STM32的中断分两个类型:内核异常和外部中断。
内核异常不能够被打断,不能被设置优先级(它的优先级是凌驾于外部中断之上的)。常见的内核异常有以下几种:复位(reset),不可屏蔽中断(NMI),硬错误(Hardfault)。
外部中断是我们必须学习掌握的知识,包含线中断,定时器中断,IIC,SPI等所有的外设中断,它可配置优先级。外部中断的优先级分为两种:抢占优先级和响应优先级。
- 抢占优先级:抢占优先级高的,能够打断优先级低的任务,等优先级较高的任务执行完毕后,再回来继续执行之前的任务。所以当存在多个抢占优先级不同的任务时,很有可能会产生任务的嵌套。
- 响应优先级:响应优先级又被称为次优先级,若两个任务的抢占式优先级一样,那么响应优先级较高的任务则先执行,且在执行的同时不能被下一个响应优先级更高的任务打断。
配置 NVIC_Config() 函数
NVIC 是嵌套向量中断控制器,控制着整个芯片中断相关的功能,它跟内核紧密耦合,是M3内核里面的一个外设。NVIC负责除了SYSTICK之外的所有中断的控制。
NVIC_Config() 函数如下:
// 主要是配置中断源的优先级与打开使能中断通道 static void NVIC_Config(void) { NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStruct ; // 配置中断优先级分组(设置抢占优先级和子优先级的分配),在函数在misc.c NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1) ; // 配置初始化结构体 在misc.h中 // 配置中断源在stm32f10x.h中 NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannel = KEY1_EXTI_IRQN ; // 配置抢占优先级 NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1 ; // 配置子优先级 NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0 ; // 使能中断通道 NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE ; // 调用初始化函数 NVIC_Init(&NVIC_InitStruct) ; // 对key2执行相同操作 NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannel = KEY2_EXTI_IRQN ; NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1 ; NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1 ; NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE ; NVIC_Init(&NVIC_InitStruct) ; }
配置 NVIC_Config() 的目的是选择中断源的优先级以及打开中断通道,主要功能通过配置 NVIC 初始化结构体 NVIC_InitStruct 来完成。通俗的讲,STM32中有很多中断,而当有多个中断同时发生时就涉及到中断执行的先后问题了,所以引入了中断优先级的概念,中断优先级越高中断就越先执行。在这里我们只讨论外部中断的优先级,在 NVIC 中有一个专门的寄存器:中断优先级寄存器 NVIC_IPRx ,它用来配置外部中断的优先级。优先级高低的比较包括抢占优先级和子优先级,先比较抢占优先级,如果抢占优先级相同就比较子优先级,从而得出中断之间的优先级高低。NVIC的主要任务就是给对应的中断源分配中断优先级。
NVIC_Config() 函数的内容:
1、设置中断优先级分组
中断优先级分组其实是确立一个大纲,中断优先级寄存器 NVIC_IPRx 中有4个位用来确定优先级,中断优先级的分组就是把这4个位分配在抢占优先级和子优先级中。比如设定一个位配置抢占优先级,其余三个位配置子优先级。通过函数 NVIC_PriorityGroupConfig() 来实现分组。
- NVIC_PriorityGroup_0:0 bit for 抢占优先级;4 bits for 子优先级;
- NVIC_PriorityGroup_1:1 bit for 抢占优先级;3 bits for 子优先级;
- NVIC_PriorityGroup_2:2 bits for 抢占优先级;2 bits for 子优先级;
- NVIC_PriorityGroup_3:3 bits for 抢占优先级;1 bit for 子优先级;
- NVIC_PriorityGroup_4:4 bits for 抢占优先级;0 bit for 子优先级;
void NVIC_PriorityGroupConfig(uint32_t NVIC_PriorityGroup) { // 设置优先级分组 SCB->AIRCR = AIRCR_VECTKEY_MASK | NVIC_PriorityGroup; }
2、配置 NVIC 初始化结构体
typedef struct { uint8_t NVIC_IRQChannel; // 中断源 uint8_t NVIC_IRQChannelPreemptionPriority; // 抢占优先级 uint8_t NVIC_IRQChannelSubPriority; // 子优先级 FunctionalState NVIC_IRQChannelCmd; // 中断使能或者失能 } NVIC_InitTypeDef;
初始化结构体的作用是,收集中断源的信息(包括配置哪一个中断源、中断源的抢占优先级是多少、中断源的子优先级是多少、中断源的使能是否开启)。
- NVIC_IROChannel:用于设置中断源,不同的中断中断源不一样。在 stm32f10x.h 头文件里面的 IRQn_Type 结构体中定义包含了所有的中断源。
- NVIC_IRQChannelPreemptionPriority 和 NVIC_IRQChannelSubPriority 分别设置抢占优先级和子优先级,具体的值要根据中断优先级分组来确定。
- NVIC_IRQChannelCmd:设置中断使能(ENABLE)或失能(DISABLE),相当于一个总开关。
3、通过 NVIC 初始化函数将 NVIC 初始化结构体中的信息写入相应的寄存器中。
体现了固件库编程的优点,化繁为简,不需要深入到寄存器层次上,只需要掌握相应函数的配置即可。
配置 EXTI_Config() 函数
EXTI(External interrupt/event controller):外部中断/事件控制器,它管理了控制器的20个中断/事件线。每个中断/事件线都对应有一个边沿检测器,可以实现输入信号的上升沿的检测和下降沿的检测。EXTI 可以实现对每个中断/事件线进行单独配置,可以单独配置为中断或者事件,以及触发事件的属性。STM32的所有GPIO都引入到了EXTI外部中断线上,也就是说,所有的IO口经过配置后都能够触发中断。
下图是GPIO和EXTI的连接方式:
从上图中我们可以看出,一共有16个中断线:EXTI0~EXTI15。每个中断线都对应了从PAx到PGx一共7个GPIO。也就是说,在同一时刻每个中断线只能相应一个GPIO端口的中断,不能够同时响应所有端口的中断事件,但是可以分时复用。在程序执行过程中,这个不需要我们太多的去关心。我们关心最多的是中断触发的方式。
GPIO占用了EXTI0~EXTI15,另外四根则用于特定的外设事件。
EXTI是一个有着多达20个接口的控制器,它可以为每一个接入接口的信号源配置中断(或事件)线、设置信号的检测方式、设置触发事件的性质。传入 EXTI 中的仅仅是一个信号,而 EXTI 的功能就是根据信号传入的事件线来对信号做出相应的处理,然后将处理后的信号转向 NVIC。它就像一个分拣机器,传入的东西经过筛选处理后被送往不同的地方,只是EXTI分拣的是信号。NVIC 是配置中断源,而EXTI 就是向NVIC传送中断信号。
EXTI 可分为两大部分功能,一个是产生中断,另一个是产生事件,路线1-2-4-5是产生中断的流程,20/代表着有20条相同的线路。
EXTI_Config() 函数如下:
// 主要是连接EXTI与GPIO void EXTI_Config() { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct ; EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStruct ; NVIC_Config(); // 初始化要与EXTI连接的GPIO // 开启GPIOA与GPIOC的时钟 RCC_APB2PeriphClockCmd(KEY1_EXTI_GPIO_CLK | KEY2_EXTI_GPIO_CLK, ENABLE) ; GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = KEY1_EXTI_GPIO_PIN ; GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING ; GPIO_Init(KEY1_EXTI_GPIO_PORT , &GPIO_InitStruct) ; GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = KEY2_EXTI_GPIO_PIN ; GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING ; GPIO_Init(KEY2_EXTI_GPIO_PORT , &GPIO_InitStruct) ; // 初始化EXTI外设 // EXTI的时钟要设置AFIO寄存器 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE) ; // 选择作为EXTI线的GPIO引脚 GPIO_EXTILineConfig( KEY1_GPIO_PORTSOURCE , KEY1_GPIO_PINSOURCE) ; // 配置中断or事件线 EXTI_InitStruct.EXTI_Line = KEY1_EXTI_LINE ; // 使能EXTI线 EXTI_InitStruct.EXTI_LineCmd = ENABLE ; // 配置模式:中断or事件 EXTI_InitStruct.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt ; // 配置边沿触发 上升or下降 EXTI_InitStruct.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Rising ; EXTI_Init(&EXTI_InitStruct) ; GPIO_EXTILineConfig( KEY2_GPIO_PORTSOURCE , KEY2_GPIO_PINSOURCE) ; EXTI_InitStruct.EXTI_Line = KEY2_EXTI_LINE ; EXTI_InitStruct.EXTI_LineCmd = ENABLE ; EXTI_InitStruct.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt ; EXTI_InitStruct.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Falling ; EXTI_Init(&EXTI_InitStruct); }
上面部分分为三部分:
配置GPIO相应引脚、配置 EXTI 并连接GPIO引脚、传入 NVIC_Config()
1、配置GPIO相应引脚
该代码是通过按键产生一个电平信号,然后经EXTI处理传入NVIC产生中断的,所以要配置连接按键的GPIO引脚,主要是设置相应的引脚模式为浮空输入 。先开启相应GPIO的时钟,然后配置引脚初始化结构体,再利用初始化函数将初始化结构体写入寄存器中。
2、配置EXTI并连接GPIO引脚
要操作外设,首先要打开相关的时钟,EXTI挂载在APB2总线上,并且开启时钟时要操作AFIO寄存器。准备工作就绪后连接GPIO相应的引脚到EXTI中,前面说了EXTI有20个接口,所以特定的引脚有特定的接口,所以要根据 GPIO_EXTILineConfig() 函数选择用作EXTI线的GPIO引脚。
连接好GPIO引脚与EXTI后就该配置EXTI的初始化结构体,结构体如下:
typedef struct { uint32_t EXTI_Line; // 中断/事件线 EXTIMode_TypeDef EXTI_Mode; // EXTI 模式 EXTITrigger_TypeDef EXTI_Trigger; // 触发类型 FunctionalState EXTI_LineCmd; // EXTI 使能 } EXTI_InitTypeDef;
配置此结构体主要是:选择相应的EXTI线、选择触发模式、选择产生的结果(中断/事件)、是否使能EXTI线。
- EXTI_Line:中断线选择,可选 EXTI_0 至 EXTI_19(共20个)。既然刚才配置好了与GPIO引脚对应的EXTI线,所以初始化结构体中的EXTI线就是与GPIO连接的那个线。
- EXTI_Mode:EXTI 模式选择,可选为产生中断或者产生事件。就是决定信号的发展方向。
- EXTI_Trigger:EXTI 边沿触发模式,可选上升沿触发、下降沿触发或者上升沿和下降沿都触发。
- EXTI_LineCmd:控制是否使能 EXTI 线,可选使能 EXTI 线或禁用。
初始化结构体配置完毕后交由初始化函数写入相应的寄存器中。
3、传入 NVIC_Config()
编写中断服务函数
中断的触发与处理及优先级定义都已经安排上了,最后就是编写中断函数的内容了,只要进入中断就会执行中断函数中的代码。STM32的中断服务函数不同于51单片机中的中断服务函数,STM32的所有中断函数都被安排了,每个中断都有其固定的名字,只有找到这个名字,在这个固定的函数名下编写中断服务函数才是有效的,所有中断函数的编写都要在 stm32f10x_it.c 中。
外设的中断服务函数的名字都存放在 startup_stm32f10x_xx.s 中。EXTI线0到EXTI线4线都是单独的中断函数名、EXTI线5到EXTI线9共用一个中断函数名、EXTI线10线到EXTI线15线共用一个中断函数名。
我们要做的就是以相应的EXTI线的中断函数名字来编写中断函数,如下:
void EXTI0_IRQHandler(void) { if( EXTI_GetITStatus(KEY1_EXTI_LINE)!=RESET) { LED1_TOGGLE; //LED1的亮灭状态反转 } EXTI_ClearITPendingBit(KEY1_EXTI_LINE); } void EXTI15_10_IRQHandler(void) { if( EXTI_GetITStatus(KEY2_EXTI_LINE)!=RESET) { LED2_TOGGLE; //LED2的亮灭状态反转 } EXTI_ClearITPendingBit(KEY2_EXTI_LINE); }
每次进入中断函数后,靠 ITStatus EXTI_GetITStatus(uint32_t EXTI_Line) 读取中断是否执行,执行完之后要利用 void EXTI_ClearITPendingBit(uint32_t EXTI_Line) 清除中断标志位,以免不断进入中断。
#include "stm32f10x.h" #include "bsp_led.h" #include "bsp_key.h" int main(void) { LED_GPIO_Config(); EXTI_Config(); while(1) { } }
#ifndef __BSP_KEY_H #define __BSP_KEY_H #include "stm32f10x.h" #define KEY1_EXTI_GPIO_CLK RCC_APB2Periph_GPIOA #define KEY1_EXTI_GPIO_PORT GPIOA #define KEY1_EXTI_GPIO_PIN GPIO_Pin_0 #define KEY1_EXTI_IRQN EXTI0_IRQn /* 对应着引脚号 */ #define KEY1_EXTI_LINE EXTI_Line0 /* 中断、事件线对应引脚号 */ #define KEY1_GPIO_PORTSOURCE GPIO_PortSourceGPIOA #define KEY1_GPIO_PINSOURCE GPIO_PinSource0 #define KEY1_EXTI_IRQHANDLER EXTI0_IRQHandler #define KEY2_EXTI_GPIO_CLK RCC_APB2Periph_GPIOC #define KEY2_EXTI_GPIO_PORT GPIOC #define KEY2_EXTI_GPIO_PIN GPIO_Pin_13 #define KEY2_EXTI_IRQN EXTI15_10_IRQn #define KEY2_EXTI_LINE EXTI_Line13 #define KEY2_GPIO_PORTSOURCE GPIO_PortSourceGPIOC #define KEY2_GPIO_PINSOURCE GPIO_PinSource13 #define KEY2_EXTI_IRQHANDLER EXTI15_10_IRQHandler void EXTI_Config(void); #endif
#ifndef __BSP_LED_H #define __BSP_LED_H #include "stm32f10x.h" #define LED1_GPIO_CLK RCC_APB2Periph_GPIOC /*时钟*/ #define LED1_GPIO_PORT GPIOC /*端口*/ #define LED1_GPIO_PIN GPIO_Pin_2 /*引脚*/ #define LED2_GPIO_PIN GPIO_Pin_3 #define LED2_GPIO_CLK RCC_APB2Periph_GPIOC #define LED2_GPIO_PORT GPIOC #define digitalTOGGLE(p,i) {p->ODR ^=i;} #define LED1_TOGGLE digitalTOGGLE(LED1_GPIO_PORT,LED1_GPIO_PIN) #define LED2_TOGGLE digitalTOGGLE(LED2_GPIO_PORT,LED2_GPIO_PIN) /* LED状态反转 */ void LED_GPIO_Config(void); #endif