STM32外部中斷詳解

ARM Coetex-M3內(nèi)核共支持256個(gè)中斷，其中16個(gè)內(nèi)部中斷，240個(gè)外部中斷和可編程的256級(jí)中斷優(yōu)先級(jí)的設(shè)置。STM32目前支持的中斷共84個(gè)（16個(gè)內(nèi)部+68個(gè)外部），還有16級(jí)可編程的中斷優(yōu)先級(jí)的設(shè)置，僅使用中斷優(yōu)先級(jí)設(shè)置8bit中的高4位。
STM32可支持68個(gè)中斷通道，已經(jīng)固定分配給相應(yīng)的外部設(shè)備，每個(gè)中斷通道都具備自己的中斷優(yōu)先級(jí)控制字節(jié)PRI_n(8位，但是STM32中只使用4位，高4位有效)，每4個(gè)通道的8位中斷優(yōu)先級(jí)控制字構(gòu)成一個(gè)32位的優(yōu)先級(jí)寄存器。68個(gè)通道的優(yōu)先級(jí)控制字至少構(gòu)成17個(gè)32位的優(yōu)先級(jí)寄存器。
4bit的中斷優(yōu)先級(jí)可以分成2組，從高位看，前面定義的是搶占式優(yōu)先級(jí)，后面是響應(yīng)優(yōu)先級(jí)。按照這種分組，4bit一共可以分成5組
第0組：所有4bit用于指定響應(yīng)優(yōu)先級(jí)；
第1組：最高1位用于指定搶占式優(yōu)先級(jí)，后面3位用于指定響應(yīng)優(yōu)先級(jí)；
第2組：最高2位用于指定搶占式優(yōu)先級(jí)，后面2位用于指定響應(yīng)優(yōu)先級(jí)；
第3組：最高3位用于指定搶占式優(yōu)先級(jí)，后面1位用于指定響應(yīng)優(yōu)先級(jí)；
第4組：所有4位用于指定搶占式優(yōu)先級(jí)。

所謂搶占式優(yōu)先級(jí)和響應(yīng)優(yōu)先級(jí)，他們之間的關(guān)系是：具有高搶占式優(yōu)先級(jí)的中斷可以在具有低搶占式優(yōu)先級(jí)的中斷處理過程中被響應(yīng)，即中斷嵌套。
當(dāng)兩個(gè)中斷源的搶占式優(yōu)先級(jí)相同時(shí)，這兩個(gè)中斷將沒有嵌套關(guān)系，當(dāng)一個(gè)中斷到來后，如果正在處理另一個(gè)中斷，這個(gè)后到來的中斷就要等到前一個(gè)中斷處理完之后才能被處理。如果這兩個(gè)中斷同時(shí)到達(dá)，則中斷控制器根據(jù)他們的響應(yīng)優(yōu)先級(jí)高低來決定先處理哪一個(gè)；如果他們的搶占式優(yōu)先級(jí)和響應(yīng)優(yōu)先級(jí)都相等，則根據(jù)他們?cè)谥袛啾碇械呐盼豁樞驔Q定先處理哪一個(gè)。每一個(gè)中斷源都必須定義2個(gè)優(yōu)先級(jí)。
有幾點(diǎn)需要注意的是：
1）如果指定的搶占式優(yōu)先級(jí)別或響應(yīng)優(yōu)先級(jí)別超出了選定的優(yōu)先級(jí)分組所限定的范圍，將可能得到意想不到的結(jié)果；
2）搶占式優(yōu)先級(jí)別相同的中斷源之間沒有嵌套關(guān)系；
3）如果某個(gè)中斷源被指定為某個(gè)搶占式優(yōu)先級(jí)別，又沒有其它中斷源處于同一個(gè)搶占式優(yōu)先級(jí)別，則可以為這個(gè)中斷源指定任意有效的響應(yīng)優(yōu)先級(jí)別。
二、GPIO外部中斷
STM32中，每一個(gè)GPIO都可以觸發(fā)一個(gè)外部中斷，但是，GPIO的中斷是以組位一個(gè)單位的，同組間的外部中斷同一時(shí)間只能使用一個(gè)。比如說，PA0，PB0，PC0，PD0，PE0，PF0，PG0這些為1組，如果我們使用PA0作為外部中斷源，那么別的就不能夠再使用了，在此情況下，我們智能使用類似于PB1，PC2這種末端序號(hào)不同的外部中斷源。每一組使用一個(gè)中斷標(biāo)志EXTIx。EXTI0 – EXTI4這5個(gè)外部中斷有著自己的單獨(dú)的中斷響應(yīng)函數(shù)，EXTI5-9共用一個(gè)中斷響應(yīng)函數(shù)，EXTI10-15共用一個(gè)中斷響應(yīng)函數(shù)。對(duì)于中斷的控制，STM32有一個(gè)專用的管理機(jī)構(gòu)：NVIC。

三、程序?qū)崿F(xiàn)

其實(shí)上面那些基本概念和知識(shí)只是對(duì)STM32的中斷系統(tǒng)有一個(gè)大概的認(rèn)識(shí)，用程序說話將會(huì)更能夠加深如何使用中斷。使用外部中斷的基本步驟如下：
1. 設(shè)置好相應(yīng)的時(shí)鐘；
2. 設(shè)置相應(yīng)的中斷；
3. IO口初始化；
4. 把相應(yīng)的IO口設(shè)置為中斷線路（要在設(shè)置外部中斷之前）并初始化；
5. 在選擇的中斷通道的響應(yīng)函數(shù)中中斷函數(shù)。

假設(shè)有三個(gè)按鍵，用按鍵來觸發(fā)相應(yīng)的中斷。K1/K2/K3連接的是PC5/PC2/PC3，因此我將用EXTI5/EXTI2/EXTI3三個(gè)外部中斷。PB5/PD6/PD3分別連接了三個(gè)LED燈。中斷的效果是按下按鍵，相應(yīng)的LED燈將會(huì)被點(diǎn)亮。

1. 設(shè)置相應(yīng)的時(shí)鐘
首先需要打開GPIOB、GPIOC和GPIOE（因?yàn)榘存I另外一端連接的是PE口）。然后由于是要用于觸發(fā)中斷，所以還需要打開GPIO復(fù)用的時(shí)鐘。相應(yīng)的函數(shù)在GPIO的學(xué)習(xí)筆記中有了詳細(xì)了解釋。詳細(xì)代碼如下：
void RCC_cfg()
{
//打開PE PD PC PB端口時(shí)鐘，并且打開復(fù)用時(shí)鐘
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOE | RCC_APB2Periph_GPIOC | RCC_APB2Periph_GPIOD | RCC_APB2Periph_GPIOB | RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);
}
設(shè)置相應(yīng)的時(shí)鐘所需要的RCC函數(shù)在stm32f10x_rcc.c中，所以要在工程中添加此文件。

2. 設(shè)置好相應(yīng)的中斷
設(shè)置相應(yīng)的中斷實(shí)際上就是設(shè)置NVIC，在STM32的固件庫中有一個(gè)結(jié)構(gòu)體NVIC_InitTypeDef，里面有相應(yīng)的標(biāo)志位設(shè)置，然后再用NVIC_Init()函數(shù)進(jìn)行初始化。詳細(xì)代碼如下：
void NVIC_cfg()
{
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure; //第一結(jié)構(gòu)體
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); //選擇中斷分組2


NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI2_IRQChannel; //選擇中斷通道2
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0; //搶占式中斷優(yōu)先級(jí)設(shè)置為0
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0; //響應(yīng)式中斷優(yōu)先級(jí)設(shè)置為0
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //使能中斷
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);


NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI3_IRQChannel; //選擇中斷通道3
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1; //搶占式中斷優(yōu)先級(jí)設(shè)置為1
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1; //響應(yīng)式中斷優(yōu)先級(jí)設(shè)置為1
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //使能中斷
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);


NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI9_5_IRQChannel; //選擇中斷通道5
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2; //搶占式中斷優(yōu)先級(jí)設(shè)置為2
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 2; //響應(yīng)式中斷優(yōu)先級(jí)設(shè)置為2
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //使能中斷
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}

由于有3個(gè)中斷，因此根據(jù)前文所述，需要有3個(gè)bit來指定搶占優(yōu)先級(jí)，所以選擇第2組。又由于EXTI5-9共用一個(gè)中斷響應(yīng)函數(shù)，所以EXTI5選擇的中斷通道是EXTI9_5_IRQChannel，詳細(xì)信息可以在頭文件中查詢得到。用到的NVIC相關(guān)的庫函數(shù)在stm32f10x_nivc.c中，需要將此文件復(fù)制并添加到工程中。具體位置可以查看關(guān)于GPIO的筆記。這段代碼編譯起來沒有任何問題，但是在鏈接的時(shí)候就會(huì)報(bào)錯(cuò)，需要把STM32F10xR.LIB加入工程中，具體位置在…KeilARMRV31LIBSTSTM32F10xR.LIB。

3. IO口初始化
void IO_cfg()
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;


GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2; //選擇引腳2
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; //輸出頻率最大50MHz
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //帶上拉電阻輸出
GPIO_Init(GPIOE,&GPIO_InitStructure);
GPIO_ResetBits(GPIOE,GPIO_Pin_2); //將PE.2引腳設(shè)置為低電平輸出


GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2 | GPIO_Pin_3 | GPIO_Pin_5; //選擇引腳2 3 5
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING; //選擇輸入模式為浮空輸入
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; //輸出頻率最大50MHz
GPIO_Init(GPIOC,&GPIO_InitStructure); //設(shè)置PC.2/PC.3/PC.5


GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_3 | GPIO_Pin_6; //選擇引腳3 6
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; //輸出頻率最大50MHz
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //帶上拉電阻輸出
GPIO_Init(GPIOD,&GPIO_InitStructure);


GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5; //選擇引腳5
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; //輸出頻率最大50MHz
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //帶上拉電阻輸出
GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);
}
其中連接外部中斷的引腳需要設(shè)置為輸入狀態(tài)，而連接LED的引腳需要設(shè)置為輸出狀態(tài)，初始化PE.2是為了使得按鍵的另外一端輸出低電平。GPIO中的函數(shù)在stm32f10x_gpio.c中。

4. 把相應(yīng)的IO口設(shè)置為中斷線路
由于GPIO并不是專用的中斷引腳，因此在用GPIO來觸發(fā)外部中斷的時(shí)候需要設(shè)置將GPIO相應(yīng)的引腳和中斷線連接起來，具體代碼如下：
void EXTI_cfg()
{
EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStructure;
//清空中斷標(biāo)志
EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line2);
EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line3);
EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line5);

//選擇中斷管腳PC.2 PC.3 PC.5
GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOC, GPIO_PinSource2);
GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOC, GPIO_PinSource3);
GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOC, GPIO_PinSource5);

EXTI_InitStructure.EXTI_Line = EXTI_Line2 | EXTI_Line3 | EXTI_Line5; //選擇中斷線路2 3 5
EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt; //設(shè)置為中斷請(qǐng)求，非事件請(qǐng)求
EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Rising_Falling; //設(shè)置中斷觸發(fā)方式為上下降沿觸發(fā)
EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE; //外部中斷使能
EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);
}
EXTI_cfg中需要調(diào)用到的函數(shù)都在stm32f10x_exti.c。

5. 寫中斷響應(yīng)函數(shù)
STM32不像C51單片機(jī)那樣，可以用過interrupt關(guān)鍵字來定義中斷響應(yīng)函數(shù)，STM32的中斷響應(yīng)函數(shù)接口存在中斷向量表中，是由啟動(dòng)代碼給出的。默認(rèn)的中斷響應(yīng)函數(shù)在stm32f10x_it.c中。因此我們需要把這個(gè)文件加入到工程中來。
在這個(gè)文件中，我們發(fā)現(xiàn)，很多函數(shù)都是只有一個(gè)函數(shù)名，并沒有函數(shù)體。我們找到EXTI2_IRQHandler()這個(gè)函數(shù)，這就是EXTI2中斷響應(yīng)的函數(shù)。我的目標(biāo)是將LED燈點(diǎn)亮，所以函數(shù)體其實(shí)很簡單：
void EXTI2_IRQHandler(void)
{
//點(diǎn)亮LED燈
GPIO_SetBits(GPIOD,GPIO_Pin_6);
//清空中斷標(biāo)志位，防止持續(xù)進(jìn)入中斷
EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line2);
}

void EXTI3_IRQHandler(void)
{
GPIO_SetBits(GPIOD,GPIO_Pin_3);
EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line3);
}

void EXTI9_5_IRQHandler(void)
{
GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);

EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line5);
}
由于EXTI5-9是共用一個(gè)中斷響應(yīng)函數(shù)，因此所有的EXTI5 – EXTI9的響應(yīng)函數(shù)都寫在這個(gè)里面。

6. 寫主函數(shù)
#include "stm32f10x_lib.h"

void RCC_cfg();
void IO_cfg();
void EXTI_cfg();
void NVIC_cfg();

int main()
{
RCC_cfg();
IO_cfg();
NVIC_cfg();
EXTI_cfg();

while(1);
}