中断优先级决定了中断的执行顺序。STM32使用8位优先级寄存器，但实际只使用高4位（Bit7~Bit4），因此优先级值范围是0~15（数值越小优先级越高）。优先级分为两种：

主优先级（抢占优先级）：高主优先级的中断可以打断低主优先级的中断（实现嵌套）。
子优先级：当两个中断的主优先级相同时，子优先级高的先执行；如果子优先级也相同，则比较硬件中断编号（编号小的优先）。

4.2 位宽与分组（PRIGROUP）

优先级通过"分组"配置，由SCB（系统控制块）的AIRCR寄存器中的PRIGROUP字段控制。STM32有5种分组方式，决定主优先级和子优先级各占多少位：

分组编号	主优先级位数	子优先级位数	描述
0	0位	4位	无抢占，只有子优先级
1	1位	3位	主优先级范围0-1，子优先级0-7
2	2位	2位	主优先级范围0-3，子优先级0-3
3	3位	1位	主优先级范围0-7，子优先级0-1
4	4位	0位	完全抢占，主优先级范围0-15

常用库函数NVIC_PriorityGroupConfig()进行分组设置，例如：

复制代码

NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); // 使用分组2：主优先级2位，子优先级2位

4.3 比较顺序（总结）

当多个中断同时发生时，比较顺序为：

比较主优先级：主优先级高的先执行（可嵌套）。
如果主优先级相同，比较子优先级：子优先级高的先执行。
如果子优先级也相同，比较硬件中断编号：编号小的先执行（编号见向量表）。

5. 中断编程的四个必备步骤（实战流程）

配置中断的通用步骤包括：

使能中断请求：在外设中开启中断功能。
配置优先级分组：设置全局优先级分组方式（通常只调用一次）。
配置NVIC寄存器：设置中断通道、优先级和使能。（参考misc.h）
编写中断服务函数（ISR）：实现中断处理逻辑，并清除中断标志。

示例：配置USART1接收中断

复制代码

// 步骤1: 使能外设中断（USART1接收中断）
USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE); // 允许USART1接收中断

// 步骤2: 配置优先级分组（系统一次性设置）
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); // 使用分组2

// 步骤3: 配置NVIC（嵌套向量中断控制器）
// NVIC是Cortex-M3内核的中断管理器，负责中断优先级处理和使能控制
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;  // 初始化NVIC配置结构体

// 设置中断通道：指定要配置的中断源（如USART1_IRQn），完整列表参考stm32f10x.h中的IRQn_Type枚举
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;  // 中断通道：选择USART1中断

// 设置抢占优先级（主优先级）：值范围0-15（具体取决于优先级分组），数值越小优先级越高，允许高优先级中断嵌套
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;  // 主优先级：设置为1，可被更高优先级中断嵌套

// 设置子优先级：值范围0-15，当抢占优先级相同时，子优先级高的先执行；若都相同，按硬件中断编号决定
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;         // 子优先级：设置为1，用于同优先级时的执行顺序

// 使能中断通道：控制中断是否生效，ENABLE表示开启中断响应，DISABLE则禁用
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;           // 使能中断：开启USART1中断响应

// 应用NVIC配置：将参数写入NVIC寄存器，完成中断设置
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);  // 初始化NVIC，激活配置

// 步骤4: 编写ISR（函数名必须精确）
void USART1_IRQHandler(void) {
    if (USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET) {
        uint8_t ch = USART_ReceiveData(USART1); // 读取接收数据
        // 处理数据（如存入缓冲区），尽量保持简短
        USART_ClearITPendingBit(USART1, USART_IT_RXNE); // 清除中断标志
    }
}

6. 向量表与ISR命名（常犯错点）

中断向量表是存储在Flash起始地址的一张表，包含了所有中断服务函数的入口地址。启动文件（如startup_stm32f10x.s）中预定义了每个中断的默认ISR名称。编写ISR时，函数名必须与向量表中的名称完全一致，否则编译器不会报错，但程序可能进入默认错误处理循环（如无限循环）。

常见ISR命名示例：

EXTI0_IRQHandler：用于EXTI线0中断。
USART1_IRQHandler：用于USART1中断。
SysTick_Handler：用于系统滴答定时器中断。

所有ISR应集中 在**stm32f10x_it.c** 文件中，便于管理。

7. 常见错误与调试建议（实践经验）

错误1：ISR函数名拼写错误：导致中断无法正确触发，程序进入默认Handler。解决方案：检查启动文件中的函数名，确保一致。
错误2：未清除中断标志 ：中断持续触发，系统卡死。解决方案：在ISR末尾调用清除标志函数（如EXTI_ClearITPendingBit()）。
错误3：优先级配置错误：中断嵌套行为不符合预期。解决方案：合理设置优先级分组和优先级值。
错误4：ISR执行时间过长：影响系统实时性。解决方案：ISR应尽量简短，仅处理关键操作，将耗时任务放在主循环中（通过标志位触发）。
错误5：未使能全局中断 ：有时需要确保全局中断使能（__enable_irq()），但通常库函数已处理。

调试建议：

使用调试器（如JTAG）设置断点，观察中断是否触发。
检查NVIC和外设寄存器值，确认中断使能和优先级设置正确。
添加日志输出（通过串口），跟踪中断执行情况。

8. 调试技巧（快速定位问题）

查看向量表：确认ISR地址是否正确映射。
使用ST-Link或其他调试器：单步执行ISR，观察变量和寄存器。
模拟中断：通过软件触发中断（如设置NVIC->STIR寄存器）测试ISR逻辑。
检查时钟配置 ：确保外设时钟已使能（如通过RCC_APB2PeriphClockCmd()）。
利用错误处理函数 ：如HardFault_Handler，可添加调试代码捕获意外错误。

10. 总结（要点回顾）

中断是STM32实现实时处理的核心机制，分为系统异常和外部中断。
NVIC统一管理所有中断，包括使能、优先级设置和响应。
优先级分主优先级（抢占）和子优先级，通过分组配置（5种方式）。
编程步骤：使能外设中断→设置优先级分组→配置NVIC→编写ISR。
ISR函数名必须与向量表一致，且要清除中断标志。
常见错误：函数名错误、未清除标志、优先级配置不当。
调试时使用调试器和日志输出，快速定位问题。