STM32微控制器的中断优先级设置中，抢占优先级和子优先级如何影响中断响应？

news2024/9/23 20:02:16

在STM32微控制器中，中断优先级设置是一个关键的概念，它决定了在发生多个中断时，哪些中断能够优先被处理。STM32的中断优先级系统包括抢占优先级（Preemption Priority）和子优先级（Subpriority），这两个优先级共同决定了中断的响应顺序。在本文中，我们将详细探讨这两个优先级如何影响中断响应，并提供相应的代码示例。
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抢占优先级与子优先级的基本概念

抢占优先级决定了中断之间的嵌套关系。当一个高抢占优先级的中断发生时，如果当前正在处理一个低抢占优先级的中断，那么高优先级的中断会抢占低优先级中断的执行，直到高优先级中断处理完成。这种机制确保了关键任务能够及时得到处理。

子优先级则在具有相同抢占优先级的中断中起作用。如果两个中断具有相同的抢占优先级，那么子优先级高的中断会先被处理。子优先级的存在使得系统能够在多个同等重要的中断中做出选择，优先处理某些中断。

如何设置抢占优先级和子优先级

在STM32微控制器中，可以通过NVIC（Nested Vectored Interrupt Controller）来设置抢占优先级和子优先级。以下是设置这两个优先级的步骤：

选择优先级分组：STM32提供了几种不同的优先级分组模式，通过NVIC_PriorityGroupConfig()函数来设置。这个函数决定了抢占优先级和子优先级的位数分配。
初始化中断：使用NVIC_InitTypeDef结构体来配置特定中断的优先级。通过HAL_NVIC_Init()函数来应用这些配置。

代码示例

以下是一个代码示例，展示了如何为两个不同的中断设置不同的抢占优先级和子优先级。

#include "stm32f1xx_hal.h"

// 定义中断优先级
#define PREEMPTION_PRIORITY_HIGH    (0x0F << NVIC_PRIORITYGROUP_0_PREEMPTION_PRIORITY_POS)
#define SUB_PRIORITY_HIGH          (0x0F << NVIC_PRIORITYGROUP_0_SUB_PRIORITY_POS)
#define PREEMPTION_PRIORITY_MEDIUM (0x07 << NVIC_PRIORITYGROUP_0_PREEMPTION_PRIORITY_POS)
#define SUB_PRIORITY_MEDIUM         (0x07 << NVIC_PRIORITYGROUP_0_SUB_PRIORITY_POS)
#define PREEMPTION_PRIORITY_LOW     (0x00 << NVIC_PRIORITYGROUP_0_PREEMPTION_PRIORITY_POS)
#define SUB_PRIORITY_LOW             (0x00 << NVIC_PRIORITYGROUP_0_SUB_PRIORITY_POS)

// 初始化NVIC
void NVIC_Configuration(void)
{
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStruct = {0};

    // 设置优先级分组为0，4位抢占优先级，0位子优先级
    NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_0);

    // 设置高优先级中断
    NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannel = TIM2_IRQn; // 假设TIM2为高优先级中断
    NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = PREEMPTION_PRIORITY_HIGH;
    NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelSubPriority = SUB_PRIORITY_HIGH;
    NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
    HAL_NVIC_Init(&NVIC_InitStruct);

    // 设置中等优先级中断
    NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn; // 假设USART1为中等优先级中断
    NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = PREEMPTION_PRIORITY_MEDIUM;
    NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelSubPriority = SUB_PRIORITY_MEDIUM;
    NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
    HAL_NVIC_Init(&NVIC_InitStruct);

    // 设置低优先级中断
    NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannel = EXTI0_IRQn; // 假设EXTI0为低优先级中断
    NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = PREEMPTION_PRIORITY_LOW;
    NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelSubPriority = SUB_PRIORITY_LOW;
    NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
    HAL_NVIC_Init(&NVIC_InitStruct);
}

// 定时器中断处理函数
void TIM2_IRQHandler(void)
{
    HAL_TIM_IRQHandler(&htim2);
}

// USART中断处理函数
void USART1_IRQHandler(void)
{
    HAL_UART_IRQHandler(&huart1);
}

// 外部中断处理函数
void EXTI0_IRQHandler(void)
{
    HAL_GPIO_EXTI0_IRQHandler();
}

int main(void)
{
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    NVIC_Configuration();

    // 其他初始化代码...

    while (1)
    {
        // 主循环代码...
    }
}

void SystemClock_Config(void)
{
    // 系统时钟配置代码...
}

在这个示例中，我们首先定义了不同的优先级宏，然后在NVIC_Configuration()函数中设置了三个不同优先级的中断。TIM2被设置为最高优先级，USART1为中等优先级，EXTI0为最低优先级。这样，当这些中断同时发生时，TIM2的中断将首先被处理，然后是USART1，最后是EXTI0。

结语

STM32微控制器的中断优先级设置是确保系统响应性和实时性的关键。通过合理配置抢占优先级和子优先级，开发者可以确保关键任务得到及时处理，同时避免低优先级任务长时间阻塞高优先级任务的执行。在设计STM32应用程序时，了解和正确使用中断优先级是非常重要的。通过本文的介绍和代码示例，希望能够帮助读者更好地理解和应用STM32的中断优先级设置。