【STM32开发之寄存器版】（三）-详解NVIC中断

news2024/10/6 13:33:27

一、前言

STM32F103ZET6具备强大的中断控制能力，其嵌套向量中断控制器(NVIC)和处理器核的接口紧密相连，可以实现低延迟的中断处理和高效地处理晚到的中断。NVIC主要具备以下特性：

68个可屏蔽中断通道(不包含16个Cortex™-M3的中断线)；
16个可编程的优先等级(使用了4位中断优先级)；
低延迟的异常和中断处理；
电源管理控制；
系统控制寄存器的实现；

二、NVIC相关寄存器介绍

NVIC主要包含以下寄存器组：

寄存器	功能
ISER	中断使能寄存器组
ICER	中断除能寄存器组
ISPR	中断挂起控制寄存器组
ICPR	中断解挂控制寄存器组
IABR	中断激活标志位寄存器组
IPR	中断优先级控制寄存器组
STIR	软件触发中断寄存器组
SCB_AIRCR	应用中断和复位控制寄存器

STM32的NVIC控制器寄存器组看起来比较独特，普通的寄存器可以通过写0和写1实现使能和除能、挂起和解挂，但是NVIC的这些寄存器都是写1有效，写0无效的。因此才会出现“中断使能寄存器”与“中断除能寄存器”、“中断挂起控制寄存器”和“中断解挂控制寄存器”这样的独特寄存器对。下面将对这些寄存器进行一一解析。

2.1 ISER中断使能寄存器组

《STM32F10xxx Cortex-M3编程手册》对ISER寄存器的描述如下：

Cortex-M3内核支持 256 个中断，这里用 8 个 32 位寄存器（即8个ISER）来控制，每个位控制一个中断。但是STM32 的可屏蔽中断最多只有 68 个（互联型），所以就是三个（ISER[0~2]]），总共可以表示 96 个中断。而 STM32 只用了其中的前 68 位。ISER[0]的 bit0~31 分别对应中断0~31；ISER[1]的 bit0~32 对应中断 32~63；ISER[2]的 bit0~3 对应中断 64~67；这样总共 68 个中断就分别对应上了。 若使能某个中断，必须设置相应的 ISER 位为 1 。具体某一位代表哪个中断，可以参考stm32f10x.h的172-477行。

2.2 ICER中断除能寄存器组

《STM32F10xxx Cortex-M3编程手册》对ICER寄存器的描述如下：

该寄存器组与 ISER 的作用恰好相反，是用来清除某个中断的使能的。若除能某个中断，必须设置相应的ICER位为1。

2.3 ISPR中断挂起控制寄存器组

《STM32F10xxx Cortex-M3编程手册》对ISPR寄存器的描述如下：

通过置 1，可以将正在进行的中断挂起，而执行同级或更高级别的中断。

2.4 ICPR中断解挂控制寄存器组

《STM32F10xxx Cortex-M3编程手册》对ICPR寄存器的描述如下：

通过置 1，可以将挂起的中断解挂。

2.5 IABR中断激活标志位寄存器组

《STM32F10xxx Cortex-M3编程手册》对IABR寄存器的描述如下：

如果为 1，则表示该位所对应的中断正在被执行。这是一个只读寄存器，通过它可以知道当前在执行的中断是哪一个。在中断执行完了由硬件自动清零。

2.6 IPR中断优先级控制寄存器组

《STM32F10xxx Cortex-M3编程手册》对IP寄存器的描述如下：

IPR是控制中断优先级的一个非常重要的寄存器，STM32 的中断分组与这个寄存器组密切相关。IP 寄存器组由 240 个 8bit 的寄存器组成，每个可屏蔽中断占用 8bit，这样总共可以表示 240 个可屏蔽中断。而 STM32 只用到了其中的 68 个。IP[67]~IP[0]分别对应中断 67~0。而每个可屏蔽中断占用的 8bit 并没有全部使用，而是只用了高 4 位。这 4 位，又分为抢占优先级和子优先级。抢占优先级在前，子优先级在后。而这两个优先级各占几个位又要根据 SCB->AIRCR 中的中断分组设置来决定。

2.7 STIR软件触发中断寄存器组

《STM32F10xxx Cortex-M3编程手册》对STIR寄存器的描述如下：

写入 STIR 以生成软件生成中断（SGI）。需要写入的值是所需 SGI 的中断 ID，范围为 0-239。例如，值 0b00000011 指定中断 IRQ3。

2.8 SCB_AIRCR应用中断和复位控制寄存器

《STM32F10xxx Cortex-M3编程手册》对SCB_AIRCR寄存器的描述如下：

STM32将中断分为5个组，组0-4，该分组由AIRCR的[10:8]决定，最终影响到IPR的[7:4]位分配情况。如下所示：

组 AIRCR[10:8] IPR[7:4] 分配结果
0 111 0:4 0位抢占优先级，4位响应优先级
1 110 1:3 1位抢占优先级，3位响应优先级
2 101 2:2 2位抢占优先级，2位响应优先级
3 100 3:1 3位抢占优先级，1位响应优先级
4 011 4:0 4位抢占优先级，0位响应优先级

例：组设置为 2，那么此时所有的 68 个中断，每个中断的中断优先寄存器的高四位中的最高 2位是抢占优先级，低 2位是响应优先级。每个中断，你可以设置抢占优先级为 0~3，响应优先级为0-3。抢占优先级的级别高于响应优先级。而数值越小所代表的优先级就越高。

组	AIRCR[10:8]	IPR[7:4]	分配结果
0	111	0:4	0位抢占优先级，4位响应优先级
1	110	1:3	1位抢占优先级，3位响应优先级
2	101	2:2	2位抢占优先级，2位响应优先级
3	100	3:1	3位抢占优先级，1位响应优先级
4	011	4:0	4位抢占优先级，0位响应优先级

三、中断打断方式

STM32的中断按照如下约定进行相互打断：

如果两个中断的抢占优先级和响应优先级都是一样的话，则看哪个中断先发生就先执行；
高优先级的抢占优先级是可以打断正在进行的低抢占优先级中断的。而抢占优先级相同的中断，高优先级的响应优先级不可以打断低响应优先级的中断。

四、程序实现

4.1 NVIC分组函数

NVIC分组函数位于SYSTEM/sys.c/MY_NVIC_PriorityGroupConfig()。值得注意的是，在对SCB_AIRCR寄存器写入之前，需要在高16位灌入密钥0X05FA，在改变其中10:8位时，不能更改其他位的数值。具体程序如下所示：

//设置NVIC分组
//NVIC_Group:NVIC分组 0~4 总共5组 		   
void MY_NVIC_PriorityGroupConfig(u8 NVIC_Group)	 
{ 
	u32 temp,temp1;	  
	temp1=(~NVIC_Group)&0x07;//取后三位
	temp1<<=8;
	temp=SCB->AIRCR;  //读取先前的设置
	temp&=0X0000F8FF; //清空先前分组
	temp|=0X05FA0000; //写入钥匙
	temp|=temp1;	   
	SCB->AIRCR=temp;  //设置分组	    	  				   
}

4.2 NVIC初始化设置函数

NVIC初始化设置函数位于SYSTEM/sys.c/MY_NVIC_Init()。该函数主要通过ISER寄存器使能相应中断位，通过IPR寄存器设置响应优先级和抢断优先级。具体程序如下所示：

//设置NVIC 
//NVIC_PreemptionPriority:抢占优先级
//NVIC_SubPriority       :响应优先级
//NVIC_Channel           :中断编号
//NVIC_Group             :中断分组 0~4
//注意优先级不能超过设定的组的范围!否则会有意想不到的错误
//组划分:
//组0:0位抢占优先级,4位响应优先级
//组1:1位抢占优先级,3位响应优先级
//组2:2位抢占优先级,2位响应优先级
//组3:3位抢占优先级,1位响应优先级
//组4:4位抢占优先级,0位响应优先级
//NVIC_SubPriority和NVIC_PreemptionPriority的原则是,数值越小,越优先	   
void MY_NVIC_Init(u8 NVIC_PreemptionPriority,u8 NVIC_SubPriority,u8 NVIC_Channel,u8 NVIC_Group)	 
{ 
	u32 temp;	
	MY_NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_Group);//设置分组
	temp=NVIC_PreemptionPriority<<(4-NVIC_Group);	  
	temp|=NVIC_SubPriority&(0x0f>>NVIC_Group);
	temp&=0xf;								//取低四位  
	NVIC->ISER[NVIC_Channel/32]|=(1<<NVIC_Channel%32);//使能中断位(要清除的话,相反操作就OK) 
	NVIC->IP[NVIC_Channel]|=temp<<4;		//设置响应优先级和抢断优先级   	    	  				   
}