STM32单片机NVIC和中断

这里写目录标题

一，中断的基本概念
二，EXTI 简介
三，EXTI 功能框图
四，中断/事件线
五，NVIC简介
六，优先级的定义
七，优先级分组
八，外部中断使用流程
十，编程实例

在实际应用中，因STM32连接的外设结构形式，信号种类与大小，工作速度差异很大，因此需要有效的方法是单片机与外部设备协调工作。通常单片机与外设交换数据有三种方式：无条件传输方式，程序查询方式以及中断方式。

一，中断的基本概念

(1)中断: 单片机执行主程序时，由于某个事件的原因，暂停主程序的执行，调用相应的中断处理程序处理该事件，处理完毕后再自动继续执行主程序的过程。
(2)中断源: 可以引起中断的事件称为中断源。
(3)中断的优先级:
不同事件的重要程度不同，重要的事件可以打断相对不重要的事件的处理，用户可以根据自己的需求对不同的事件即不同的中断源设定重要级别，称为中断的优先级。
(4)中断服务程序与中断向量:
为了处理中断而编写的程序称为中断服务程序，对应中断服务程序的入口地址称为中断向量。
(5)中断请求、中断响应、中断服务及中断返回:
中断源对主程序或中断服务程序提出中断要求称为中断请求;主程序或中断服务程序接受中断请求，进入中断服务程序的过程称为中断响应;执行中断服务程序的过程称为中断服务;中断服务程序执行完毕后回到主程序或者次级别中断服务程序的过程称为中断返回。中断处理的整个过程包含了中断请求、中断响应、中断服务及中断返回四个步骤。
(6)中断系统: 实现中断处理功能的软件、硬件系统称为中断系统。
(7)中断嵌套: 如果在执行一个中断时又被另一个更重要的事件打断，暂停该中断处理过程转去处理这个更重要的事件，处理完毕后再继续处理本中断的过程称为中断嵌套。
中断嵌套有两条基本规则:
①低优先级的中断服务可被高优先级中断源中断，反之则不能。
②任何一种中断(不管是高级还是低级)一旦得到响应，不会被他的同级中断源的请求所中断。

二，EXTI 简介

EXTI（External interrupt/event controller）—外部中断/事件控制器，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。
EXTI 功能框图

三，EXTI 功能框图

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，这两个功能从硬件上就有所
不同。
首先我们来看图 EXTI 功能框图中红色虚线指示的电路流程。它是一个产生中断的线路，最终信
号流入到 NVIC 控制器内。
编号 1 是输入线，EXTI 控制器有 19 个中断/事件输入线，这些输入线可以通过寄存器设置为任
意一个 GPIO，也可以是一些外设的事件，这部分内容我们将在后面专门讲解。输入线一般是存
在电平变化的信号。
编号 2 是一个边沿检测电路，它会根据上升沿触发选择寄存器 (EXTI_RTSR) 和下降沿触发选择
寄存器 (EXTI_FTSR) 对应位的设置来控制信号触发。边沿检测电路以输入线作为信号输入端，如
果检测到有边沿跳变就输出有效信号 1 给编号 3 电路，否则输出无效信号 0。而 EXTI_RTSR 和
EXTI_FTSR 两个寄存器可以控制器需要检测哪些类型的电平跳变过程，可以是只有上升沿触发、
只有下降沿触发或者上升沿和下降沿都触发。
编号 3 电路实际就是一个或门电路，它一个输入来自编号 2 电路，另外一个输入来自软件中断事
件寄存器 (EXTI_SWIER)。EXTI_SWIER 允许我们通过程序控制就可以启动中断/事件线，这在某
些地方非常有用。我们知道或门的作用就是有 1 就为 1，所以这两个输入随便一个有有效信号 1
就可以输出 1 给编号 4 和编号 6 电路。
编号 4 电路是一个与门电路，它一个输入是编号 3 电路，另外一个输入来自中断屏蔽寄存器
(EXTI_IMR)。与门电路要求输入都为 1 才输出 1，导致的结果是如果 EXTI_IMR 设置为 0 时，那
不管编号 3 电路的输出信号是 1 还是 0，最终编号 4 电路输出的信号都为 0；如果 EXTI_IMR
设置为 1 时，最终编号 4 电路输出的信号才由编号 3 电路的输出信号决定，这样我们可以简单
的控制 EXTI_IMR 来实现是否产生中断的目的。编号 4 电路输出的信号会被保存到挂起寄存器
(EXTI_PR) 内，如果确定编号 4 电路输出为 1 就会把 EXTI_PR 对应位置 1。
编号 5 是将 EXTI_PR 寄存器内容输出到 NVIC 内，从而实现系统中断事件控制。
接下来我们来看看绿色虚线指示的电路流程。它是一个产生事件的线路，最终输出一个脉冲信
号。
产生事件线路是在编号 3 电路之后与中断线路有所不同，之前电路都是共用的。编号 6 电路是
一个与门，它一个输入来自编号 3 电路，另外一个输入来自事件屏蔽寄存器 (EXTI_EMR)。如果
EXTI_EMR 设置为 0 时，那不管编号 3 电路的输出信号是 1 还是 0，最终编号 6 电路输出的信号
都为 0；如果 EXTI_EMR 设置为 1 时，最终编号 6 电路输出的信号才由编号 3 电路的输出信号决
定，这样我们可以简单的控制 EXTI_EMR 来实现是否产生事件的目的。
编号 7 是一个脉冲发生器电路，当它的输入端，即编号 6 电路的输出端，是一个有效信号 1 时就
会产生一个脉冲；如果输入端是无效信号就不会输出脉冲。
编号 8 是一个脉冲信号，就是产生事件的线路最终的产物，这个脉冲信号可以给其他外设电路使
用，比如定时器 TIM、模拟数字转换器 ADC 等等，这样的脉冲信号一般用来触发 TIM 或者 ADC
开始转换。
产生中断线路目的是把输入信号输入到 NVIC，进一步会运行中断服务函数，实现功能，这样是
软件级的。而产生事件线路目的就是传输一个脉冲信号给其他外设使用，并且是电路级别的信号
传输，属于硬件级的。
另外，EXTI 是在 APB2 总线上的，在编程时候需要注意到这点。

四，中断/事件线

EXTI 有 20 个中断/事件线，每个 GPIO 都可以被设置为输入线，占用 EXTI0 至 EXTI15，还有另
外七根用于特定的外设事件，EXTI0 至 EXTI15 用于 GPIO，通过编程控制可以实现任意一个 GPIO 作为 EXTI 的输入源。EXTI 中断 _ 事件线可知，EXTI0 可以通过 AFIO 的外部中断配置寄存器 1(AFIO_EXTICR1) 的EXTI0[3:0] 位选择配置为 PA0、PB0、PC0、PD0、PE0、PF0、PG0、PH0 或者 PI0，见图 EXTI0 输入源选择。其他 EXTI 线 (EXTI 中断/事件线) 使用配置都是类似的。

五，NVIC简介

NVIC的全称是Nested vectoredinterrupt controller，即嵌套向量中断控制器。用于为中断分组，从而分配抢占优先级和响应优先级；
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，是内核里面的一个外设。
NVIC结构体定义：

 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 (8Bit wide)uint32_t RESERVED5[644];__O uint32_t STIR; // 软件触发中断寄存器
} NVIC_Type;

在配置中断的时候我们一般只用ISER、ICER 和IP这三个寄存器，ISER用来使能中断，ICER用来失能中断，IP用来设置中断优先级。

六，优先级的定义

在 NVIC 有一个专门的寄存器：中断优先级寄存器 NVIC_IPRx，用来配置外部中断的优先级，IPR
宽度为 8bit，原则上每个外部中断可配置的优先级为 0~255，数值越小，优先级越高。但是绝大
多数 CM3 芯片都会精简设计，以致实际上支持的优先级数减少，在 F103 中，只使用了高 4bit，

用于表达优先级的这 4bit，又被分组成抢占优先级和子优先级。如果有多个中断同时响应，抢占
优先级高的就会抢占抢占优先级低的优先得到执行，如果抢占优先级相同，就比较子优先级。如
果抢占优先级和子优先级都相同的话，就比较他们的硬件中断编号，编号越小，优先级越高。

七，优先级分组

优先级的分组由内核外设SCB的应用程序中断及复位控制寄存器AIRCR的PRIGROUP[10:8]位决定，F103分为了5组，具体如下:主优先级=抢占优先级

八，外部中断使用流程

1，NVIC设置

1.声明NVIC结构体
2.选择中断分组
3.选择中断通道
4.设置抢占优先级
5.设置响应优先级
6.中断使能
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;

2.中断端口配置

1.声明GPIO和EXTI结构体
2.GPIO配置
3.选择中断引脚
4.选择中断线
5.设置中断请求
6.设置中断触发方式
7.中断线路使能
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;

十，编程实例

通过EXTI配置按键中断，点亮led灯

void EXTI_Key_Config(void)
{//定义GPIO/NVIC/EXTI结构体GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStruct;NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStruct;//配置中断优先级NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1);            //设置中断优先级组：1组（整个系统为同一组）    NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannel = EXTI0_IRQn;          //Channel这里EXTI5~9都是用一个中断源、EXTI10~15也是一个NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0; //抢占优先级0NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;            //子优先级0(响应优先级)NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;         //IRQ通道使能NVIC_Init(&NVIC_InitStruct);                           //初始化//初始化连接EXTI的按键GPIORCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);//RCC时钟开启//GPIO结构体配置（KEY1--A0）GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;      //浮空输入模式GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);              //GPIO初始化//初始化EXTI用于产生中断/事件//选择输入线（EXTIConfig）GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOA,GPIO_PinSource0);//初始化NVIC结构体EXTI_InitStruct.EXTI_Line = EXTI_Line0;EXTI_InitStruct.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;EXTI_InitStruct.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Rising;         //A0上升沿触发EXTI_InitStruct.EXTI_LineCmd = ENABLE;EXTI_Init(&EXTI_InitStruct);                                //EXTI初始化
}void EXTI0_IRQHandler(void)
{if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line0)==1){ //  代码}EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line0);
}

注：部分内容参考野火教程