单片机的NVIC与EXTI中断详解

01嵌套向量中断控制器——NVIC

NVIC的全称是Nested vectoredinterrupt controller，即嵌套向量中断控制器。控制着整个芯片中断相关的功能，通过对NVIC寄存器进行配置可以实现对内核和片上外设的中断的控制。但是各个芯片厂商在设计芯片的时候会对 Cortex-M4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-M4的 NVIC 的一个子集，只是用到了NVIC的一部分功能，其余的保留以后备用。

抢占式优先级(占先式优先级)和响应优先级(子优先级)

抢占优先级（占先式优先级）

抢占，是指打断其他中断的属性，即因为具有这个属性会出现嵌套中断（在执行中断服务函数A 的过程中被中断B 打断，执行完中断服务函数B 再继续执行中断服务函数A）。

通俗的讲，完成某一件事正常是有顺序，先完成事件 A ，再完成事件 B，假如，张三现在在做事件 A ，突然李四叫张三去做事件 B ，那么现在就有一个问题，张三是先完成事件 A ？还是去做事件 B ？这里就需要看看那个事件的优先级了，倘若事件 A ，比事件 B 比较重要，那么先完成事件 A 后再完成事件 B ，假如是事件 B， 比事件 A 比较重要,则张三需要先完成事件 B ，再回来继续完成事件 A ，不管事件 A，有没有完成。

在片内中设置好事件执行的优先级之后，总是高优先级先执行完然后再执行低优先级的。编号越低优先级越高。即 “0”的优先级最高。

响应优先级（子优先级）

响应属性则应用在抢占属性相同的情况下，当两个中断向量的抢占优先级相同时，如果两个中断同时到达， 则先处理响应优先级高的中断。

通俗的讲，同时有事件 A 、事件 B 、事件 C ，其中事件 A 的抢占优先级要高于事件 B 、事件 C ，其次事件 B 、事件 C 的抢占优先级一样，在完成事件 A 之后，假如事件 B 、事件 C 这两件事同时“到达”，那这个时候响应属性的作用就开始发挥了，假如事件 B 的响应属性高于事件 C ，则优先完成事件B。

响应和抢占优先级，有种抢占优先级里面包含着响应优先级的感觉，只不过抢占优先级强调的事，我正在做某一件事，有另外一件事来打断我现在在做的这件。响应优先级则强调的是，同时“到达”，我先处理哪一件事的问题。

NVIC 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，如下所示：

在仅剩的4位中，又包含抢占优先级和响应优先级。理论是会有16个中断源，但是STM32又进行了分组，共分为５组，如下:

在库文件misc.c和misc.h中分别用宏定义定义了 "NVIC_PtiorityGroup"这五组分组源。

#define NVIC_PriorityGroup_0         ((uint32_t)0x700) /* 0 bits for pre-emption priority
                                                          4 bits for subpriority */
#define NVIC_PriorityGroup_1         ((uint32_t)0x600) /* 1 bits for pre-emption priority
                                                          3 bits for subpriority */
#define NVIC_PriorityGroup_2         ((uint32_t)0x500) /* 2 bits for pre-emption priority
                                                          2 bits for subpriority */
#define NVIC_PriorityGroup_3         ((uint32_t)0x400) /* 3 bits for pre-emption priority
                                                          1 bits for subpriority */
#define NVIC_PriorityGroup_4         ((uint32_t)0x300) /* 4 bits for pre-emption priority
                                                          0 bits for subpriority */

通过misc.c文件中定义的 “ **NVIC_PriorityGroupConfig(uint32_t NVIC_PriorityGroup) ** ” 函数：

void NVIC_PriorityGroupConfig(uint32_t NVIC_PriorityGroup)
{
  /* Check the parameters */
  assert_param(IS_NVIC_PRIORITY_GROUP(NVIC_PriorityGroup));

  /* Set the PRIGROUP[10:8] bits according to NVIC_PriorityGroup value */
  SCB- >AIRCR = AIRCR_VECTKEY_MASK | NVIC_PriorityGroup;

配置响应优先级及应用举例

例如配置以下一位抢占优先级，三位子优先级

NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1);//中断优先级分组：2位的抢占，2位的子优先级

在选择完组源之后，就需要对该组的中断源、抢占优先级和响应优先级、配置通道的开启进行配置 。

通过在 misc.h 中的结构体，进行配置

typedef struct
{
uint8_t NVIC_IRQChannel;//中断源
uint8_t NVIC_IRQChannelPreemptionPriority;//抢占优先级
uint8_t NVIC_IRQChannelSubPriority;//响应优先级
FunctionalState NVIC_IRQChannelCmd;//是否使能
} NVIC_InitTypeDef；

针对每个中断，设置对应的抢占优先级和响应优先级，下面以中断源为 "USART2_IRQn",抢占优先级为1，响应优先级为0，的例子，优先级分组为一。

static void NVIC_Configuration(void)
{
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);  /* 嵌套向量中断控制器组选择 */

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = DEBUG_USART_IRQ;  /* 配置USART为中断源 */
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0; /* 抢断优先级*/
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 2;  /* 子优先级 */
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;  /* 使能中断 */
 
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); /* 初始化配置NVIC */
}

其中中断源通过在 "stm32f10x.h"中的结构体

typedef enum IRQn
{
  .
  .
  .
  .
  .
}IRQn_Type;

至此，关于NCIV的简单配置就完成了

02外部中断/事件控制器——EXTI

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。

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。这里得并不是以PA的整个系列作为一个中断/事件线，而是以PA0，PB0，PC0 …… PG0作为一个中断源，如下图所示。

16个中断线的不是每个中断都有独立的中断服务函数，IO口外部中断在中断向量表中只分配了7个中断向量，也就是只能使用7个中断服务函数。

从表可以看出外部中断EXTI5_9共用一个服务函数，外部中断EXTI15_10共用一个服务函数，对应的中断函数在启动文件里面

EXTI0_IRQHandler
EXTI1_IRQHandler
EXTI2_IRQHandler
EXTI3_IRQHandler
EXTI4_IRQHandler

因为这里是通过STM32 的引脚，通过映射的方法，让GPIO具有了中断的功能，所以在使用某一个GPIO作为中断的引脚的时候，就需要调动映射服务函数。（ “ stm32f10x_gpio.c” 中的 “ GPIO_EXTILineConfig”）

void GPIO_EXTILineConfig(uint8_t GPIO_PortSource, uint8_t GPIO_PinSource)
{
  uint32_t tmp = 0x00;
  /* Check the parameters */
  assert_param(IS_GPIO_EXTI_PORT_SOURCE(GPIO_PortSource));
  assert_param(IS_GPIO_PIN_SOURCE(GPIO_PinSource));


  tmp = ((uint32_t)0x0F) < < (0x04 * (GPIO_PinSource & (uint8_t)0x03));
  AFIO- >EXTICR[GPIO_PinSource > > 0x02] &= ~tmp;
  AFIO- >EXTICR[GPIO_PinSource > > 0x02] |= (((uint32_t)GPIO_PortSource) < < (0x04 * (GPIO_PinSource & (uint8_t)0x03)));
}

其中，GPIO_PortSource，通过在 stm32f10x_gpio.h 中的查找响应的指令，如下所示

#define GPIO_PortSourceGPIOA       ((uint8_t)0x00)
#define GPIO_PortSourceGPIOB       ((uint8_t)0x01)
#define GPIO_PortSourceGPIOC       ((uint8_t)0x02)
#define GPIO_PortSourceGPIOD       ((uint8_t)0x03)
#define GPIO_PortSourceGPIOE       ((uint8_t)0x04)
#define GPIO_PortSourceGPIOF       ((uint8_t)0x05)
#define GPIO_PortSourceGPIOG       ((uint8_t)0x06)

同理，GPIO_PinSource ，通过在 stm32f10x_gpio.h 中的查找响应的指令，如下所示

#define GPIO_PinSource0            ((uint8_t)0x00)
#define GPIO_PinSource1            ((uint8_t)0x01)
#define GPIO_PinSource2            ((uint8_t)0x02)
#define GPIO_PinSource3            ((uint8_t)0x03)
#define GPIO_PinSource4            ((uint8_t)0x04)
#define GPIO_PinSource5            ((uint8_t)0x05)
#define GPIO_PinSource6            ((uint8_t)0x06)
#define GPIO_PinSource7            ((uint8_t)0x07)
#define GPIO_PinSource8            ((uint8_t)0x08)
#define GPIO_PinSource9            ((uint8_t)0x09)
#define GPIO_PinSource10           ((uint8_t)0x0A)
#define GPIO_PinSource11           ((uint8_t)0x0B)
#define GPIO_PinSource12           ((uint8_t)0x0C)
#define GPIO_PinSource13           ((uint8_t)0x0D)
#define GPIO_PinSource14           ((uint8_t)0x0E)
#define GPIO_PinSource15           ((uint8_t)0x0F)

EXTI功能框图

输入线通过边沿检测电路，检测是上升沿还是下降沿，至于哪一种触发方式，通过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)进行相应位置置 “1”。

通过在 “stm32f10x_exti.h”中的结构体进行选择

typedef enum
{
  EXTI_Trigger_Rising = 0x08,//上升沿
  EXTI_Trigger_Falling = 0x0C,  //下降沿
  EXTI_Trigger_Rising_Falling = 0x10//双触发
}EXTITrigger_TypeDef;

在通过或门，分别有两个信号来源，一个是软件中断事件寄存器，允许我们通过程序控制就可以启动中断/事件线，另一个是边沿检测电路，假如我设置的是是上升沿触发，当外部输入输入线是上升沿的时，则边沿检测电路则会输出“1”至或门，再通过或门，有 “1”则输出是 “1”，或门的输出端分别有两个信号源去向，一个是请求挂起寄存器，一个事件屏蔽寄存器。

中断屏蔽寄存器和请求挂起寄存器的与门逻辑运算至NVIC中断寄存器，再去判断优先级等等。

事件屏蔽寄存器和事件屏蔽寄存器的与门逻辑运算至脉冲发生器，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。

事件：是表示检测到某一动作（电平边沿）触发事件发生了。

中断：有某个事件发生并产生中断，并跳转到对应的中断处理程序中。

选择中断线与EXTI 初始化结构体详解

首先选择某一个GPIO作为中断的输入引脚，第一步使能起对应的时钟线，其次是配置起响应的GPIO的功能，如下

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);
 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;//配置相应的Pin脚
 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING; /* 配置为浮空输入 */ 
 GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);//配置相应的GPIO

"激活"该引脚之后,就需要将中断的功能赋于这个引脚,即把响应的映射功能使能,同时对该中断的详细内容进行配置.如下

首先找到以下函数进行映射使能

"RCC_APB2PeriphClockCmd(uint32_t RCC_APB2Periph, FunctionalState NewState) "

找到"RCC_APB2Periph_AFIO"

码源:

EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO ,ENABLE);
EXTI_InitStructure.EXTI_Line = EXTI_Line0;

/* EXTI为中断模式 */
EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;
/* 上升沿中断 */
EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Rising;
/* 使能中断 */  
EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE;
EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);

下面是对应查找的位置

通过查找EXTI相应的设置结构体

EXTI_Line :——>stm32f10x_exti.h

"EXTI为中断模式":

EXTI_Trigger :

最后一步则是选择EXTI的信号源,通过下面该函数,进行配置

void GPIO_EXTILineConfig(uint8_t GPIO_PortSource, uint8_t GPIO_PinSource)

以上中断服务函数的初始化就完成了,接下来则是编写中断服务函数

void  EXTI0_IRQHandler (void)
{
    //要执行的内容
    EXTI_ClearITPendingBit( 相应的中断线);//查询相应中断线和EXTI_Line 一样
}

" EXTI0_IRQHandler "在启动文件中查找

void EXTI_ClearITPendingBit( 相应的中断线):

其作用就是清除进入中断时对寄存器某个位置 "1",进行清 "0"

理论完成,进入喜闻乐见的实验环节

以按键触发中断为例子，触发引脚为：PA1

简单的逻辑过程

EXIT.c

#include "exti.h"


static void NVIC_Configuration(void)
{
  NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

  /* 嵌套向量中断控制器组选择 */
  NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);

  /* 配置USART为中断源 */
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI1_IRQn;
  /* 抢断优先级*/
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;
  /* 子优先级 */
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 2;
  /* 使能中断 */
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
  /* 初始化配置NVIC */
  NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}


void EXIT_config(void)
{
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;

  RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA , ENABLE);

  GPIO_InitStruct.GPIO_Mode= GPIO_Mode_IN_FLOATING ;
  GPIO_InitStruct.GPIO_Pin= GPIO_Pin_1 ;
  GPIO_InitStruct.GPIO_Speed= GPIO_Speed_50MHz ;
  GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct);

  RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);

  EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStruct;

  EXTI_InitStruct.EXTI_Line=EXTI_Line1  ;
  EXTI_InitStruct.EXTI_LineCmd=ENABLE ;
  EXTI_InitStruct.EXTI_Mode= EXTI_Mode_Interrupt;
  EXTI_InitStruct.EXTI_Trigger= EXTI_Trigger_Falling;

  NVIC_Configuration();
  EXTI_Init(&EXTI_InitStruct);

}


void  EXTI1_IRQHandler (void)
{
    SysTick_Config_delay_ms(10);
    GPIO_ResetBits(GPIOC, GPIO_Pin_13 );
    EXTI_ClearITPendingBit( EXTI_Line1 );//查询相应中断线和EXTI_Line 一样
}

EXIT.h

#ifndef _EXIT_H
#define _EXIT_H


#include "misc.h"
#include "stm32f10x_gpio.h"
#include "stm32f10x.h"
#include "led.h"
#include "systick.h"
#include "stm32f10x_exti.h"




void EXIT_config(void);
static void NVIC_Configuration(void);
#endif

main.c

#include "led.h"
#include "stm32f10x.h"
#include "exti.h"
#include "systick.h"


int main(void)
{
   SysTick_Init();
   LED_GPIO_Config()  ;
   EXIT_config( );
  while(1)
  {  


   }
}