10、中断系统概述

news2024/9/21 16:39:33

目录

0x01、异常类型

0x0001、系统异常清单

0x0002、外部中断清单

0x02、NVIC 简介

0x0001、NVIC 寄存器

0x0002、NVIC 中断配置固件库

0x03、优先级

0x0001、优先级定义

0x0002、优先级分组

0x0003、中断编程


0x01、异常类型

STM32F103 在内核水平上搭载了一个异常响应系统,支持为数众多的系统异常和外部中断。其中系统异常有8 个(如果把Reset 和HardFault 也算上的话就是10 个),外部中断有60 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。有关具体的系统异常和外部中断可在标准库文件stm32f10x.h 这个头文件查询到,在IRQn_Type 这个结构体里面包含了F103 系列全部
的异常声明。

0x0001、系统异常清单

0x0002、外部中断清单

0x02、NVIC 简介

在讲如何配置中断优先级之前,我们需要先了解下NVIC。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。但是各个芯片厂商在设
计芯片的时候会对Cortex-M3 内核里面的NVIC 进行裁剪,把不需要的部分去掉,所以说STM32
的NVIC 是Cortex-M 3 的NVIC 的一个子集。

0x0001、NVIC 寄存器

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。

0x0002、NVIC 中断配置固件库

固件库文件core_cm3.h 的最后,还提供了NVIC 的一些函数,这些函数遵循CMSIS 规则,只要
是Cortex-M3 的处理器都可以使用,具体如下:

 这些库函数我们在编程的时候用的都比较少,甚至基本都不用。在配置中断的时候我们还有更简
洁的方法,请看中断编程小节。

0x03、优先级

0x0001、优先级定义

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,
如下所示:

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。

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。

0x0002、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

设置优先级分组可调用库函数NVIC_PriorityGroupConfig() 实现,有关NVIC 中断相关的库函数都
在库文件misc.c 和misc.h 中。

NVIC_PriorityGroupConfig 是整个程序中只需要设置一次。 若重复调用相当于对中断相关寄存器重复赋值多次取最后一次赋值,并且从代码布局逻辑来说,NVIC_PriorityGroupConfig 适合放在main() 函数中。

从上图可以看出,NVIC_PriorityGroupConfig实际上就决定了整个程序中所有中断的主优先级、子优先级的个数。

0x0003、中断编程

在配置每个中断的时候一般有3 个编程要点:

1. 使能外设某个中断,这个具体由每个外设的相关中断使能位控制。比如串口有发送完成中
断,接收完成中断,这两个中断都由串口控制寄存器的相关中断使能位控制。

2. 初始化NVIC_InitTypeDef 结构体,配置中断优先级分组,设置抢占优先级和子优先级,使
能中断请求。NVIC_InitTypeDef 结构体在固件库头文件misc.h 中定义。

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;         // 中断使能或失能  
} NVIC_InitTypeDef;

有关NVIC 初始化结构体的成员我们一一解释下:

a. NVIC_IROChannel:用来设置中断源,不同的中断中断源不一样,且不可写错,即使写错了程序也不会报错,只会导致不响应中断。具体的成员配置可参考stm32f10x.h 头文件里面的IRQn_Type结构体定义,这个结构体包含了所有的中断源。

b. NVIC_IRQChannelPreemptionPriority:抢占优先级,具体的值要根据优先级分组来确定,具体
参考表格优先级分组真值表优先级分组真值表。

c. NVIC_IRQChannelSubPriority:子优先级,具体的值要根据优先级分组来确定,具体参考表格
优先级分组真值表优先级分组真值表。

d. NVIC_IRQChannelCmd:中断使能(ENABLE)或者失能(DISABLE)。操作的是NVIC_ISER
和NVIC_ICER 这两个寄存器。

3. 编写中断服务函数

在启动文件startup_stm32f10x_hd.s 中我们预先为每个中断都写了一个中断服务函数,只是这些
中断函数都是为空,为的只是初始化中断向量表。实际的中断服务函数都需要我们重新编写,为
了方便管理我们把中断服务函数统一写在stm32f10x_it.c 这个库文件中。
关于中断服务函数的函数名必须跟启动文件里面预先设置的一样,如果写错,系统就在中断向量
表中找不到中断服务函数的入口,直接跳转到启动文件里面预先写好的空函数,并且在里面无限
循环,实现不了中断。

补充说明

后续其他例程的某个外设配置过程的自定义函数如NVIC_Configuration() 分别执行了
NVIC_PriorityGroupConfig() 配置中断优先级分组,NVIC_Init(&NVIC_InitStructure) 配置结构体赋
值的将要设置的中断向量和其优先级,注意这里的NVIC_PriorityGroupConfig 是整个程序中只
需要设置一次。
当设置好了中断优先级分组,其他各种外设对应的中断向量的中断优先级既是基于目前设置分
组来解读,假设配置为NVIC_PriorityGroup_0 或者NVIC_PriorityGroup_4,那么给多个外设分别
填充NVIC_InitStructure 的子优先级或主优先级是无效的,所以说如果工程里面有用到许多的外
设中断,那么在确定了想用哪一种优先级分组后再给每个外设对应的中断向量配置优先级。
在其他例程中很多将NVIC_PriorityGroupConfig 写在了每个外设自己的中断配置函数里面,有些
可能多个外设配置函数下重复了NVIC_PriorityGroupConfig() 这句,这里提醒用户后续编写自己
程序时只需要调用一次即可,若重复调用相当于对中断相关寄存器重复赋值多次取最后一次赋
值,并且从代码布局逻辑来说,NVIC_PriorityGroupConfig 适合放在main() 函数中。

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