STM32 优先级完整讲解(NVIC 中断优先级,分两层:抢占优先级 + 子优先级)
一、核心硬件:NVIC 嵌套向量中断控制器
所有 STM32 的外部中断、定时器、串口、ADC、DMA 中断,全部由 NVIC 统一管理优先级。
STM32 中断优先级分两层,缺一不可:
- 抢占优先级(Preemption Priority):高抢占可打断正在运行的低抢占中断(嵌套)
- 子优先级(Sub Priority) :同抢占优先级时,谁先执行;不能互相打断
数值规则(重点极易踩坑)
数字越小,优先级越高
- 抢占优先级 0 > 1 > 2 > 3
- 子优先级 0 > 1 > 2 > 3
二、优先级分组(关键配置:SCB->AIRCR)
单片机不会固定抢占/子优先级位数,通过优先级分组 切分4位优先级寄存器:
总共有 5 种分组(Group0 ~ Group4),以常用的4位优先级位举例:
| 分组 | 抢占优先级位数 | 子优先级位数 | 抢占可用范围 | 子优先级可用范围 |
|---|---|---|---|---|
| Group0 | 0 bit | 4 bit | 无抢占(不能嵌套) | 0~15 |
| Group1 | 1 bit | 3 bit | 0~1 | 0~7 |
| Group2 | 2 bit | 2 bit | 0~3 | 0~3 |
| Group3 | 3 bit | 1 bit | 0~7 | 0~1 |
| Group4 | 4 bit | 0 bit | 0~15 | 无,只有先后 |
工程通用习惯
绝大多数项目用 NVIC_PriorityGroup_2(分组2)
抢占03,子03,足够电机、串口、定时器、外部中断分层。
三、两层优先级执行逻辑(核心考点)
1. 抢占优先级不同(会嵌套中断)
正在执行:抢占优先级2 的串口中断
此时来了一个:抢占优先级1 的定时器中断
→ 定时器直接打断串口,先执行定时器,结束后回到串口。
2. 抢占优先级相同,子优先级不同(不会嵌套)
正在执行:抢占1,子2 的串口中断
来了:抢占1,子0 的外部中断
→ 外部中断不能打断当前串口,必须等串口中断全部执行完,再运行外部中断。
3. 抢占、子优先级全都一样
同时触发两个中断,子编号小的先响应。
四、系统异常优先级(内核HardFault、SysTick等)
内核自带异常(HardFault、MemManage、BusFault)优先级固定最高,不受NVIC分组控制:
- HardFault 硬件错误:优先级固定 -1,任何中断都能被它打断
- SysTick、PendSV:一般配置很低优先级,用于操作系统(FreeRTOS/UCOS)任务切换
注意:普通外设中断(TIM/USART/EXTI)无法打断 HardFault。
五、标准库 / HAL 库配置流程
步骤1:全局设置优先级分组(程序开头只调用一次)
c
// HAL库
HAL_NVIC_SetPriorityGrouping(NVIC_PRIORITYGROUP_2);
// 标准库
NVIC_SetPriorityGrouping(NVIC_PriorityGroup_2);
只能调用一次,多次调用会打乱所有中断优先级。
步骤2:给单个中断分配抢占、子优先级
c
// 定时器3中断:抢占1,子0
HAL_NVIC_SetPriority(TIM3_IRQn,1,0);
// 使能中断通道
HAL_NVIC_EnableIRQ(TIM3_IRQn);
六、实战优先级分层方案(工业/电机项目通用)
按紧急程度从高到低排布:
- 抢占0(最高):急停外部中断、编码器捕获、过流保护(必须立刻响应,不能被打断)
- 抢占1:高频定时器、PWM电机控制、ADC电流采样
- 抢占2:串口接收中断、CAN通讯、传感器数据读取
- 抢占3(最低):屏幕刷新、按键检测、日志打印、延时定时器
举例场景
电机过流中断(抢占0)触发 → 立刻打断正在运行的串口、定时器,马上关闭输出,保护硬件。
七、常见踩坑点
- 数字越大优先级越低
很多新手以为数字大优先,完全搞反,导致中断被阻塞。 - 只配置子优先级,不区分抢占
同抢占下无法嵌套,高频中断会卡顿、丢数据。 - 多处调用 SetPriorityGrouping
分组被反复修改,所有中断优先级全部错乱。 - SysTick 优先级过高
跑RTOS时PendSV/SysTick必须最低,否则任务切换异常。 - 中断函数里加大量延时、printf
高优先级中断阻塞,低优先级中断长期得不到执行。
八、极简一句话总结
STM32中断分抢占优先级(控制能否嵌套打断)+子优先级(同抢占时排队顺序),先全局划分优先级分组,再给每个外设中断分配两层数值;数字越小优先级越高。