【普中STM32F1xx开发攻略--标准库版】-- 第 17 章 STM32 中断系统

(1)实验平台：普中STM32F103朱雀、玄武开发板

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STM32 中断非常强大， 几乎每个外设都可以产生中断， 因此这里我们单独使用一章来介绍它， 为后面介绍外设中断做铺垫。 学习本章可以参考《STM32F10x中文参考手册》-9 中断和事件章节，《Cortex M3 权威指南(中文)》-chpt08 NVIC与中断控制章节。 本章分为如下几部分内容：

[17.1 中断介绍](#17.1 中断介绍)

[17.1.1 中断概念](#17.1.1 中断概念)

[17.1.2 NVIC 介绍](#17.1.2 NVIC 介绍)

[17.1.3 中断优先级](#17.1.3 中断优先级)

[17.2 中断配置](#17.2 中断配置)

课后作业

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17.1 中断介绍

17.1.1 中断概念

在学习 51 单片机时， 我们就接触过中断， 中断其实就是当 CPU 执行程序时，由于发生了某种随机的事件(外部或内部)， 引起 CPU 暂时中断正在运行的程序，转去执行一段特殊的服务程序(中断服务子程序或中断处理程序)， 以处理该事件， 该事件处理完后又返回被中断的程序继续执行， 这一过程就称为中断， 引发中断的称为中断源。 比如： 看电视时突然门铃响， 那么门铃响就相当于中断源。有些中断还能够被其他高优先级的中断所中断， 那么这种情况又叫做中断的嵌套。 中断示意图如下图所示：

17.1.2 NVIC 介绍

NVIC 英文全称是 Nested Vectored Interrupt Controller， 中文意思就是嵌套向量中断控制器， 它属于 M3 内核的一个外设， 控制着芯片的中断相关功能。由于 ARM 给 NVIC 预留了非常多的功能， 但对于使用 M3 内核设计芯片的公司可能就不需要这么多功能， 于是就需要在 NVIC 上裁剪。 ST 公司的 STM32F103 芯片内部中断数量就是 NVIC 裁剪后的结果。

Crotex-M3 内核支持 256 个中断， 其中包含了 16 个内核中断和 240 个外部中断。 但 STM32 并没有使用 M3 内核的全部东西， 而是只用了它的一部分。STM32F10x 芯片有 84 个中断通道， 包括 16 个内核中断和 68 个可屏蔽中断，对于STM32F103系列芯片只有60个可屏蔽中断， 在 STM32F107 系列才有 68 个。除了个别异常的优先级被定死外， 其它异常的优先级都是可编程的。 这些中断通道已按照不同优先级顺序固定分配给相应的外部设备。 从 STM32F10x 中文参考手册的中断向量表可以知道具体分配到那些外设， 这里只截取一部分， 如需了解更详细可参考《STM32F10x 中文参考手册》 -9 中断和事件章节内容， 中断向量表如下图所示：

上面说到 NVIC 控制着芯片的中断相关功能， 那么肯定有很多对应的寄存器，在固件库 core_cm3.h 文件内定义了一个 NVIC 结构体， 里面定义了相关寄存器，如下：

typedef struct
{
    __IO uint32_t ISER[8]; //中断使能寄存器
    uint32_t RESERVED0[24];
    __IO uint32_t ICER[8]; //中断清除寄存器
    uint32_t RSERVED1[24];
    __IO uint32_t ISPR[8]; //中断使能悬起寄存器
    uint32_t RESERVED2[24];
    __IO uint32_t ICPR[8]; //中断清除悬起寄存器
    uint32_t RESERVED3[24];
    __IO uint32_t IABR[8]; //中断有效位寄存器
    uint32_t RESERVED4[56];
    __IO uint8_t IP[240]; //中断优先级寄存器
    uint32_t RESERVED5[644];
    __IO uint32_t STIR; //软件触发中断寄存器
} NVIC_Type;

在配置中断时， 我们通常使用的只有 ISER、 ICER 和 IP 这三个寄存器， ISER 是中断使能寄存器， ICER 是中断清除寄存器， IP 是中断优先级寄存器。

在固件库 core_cm3.h 文件后面， 还提供了一些对 NVIC 操作的库函数， 这些函数都是遵循 CMSIS 标准， 所以只要是基于 Cortex-M3 内核的芯片都可以用这些函数来操作 NVIC， 只不过我们很少这样做， 甚至不使用这些函数， 因为在后面

我们会有更简单的办法来配置中断。 至于这些函数内容， 大家如果有兴趣的话，可以打开我们库函数版本任意程序， 找到 core_cm3.h 文件查看即可。

17.1.3 中断优先级

前面说了 STM32F103 芯片支持 60 个可屏蔽中断通道， 每个中断通道都具备自己的中断优先级控制字节(8 位， 理论上每个外部中断优先级可以设置为0-255， 数值越小， 优先级越高。 但是 STM32F103 中只使用 4 位， 高 4 位有效)，用于表达优先级的高 4 位又被分组成抢占式优先级和响应优先级， 通常也把响应优先级称为"亚优先级" 或"副优先级" ， 每个中断源都需要被指定这两种优先级。

高抢占式优先级的中断事件会打断当前的主程序或者中断程序运行， 俗称中断嵌套。 在抢占式优先级相同的情况下， 高响应优先级的中断优先被响应。

当两个中断源的抢占式优先级相同时， 这两个中断将没有嵌套关系， 当一个中断到来后， 如果正在处理另一个中断， 这个后到来的中断就要等到前一个中断处理完之后才能被处理。 如果这两个中断同时到达， 则中断控制器根据他们的响应优先级高低来决定先处理哪一个； 如果他们的抢占式优先级和响应优先级都相等， 则根据他们在中断表中的排位顺序决定先处理那一个， 越靠前的先执行。

STM32F103 中指定中断优先级的寄存器位有 4 位， 这 4 位的分组方式如下图所示：

第 0 组： 所有 4 位用于指定响应优先级

第 1 组： 最高 1 位用于指定抢占式优先级， 最低 3 位用于指定响应优先级第 2 组： 最高 2 位用于指定抢占式优先级， 最低 2 位用于指定响应优先级第 3 组： 最高 3 位用于指定抢占式优先级， 最低 1 位用于指定响应优先级第 4 组： 所有 4 位用于指定抢占式优先级

设置优先级分组可调用库函数 HAL_NVIC_SetPriorityGrouping()实现， 有关NVIC 中断相关的库函数都在库文件 misc.c 和 misc.h 中， 所以当使用到中断时， 一定要记得把 misc.c 和 misc.h 添加到工程组中。

NVIC_PriorityGroupConfig()函数代码如下：

void NVIC_PriorityGroupConfig(uint32_t NVIC_PriorityGroup)
{
    /* Check the parameters */
    assert_param(IS_NVIC_PRIORITY_GROUP(NVIC_PriorityGroup));
    /* Set the PRIGROUP[10:8] bits according to NVIC_PriorityGroup value */
    SCB->AIRCR = AIRCR_VECTKEY_MASK | NVIC_PriorityGroup;
}

NVIC_PriorityGroupConfig 函数带一个形参用于中断优先级分组， 该值范围可以是 NVIC_PriorityGroup_0-NVIC_PriorityGroup_4， 对应优先级与占用的位数信息如下：

函数内最终将分组值给 SCB->AIRCR， 说明控制中断优先级寄存器是内核外设SCB 的 AIRCR 寄存器的 PRIGROUP[10:8]位。

17.2 中断配置

前面讲解了那么多中断知识， 如果大家不理解也没有关系， 我们会应用即可，等到后面 STM32 熟练了， 再回过头深入了解自然就会明白。 要使用中断我们就需要先配置它， 通常都需经过这几步：

（1） 使能外设中断， 这个具体是由外设相关中断使能位来控制， 比如定时器有溢出中断， 这个可由定时器的控制寄存器中相应中断使能位来控制。

（2） 设置中断优先级分组， 初始化 NVIC_InitTypeDef 结构体， 设置抢占优先级和响应优先级， 使能中断请求。

NVIC_InitTypeDef 结构体如下：

typedef struct
{
    uint8_t NVIC_IRQChannel; //中断源
    uint8_t NVIC_IRQChannelPreemptionPriority; //抢占优先级
    uint8_t NVIC_IRQChannelSubPriority; //响应优先级
    FunctionalState NVIC_IRQChannelCmd; //中断使能或失能
} NVIC_InitTypeDef;

下面我们对 NVIC_InitTypeDef 结构体成员进行一下简单介绍。

NVIC_IRQChannel： 中断源的设置， 不同的外设中断， 中断源不一样， 自然名字也不一样， 所以名字不能写错， 否则不会进入中断。 中断源放在 stm32f10x.h文件的 IRQn_Type 结构体内， 由于内容太多， 这里就不复制所有中断源， 只截取一部分， 如下：

typedef enum IRQn
{
    //Cortex-M3 处理器异常编号
    NonMaskableInt_IRQn = -14,
    MemoryManagement_IRQn = -12,
    BusFault_IRQn = -11,
    UsageFault_IRQn = -10,
    SVCall_IRQn = -5,
    DebugMonitor_IRQn = -4,
    PendSV_IRQn = -2,
    SysTick_IRQn = -1,
    //STM32 外部中断编号
    WWDG_IRQn = 0,
    PVD_IRQn = 1,
    TAMP_STAMP_IRQn = 2,

    // 限于篇幅， 中间部分代码省略， 具体的可查看库文件 stm32f10x.h
    DMA2_Channel2_IRQn = 57,
    DMA2_Channel3_IRQn = 58,
    DMA2_Channel4_5_IRQn = 59
}IRQn_Type;

NVIC_IRQChannelPreemptionPriority： 抢占优先级， 具体的值要根据优先级分组来确定， 可以参考前面中断优先级分组内容。

NVIC_IRQChannelSubPriority： 响应优先级， 具体的值要根据优先级分组来确定， 可以参考前面中断优先级分组内容。

NVIC_IRQChannelCmd： 中断使能/失能设置， 使能配置为 ENABLE， 失能配置为 DISABLE。

（3） 编写中断服务函数

配置好中断后如果有触发， 即会进入中断服务函数， 那么中断服务函数也有固定的函数名， 可以在 startup_stm32f10x_hd.s 启动文件查看， 启动文件提供的只是一个中断服务函数名， 具体实现什么功能还需要我们自己编写， 可以将中断服务函数放在 stm32f10x_it.c 文件内， 也可以放在自己的应用程序中。 通常我们把中断函数放在应用程序中。 这里提醒一下大家， 不要任意修改中断服务函数名， 因为启动文件内中断服务函数名已经固定， 如果要修改， 你还必须在启动文件内把原中断函数修改。 启动文件内中断服务函数名如下：

课后作业

（1） 打开之前编写好的库函数程序， 查看 misc.c、 misc.h、 core_cm3.h 及startup_stm32f10x_hd.s 文件内容， 对照本章提到的函数及结构体等加深下印象。