STM32中的NVIC详解

 

转载自 https://blog.csdn.net/wuyuzun/article/details/72783152

 

NVIC的全称是Nested vectoredinterrupt controller，即嵌套向量中断控制器。
    对于M3和M4内核的MCU，每个中断的优先级都是用寄存器中的8位来设置的。8位的话就可以设置2^8 =256级中断，实际中用不了这么多，所以芯片厂商根据自己生产的芯片做出了调整。比如ST的STM32F1xx和F4xx只使用了这个8位中的高四位[7:4]，低四位取零，这样2^4=16，只能表示16级中断嵌套。
    对于这个NVIC，有个重要的知识点就是优先级分组，抢占优先级和子优先级，下面就以STM32为例进行介绍，STM32F1xx和F4xx都是只使用了这个8位寄存器的高四位[7:4]。

具有高抢占式优先级的中断可以在具有低抢占式优先级的中断服务程序执行过程中被响应，即中断嵌套，或者说高抢占式优先级的中断可以抢占低抢占式优先级的中断的执行。在抢占式优先级相同的情况下，有几个子优先级不同的中断同时到来，那么高子优先级的中断优先被响应。

在抢占式优先级相同的情况下，如果有低子优先级中断正在执行，高子优先级的中断要等待已被响应的低子优先级中断执行结束后才能得到响应，即子优先级不支持中断嵌套。Reset、NMI、Hard Fault 优先级为负数，高于普通中断优先级，且优先级不可配置。

对于初学者还有一个比较纠结的问题就是系统中断（比如：PendSV，SVC，SysTick）是不是一定比外部中断（比如SPI,USART）要高，答案：不是的，它们是在同一个NVIC下面设置的。

 

 

前言： 
1.要想学习STM32中断，要先掌握STM32对优先级的定义； 
2.有51单片机开发经验会比较容易理解中断优先级； 
3.本篇博文基于STM32F103ZET6芯片和3.5.0标准库编写； 
4.本篇博文从寄存器入手，最终实现编程的步骤；如有不足之处，还请前辈多多指教；

一 基础知识 
1. cortex-m3支持256个中断，其中包含了16个内核中断，240个外部中断。（本博文只介绍60个外部可屏蔽中断） 
2. stm32只有84个中断，包括16个内核中断和68个可屏蔽中断 
3. stm32f103上只有60个可屏蔽中断，f107上才有68个中断 
4. 先占优先级也就是抢占优先级，概念等同于51单片机中的中断。假设有两中断先后触发，已经在执行的中断先占优先级如果没有后触发的中断 先占优先级更高，就会先处理先占优先级高的中断。也就是说又有较高的先占优先级的中断可以打断先占优先级较低的中断。这是实现中断嵌套的基础。 
次占优先级，也就是响应优先级，只在同一先占优先级的中断同时触发时起作用，先占优先级相同，则优先执行次占优先级较高的中断。次占优先级不会造成中断嵌套。 如果中断的两个优先级都一致，则优先执行位于中断向量表中位置较高的中断。

NVIC是什么？ 
嵌套向量中断控制器；用于为中断分组，从而分配抢占优先级和响应优先级； 
分组的方式有两种： 
（1）Cortex-m3内核提供了一种3位宽度的PRIGROUP数据区，用于指示一个8位数据序列中的小数点的位置，从而表示中断优先级的分组。见下表： 

（2）而实际上STM32并没有用到这么多中断，所以在分组上只分了5个组，并且表示方法有所不同；见下表： 

我们在应用当中只会用到STM32的分组（５组）方式，所以下面着重于５组分组方式；

二 中断向量表 （STM32F10x系列） 
 
 
 
 
（图片来自STM32使用手册，只需看，不需要熟记，知道大概这么多中断就好）

三 配置中断相关寄存器

/*
cortex－ｍ3内核分组方式（8组）结构体表达方式：
*/
typedef struct
{
  __IO uint32_t ISER[8];             中断使能设置寄存器          /*!< 偏移量: 0x000  Interrupt Set Enable Register           */
       uint32_t RESERVED0[24];                                   
  __IO uint32_t ICER[8];              中断清除使能寄存器         /*!<偏移量: 0x080  Interrupt Clear Enable Register        */
       uint32_t RSERVED1[24];                                    
  __IO uint32_t ISPR[8];              中断挂起设置寄存器        /*!< 偏移量: 0x100  Interrupt Set Pending Register          */
       uint32_t RESERVED2[24];                                   
  __IO uint32_t ICPR[8];              中断清除挂起寄存器        /*!<偏移量: 0x180  Interrupt Clear Pending Register        */
       uint32_t RESERVED3[24];                                   
  __IO uint32_t IABR[8];               中断激活状态位寄存器       /*!< 偏移量: 0x200  Interrupt Active bit Register           */
       uint32_t RESERVED4[56];                                   
  __IO uint8_t  IP[240];               中断优先级寄存器       /*!< 偏移量: 0x300  Interrupt Priority Register (8Bit wide) */
       uint32_t RESERVED5[644];        软件触发方式寄存器                          
  __O  uint32_t STIR;                         /*!< 偏移量: 0xE00  Software Trigger Interrupt Register     */
}  NVIC_Type;  
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/*
STM32分组（5组）方式结构体表达方式
typedef struct
{
  vu32 ISER[2];
  u32  RESERVED0[30];
  vu32 ICER[2];
  u32  RSERVED1[30];
  vu32 ISPR[2];
  u32  RESERVED2[30];
  vu32 ICPR[2];
  u32  RESERVED3[30];
  vu32 IABR[2];
  u32  RESERVED4[62];
  vu32 IPR[15];
} NVIC_TypeDef;
*/
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以上寄存器介绍： 

对一些概念的解释： 
1. 挂起：当置位中断挂起寄存器的时候，相应的中断将会被挂起，这是这个中断将不会立即执行，而是等待可执行的时候再执行；比如高低级别的中断同时产生，就先挂起低级别的中断，等高级别的中断执行完毕，解除并执行低级中断； 
2. 对中断优先级控制寄存器的解释 

推荐去观看一位前辈的博客： 
http://blog.csdn.net/DLUTXIE/article/details/7059184?locationNum=4&fps=1

四 编程步骤

（1）选择优先级分组 
/* 
1. 此函数在库文件misc.h文件下； 
2. 参数可参照下面图片： 
 
3. 功能：选择分组方式； 
*/ 
void NVIC_PriorityGroupConfig(uint32_t NVIC_PriorityGroup);

栗子：NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); 
//抢占优先级可选0~3，响应优先级可选0~3；

（2）选择，配置，并使能中断 
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI2_IRQn; //选择EXTI2中断 
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0x02; //抢占优先级为2 
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0x02; //响应优先级为2 
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //使能EXTI2中断； 
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); //初始化以上参数；

（3）写出相应中断函数 
栗子： 
void EXTI2_IRQHandler(void) 
{

//逻辑代码；

EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line2); 
}
--------------------- 
作者：wuyuzun 
来源：CSDN 
原文：https://blog.csdn.net/wuyuzun/article/details/72783152 
版权声明：本文为博主原创文章，转载请附上博文链接！

STM32(Cortex-M3)中有两个优先级的概念——抢占式优先级和响应优先级，有人把响应优先级称作'亚优先级'或'副优先级'，每个中断源都需要被指定这两种优先级。

具有高抢占式优先级的中断可以在具有低抢占式优先级的中断处理过程中被响应，即中断嵌套，或者说高抢占式优先级的中断可以嵌套低抢占式优先级的中断。

当两个中断源的抢占式优先级相同时，这两个中断将没有嵌套关系，当一个中断到来后，如果正在处理另一个中断，这个后到来的中断就要等到前一个中断处理完之后才能被处理。如果这两个中断同时到达，则中断控制器根据他们的响应优先级高低来决定先处理哪一个；如果他们的抢占式优先级和响应优先级都相等，则根据他们在中断表中的排位顺序决定先处理哪一个。

既然每个中断源都需要被指定这两种优先级，就需要有相应的寄存器位记录每个中断的优先级；在Cortex-M3中定义了8个比特位用于设置中断源的优先级，这8个比特位可以有8种分配方式，如下：

所有8位用于指定响应优先级
最高1位用于指定抢占式优先级，最低7位用于指定响应优先级
最高2位用于指定抢占式优先级，最低6位用于指定响应优先级
最高3位用于指定抢占式优先级，最低5位用于指定响应优先级
最高4位用于指定抢占式优先级，最低4位用于指定响应优先级
最高5位用于指定抢占式优先级，最低3位用于指定响应优先级
最高6位用于指定抢占式优先级，最低2位用于指定响应优先级
最高7位用于指定抢占式优先级，最低1位用于指定响应优先级

这就是优先级分组的概念。

---

Cortex-M3允许具有较少中断源时使用较少的寄存器位指定中断源的优先级，因此STM32把指定中断优先级的寄存器位减少到4位，这4个寄存器位的分组方式如下： 

第0组：所有4位用于指定响应优先级
第1组：最高1位用于指定抢占式优先级，最低3位用于指定响应优先级
第2组：最高2位用于指定抢占式优先级，最低2位用于指定响应优先级
第3组：最高3位用于指定抢占式优先级，最低1位用于指定响应优先级
第4组：所有4位用于指定抢占式优先级

可以通过调用STM32的固件库中的函数NVIC_PriorityGroupConfig()选择使用哪种优先级分组方式，这个函数的参数有下列5种：

NVIC_PriorityGroup_0 => 选择第0组
NVIC_PriorityGroup_1 => 选择第1组
NVIC_PriorityGroup_2 => 选择第2组
NVIC_PriorityGroup_3 => 选择第3组
NVIC_PriorityGroup_4 => 选择第4组

接下来就是指定中断源的优先级，下面以一个简单的例子说明如何指定中断源的抢占式优先级和响应优先级：

// 选择使用优先级分组第1组
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1);

// 使能EXTI0中断
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI0_IRQChannel;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1; // 指定抢占式优先级别1

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0; // 指定响应优先级别0
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

// 使能EXTI9_5中断
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI9_5_IRQChannel;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0; // 指定抢占式优先级别0
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1; // 指定响应优先级别1
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

---

要注意的几点是：

1）如果指定的抢占式优先级别或响应优先级别超出了选定的优先级分组所限定的范围，将可能得到意想不到的结果；

2）抢占式优先级别相同的中断源之间没有嵌套关系；

3）如果某个中断源被指定为某个抢占式优先级别，又没有其它中断源处于同一个抢占式优先级别，则可以为这个中断源指定任意有效的响应优先级别。

 

 

 

 

下面是一个牛人的理解：

 

 

绕来绕去终于大概明白了。

STM32有43个channel的settable的中断源；AIRC(Application Interrupt and Reset Register)寄存器中有用于指定优先级的4 bits。这4个bits用于分配preemption优先级和sub优先级，在STM32的固件库中定义如下
/* Preemption Priority Group -------------------------------------------------*/
#define NVIC_PriorityGroup_0          ((u32)0x700) /* 0 bits for pre-emption priority
                                                      4 bits for subpriority */
#define NVIC_PriorityGroup_1          ((u32)0x600) /* 1 bits for pre-emption priority
                                                      3 bits for subpriority */
#define NVIC_PriorityGroup_2          ((u32)0x500) /* 2 bits for pre-emption priority
                                                      2 bits for subpriority */
#define NVIC_PriorityGroup_3          ((u32)0x400) /* 3 bits for pre-emption priority
                                                      1 bits for subpriority */
#define NVIC_PriorityGroup_4          ((u32)0x300) /* 4 bits for pre-emption priority
                                                      0 bits for subpriority */

形象化的理解是：

你是上帝，
造了43个人，这么多人要分社会阶级和社会阶层了；
因为“阶级”的词性比较重；"阶层"比较中性,
所以preemption优先级->阶级；每个阶级内部，有一些阶层，sub优先级->阶层；

如果按照NVIC_PriorityGroup_4这么分，就分为了16个阶级（1个阶层就是1个preemption优先级），0个阶层；高阶级的人，可以打断低阶级的正在做事的人（嵌套），最多可以完成1个中断和15级嵌套。
每个阶级（每个preemption优先级），你来指定这43人中，谁进入该阶级；一个人叫EXTI0_IRQChannel，你指定他进入“阶级8”，则
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI0_IRQChannel;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 8; // 指定抢占式优先级别，可取0-15

另外，在同一阶级内部，一个人在做事的时候，另外一个人不能打断他；（preemption优先级别相同的中断源之间没有嵌套关系）
还有，如果他们两个同时想做事，因为没有阶层，那么就根据Vector table中的物理排序，让排名靠前的人去做；

又有1个人SPI1_IRQChannel，设定如下
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = SPI1_IRQChannel;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0; // 指定抢占式优先级别，可取0-15

SPI1_IRQChannel的阶级高，EXTI0_IRQChannel做事的时候可以打断（嵌套）。



如果按照NVIC_PriorityGroup_3这么分，就分为了8个阶级（1个阶级是1个preemption优先级），每个阶级内有2个阶层（sub优先级）；高阶级的人，可以打断低阶级的正在做事的人（嵌套），最多可以完成1个中断和7级嵌套。

每个阶级（每个preemption优先级），你来指定这43人中，谁进入该阶级；一个人叫EXTI0_IRQChannel，你指定他进入“阶级3”，则：
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI0_IRQChannel;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 3; // 指定抢占式优先级别，可取0-7
还需要指定他的阶层：
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0; // 指定响应优先级别，可取0-1

另有1个人叫EXTI9_5_IRQChannel，他的阶级和阶层设定如下
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI9_5_IRQChannel;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 3; // 指定抢占式优先级别，可取0-7
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1; // 指定响应优先级别

那么这两个人是同一阶级的兄弟，一个人在做事的时候，另外一个人不能打断他；（preemption优先级别相同的中断源之间没有嵌套关系）
如果他们两个同时想做事，因为前者的阶层高，所以前者优先。

还有一个人叫USART1_IRQChannel，他的阶级和阶层设定如下
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQChannel;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2; // 指定抢占式优先级别，可取0-7
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1; // 指定响应优先级别

USART1_IRQChannel的优先级最高，当前面两个人做事的时候，他都可以打断（嵌套）。

其他的类推。

 

结论：

1）抢占优先级越小，优先级越高；相同抢占优先级的中断不能嵌套；

2）相同抢占优先级N个中断发生时，响应优先级越小的中断首先执行（不能嵌套），如果响应优先级也均相同，则根据各中断对应向量表的位置来确定，向量表中越靠前的中断先响应

形象化的理解是：

你是上帝，
造了43个人，这么多人要分社会阶级和社会阶层了；
因为“阶级”的词性比较重；"阶层"比较中性,
所以preemption优先级->阶级；每个阶级内部，有一些阶层，sub优先级->阶层；

如果按照NVIC_PriorityGroup_4这么分，就分为了16个阶级（1个阶层就是1个preemption优先级），0个阶层；高阶级的人，可以打断低阶级的正在做事的人（嵌套），最多可以完成1个中断和15级嵌套。
每个阶级（每个preemption优先级），你来指定这43人中，谁进入该阶级；一个人叫EXTI0_IRQChannel，你指定他进入“阶级8”，则
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI0_IRQChannel;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 8; // 指定抢占式优先级别，可取0-15

另外，在同一阶级内部，一个人在做事的时候，另外一个人不能打断他；（preemption优先级别相同的中断源之间没有嵌套关系）
还有，如果他们两个同时想做事，因为没有阶层，那么就根据Vector table中的物理排序，让排名靠前的人去做；

又有1个人SPI1_IRQChannel，设定如下
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = SPI1_IRQChannel;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0; // 指定抢占式优先级别，可取0-15

SPI1_IRQChannel的阶级高，EXTI0_IRQChannel做事的时候可以打断（嵌套）。



如果按照NVIC_PriorityGroup_3这么分，就分为了8个阶级（1个阶级是1个preemption优先级），每个阶级内有2个阶层（sub优先级）；高阶级的人，可以打断低阶级的正在做事的人（嵌套），最多可以完成1个中断和7级嵌套。

每个阶级（每个preemption优先级），你来指定这43人中，谁进入该阶级；一个人叫EXTI0_IRQChannel，你指定他进入“阶级3”，则：
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI0_IRQChannel;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 3; // 指定抢占式优先级别，可取0-7
还需要指定他的阶层：
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0; // 指定响应优先级别，可取0-1

另有1个人叫EXTI9_5_IRQChannel，他的阶级和阶层设定如下
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI9_5_IRQChannel;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 3; // 指定抢占式优先级别，可取0-7
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1; // 指定响应优先级别

那么这两个人是同一阶级的兄弟，一个人在做事的时候，另外一个人不能打断他；（preemption优先级别相同的中断源之间没有嵌套关系）
如果他们两个同时想做事，因为前者的阶层高，所以前者优先。

还有一个人叫USART1_IRQChannel，他的阶级和阶层设定如下
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQChannel;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2; // 指定抢占式优先级别，可取0-7
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1; // 指定响应优先级别

USART1_IRQChannel的优先级最高，当前面两个人做事的时候，他都可以打断（嵌套）。

其他的类推。

 

结论：

1）抢占优先级越小，优先级越高；相同抢占优先级的中断不能嵌套；

2）相同抢占优先级N个中断发生时，响应优先级越小的中断首先执行（不能嵌套），如果响应优先级也均相同，则根据各中断对应向量表的位置来确定，向量表中越靠前的中断先响应。