STM32的中断和事件
学习单片机一贯的套路，搞完时钟和GPIO就要折腾中断了。
1. 中断和异常的区别
1.1 中断是指系统停止当前正在运行的程序转而其他服务，可能是程序接收了比自身高优先级的请求，或者是人为设置中断，中断是属于正常现象。
1.2 异常是指由于cpu本身故障、程序故障或者请求服务等引起的错误，异常属于不正常现象。
Cortex-M3内核总共支持256个中断，其中包含16个内核异常和240个外部中断，但是各个芯片产商在设计芯片的时候会对CM3内核的芯片进行精简设计，如STM32F103系列，所搭载的异常响应系统，包含10个系统异常和60个外部中断，用一张表将它们管理起来，编号0~15位系统异常，16以上称为外部中断。
系统异常清单：
外部中断清单：
…
外部中断信号从核外发出，信号最终要传递到NVIC(嵌套向量中断控制器)。NVIC跟内核紧密耦合，它控制着整个芯片中断的相关功能。
2. 中断优先级
STM32支持两种优先级：抢占优先级和子优先级。所有优先级可编程的中断源都需要指定这两种优先级。
抢占优先级决定是否可以产生中断嵌套，子优先级决定中断响应顺序，若两种优先级一样则看中断源在中断向量表中的偏移量，偏移量小的先响应。
对这句话的解释为：
(1)抢占优先级高的中断源可以中断抢占优先级低的中断处理函数，进而执行高优先级的中断处理函数，执行完毕后再继续执行被中断的低优先级的处理函数。
(2)当两个中断源的抢占优先级相同时，即这两个中断将没有嵌套关系，当一个中断到来后，若此时cpu正在处理另一个中断，则这个后到来的中
断就要等到前一个中断处理函数处理完毕后才能被处理，当这两个中断同时到达，则中断控制器会根据它们的子优先级决定先处理哪个。
(3)如果它们的抢占优先级和子优先级都相等，则根据它们在中断表中的排位顺序决定先处理哪一个。每个中断源都需要被指定抢占优先级和子优先级，自然需要相应的寄存器来记录。在NVIC中有一个专门处理中断优先级的寄存器NICV_IPRx，用于配置中断源的优先级。IPR的宽度为8Bit，对于CM3内核来说，因为它支持的中断源为256个，那么原则上每个外部中断源可配置的优先级位0~255，数值越小优先级越高。但是因为绝大多数CM3芯片都会精简设计，所以不会使用到全部位，在STM32F103中只使用4Bit。
注意，个别系统系统的优先级是固定的，所以它们的中断优先级是不可编程的。
2.1 CM3核的优先级分组方式
CM3中定义了8个Bit用于设置中断源的优先级，这8个Bit可以分配为：
(1)8bit用于响应优先级
(2)最高1位用于指定抢占优先级，最低7位用于执行子优先级
(3)最高2位用于指定抢占优先级，最低6位用于执行子优先级
(4)最高3位用于指定抢占优先级，最低5位用于执行子优先级
(5)最高4位用于指定抢占优先级，最低4位用于执行子优先级
(6)最高5位用于指定抢占优先级，最低3位用于执行子优先级
(7)最高6位用于指定抢占优先级，最低2位用于执行子优先级
(8)最高7位用于指定抢占优先级，最低1位用于执行子优先级CM3核的优先级分组方式，使用的设置函数
NVIC_SetPriorityGrouping()在Libraries\CMSIS\CM3\CoreSupport\core_cm3.h文件中实现：
static __INLINE void NVIC_SetPriorityGrouping(uint32_t PriorityGroup)
{
uint32_t reg_value;
uint32_t PriorityGroupTmp = (PriorityGroup & 0x07); /* only values 0..7 are used */
reg_value = SCB->AIRCR; /* read old register configuration */
reg_value &= ~(SCB_AIRCR_VECTKEY_Msk | SCB_AIRCR_PRIGROUP_Msk); /* clear bits to change */
reg_value = (reg_value |
(0x5FA << SCB_AIRCR_VECTKEY_Pos) |
(PriorityGroupTmp << 8)); /* Insert write key and priorty group */
SCB->AIRCR = reg_value;
}该函数写在.h文件中，且声明为内联函数(__INLINE)，内联函数跟宏替换差不多，可以避免函数调用的压栈出栈等开销。PriorityGroup的取值为0~7。
2.2 STM32的优先级分组方式
CM3核的优先级分组方式是针对256个中断全部用上的场合，但是Cortex-M3也允许在具有较少中断源时用较少的寄存器位指定中断源的优先级。STM32并没有使用Cortex-M3内核嵌套向量中断全套东西，而是使用了它的一部分：
(1)STM32F103系列有16个内核异常和60个外部中断
(2)STM32F107系列有16个内核异常和68个外部中断STM32的优先级分组使用标准库函数
NVIC_PriorityGroupConfig()该函数在Libraries\STM32F10x_StdPeriph_Driver\src\misc.c中实现：
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;
}可见，这个函数也是在设置SCB->AIRCR寄存器，只是这里的取值为：
(1)NVIC_PriorityGroup_0：0bit for 抢占优先级，4bit for 子优先级,即有2的4次方个子优先级
(2)NVIC_PriorityGroup_1：1bit for 抢占优先级，3bit for 子优先级,即有2的3次方个子优先级
(3)NVIC_PriorityGroup_2：2bit for 抢占优先级，2bit for 子优先级,即有2的2次方个子优先级
(4)NVIC_PriorityGroup_3：3bit for 抢占优先级，1bit for 子优先级,即有2的1次方个子优先级
(5)NVIC_PriorityGroup_4：4bit for 抢占优先级，0bit for 子优先级,即有2的0次方个子优先级3. NVIC操作相关函数
NVIC的描述结构体在core_cm3.h中：
typedef struct
{
__IO uint32_t ISER[8]; /* 中断使能寄存器(Interrupt Set Enable Register)，Offset: 0x000 */
uint32_t RESERVED0[24];
__IO uint32_t ICER[8]; /* 中断清除寄存器(Interrupt Clear Enable Register)，Offset: 0x080 */
uint32_t RSERVED1[24];
__IO uint32_t ISPR[8]; /* 中断使能挂起寄存器(Interrupt Set Pending Register)，Offset: 0x100 */
uint32_t RESERVED2[24];
__IO uint32_t ICPR[8]; /* 中断清除挂起寄存器(Interrupt Clear Pending Register)，Offset: 0x180 */
uint32_t RESERVED3[24];
__IO uint32_t IABR[8]; /* 中断有效位寄存器(Interrupt Active bit Register )，Offset: 0x200 */
uint32_t RESERVED4[56];
__IO uint8_t IP[240]; /* 中断优先级寄存器(Interrupt Priority Register)，Offset: 0x300 (8Bit wide) */
uint32_t RESERVED5[644];
__O uint32_t STIR; /* 软中断触发寄存器(Software Trigger Interrupt Register)，Offset: 0xE00 */
} NVIC_Type;编程中常用的是ISER、ICER和IP这三个寄存器。ISER和ICER分别用于enable、disable中断，IP用于控制中断优先级。
同在core_cm3.h中，定义了对结构体成员的操作函数，这是针对Cortex-M3内核芯片都适用的函数：
(1)设置优先级分组寄存器: NVIC_SetPriorityGrouping(uint32_t PriorityGroup)
(2)从NVIC中断控制器得到优先级分组设置值: NVIC_GetPriorityGrouping(void)
(3)使能中断: NVIC_EnableIRQ(IRQn_Type IRQn)
(4)失能中断: NVIC_DisableIRQ(IRQn_Type IRQn)
(5)获取挂起中断编号: NVIC_GetPendingIRQ(IRQn_Type IRQn)
(6)设置中断挂其位: NVIC_SetPendingIRQ(IRQn_Type IRQn)
(7)清除中断挂起位: NVIC_ClearPendingIRQ(IRQn_Type IRQn)
(8)NVIC_GetActive(IRQn_Type IRQn)
(9)设置中断源的中断优先级: NVIC_SetPriority(IRQn_Type IRQn, uint32_t priority)
(10)获取中断源的中断优先级: NVIC_GetPriority(IRQn_Type IRQn)
(11)编码一个中断的优先级，不知道干嘛: NVIC_EncodePriority (uint32_t PriorityGroup, uint32_t PreemptPriority, uint32_t SubPriority)
(12)解码一个中断的优先级，不知道干嘛: NVIC_DecodePriority (uint32_t Priority, uint32_t PriorityGroup, uint32_t* pPreemptPriority, uint32_t* pSubPriority)
(13)系统复位: NVIC_SystemReset(void)在外设库misc.h定义了针对STM32的NVIC的初始化描述结构体：
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; /* 中断使能或者失能 */
} NVIC_InitTypeDef;misc.c也定义了针对STM32的NVIC的操作函数：
(1)设置优先级分组寄存器: NVIC_PriorityGroupConfig(uint32_t NVIC_PriorityGroup)
(2)初始化NVIC_InitTypeDef类的结构体: NVIC_Init(NVIC_InitTypeDef* NVIC_InitStruct)
(3)设置中断向量表位置和偏移: NVIC_SetVectorTable(uint32_t NVIC_VectTab, uint32_t Offset)
系统可以选择从SRAM启动，也可以选择从flash启动，对应的启动地址会映射到0地址处，而中断向量表是要被放在0地址处的，所以要将中 断向量表放在SRAM/flash的起始位置。函数参数一的取值为NVIC_VectTab_RAM/NVIC_VectTab_FLASH，参数二的取值必须是0x200的整数倍(STM32就是这么规定的)。
(4)选择进入低功耗模式的条件: NVIC_SystemLPConfig(uint8_t LowPowerMode, FunctionalState NewState)
参数一取值NVIC_LP_SEVONPEND/NVIC_LP_SLEEPDEEP/NVIC_LP_SLEEPONEXIT，参数二取值ENABLE/DISABLE4. EXTI–外部中断和事件控制器
EXTI有20个中断/事件线，每个GPIO都可以被设置为中断/事件的输入线，占用EXTI0~EXTI15，还有另外4根用于特定的外设事件的EXTI16~EXTI19：
注意，EXTIx与GPIOx的对应关系，EXTI0只能和P[x]0绑定(x = A、B、C、D…)，
实现绑定操作的函数声明位于标准库Libraries\STM32F10x_StdPeriph_Driver\inc\stm32f10x_gpio.h中：
GPIO_EXTILineConfig(uint8_t GPIO_PortSource, uint8_t GPIO_PinSource)
参数一GPIO_PortSource的取值为GPIO_PortSourceGPIOx (x = A..G)，
参数二GPIO_PinSource的取值为GPIO_PinSourcex(x = 0..15)这个函数在一般初始化EXTI寄存器时候调用。因为外部中断是GPIO引脚的复用功能，所以同时要开启GPIO复用功能的时钟：
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE)5. EXTI描述结构体的初始化
EXTI描述结构体声明在标准外设库Libraries\STM32F10x_StdPeriph_Driver\inc\stm32f10x_exti.h中：
typedef struct
{
uint32_t EXTI_Line; /* 中断事件线 */
EXTIMode_TypeDef EXTI_Mode; /* EXTI模式，事件/中断 */
EXTITrigger_TypeDef EXTI_Trigger; /* 触发类型 */
FunctionalState EXTI_LineCmd; /* EXTI使能 */
}EXTI_InitTypeDef;与EXTI操作相关的函数有：
(1)去除EXTI_InitTypeDef结构体的初始化：EXTI_DeInit(void)
(2)初始化EXTI_InitTypeDef结构体： EXTI_Init(EXTI_InitTypeDef* EXTI_InitStruct)
(3)默认初始化：EXTI_StructInit(EXTI_InitTypeDef* EXTI_InitStruct)
(4)EXTI_GenerateSWInterrupt(uint32_t EXTI_Line) 产生一个软件中断
(5)获取产生中断的标志：EXTI_GetFlagStatus(uint32_t EXTI_Line)
EXTI_GetITStatus(uint32_t EXTI_Line)
(6)清除中断产生标志：EXTI_ClearFlag(uint32_t EXTI_Line)
EXTI_ClearITPendingBit(uint32_t EXTI_Line)获取/清除产生中断的标志的实现是一样的，但是为什么要分成两组函数？
也许这是STM32标准外设库设计者出自于为兼容性考虑吧。有的ARM芯片的中断体系分为两层，也就是说中断信号要抵达NVIC需要两层筛选，同理清除中断标志也需要清除两层。但是在CM3核的ARM只设计了一层，STM32为了兼容其他芯片，依旧还是将函数设计成两层，只不过这两层的实现体是一致的。
6. 编程实现按键中断
下来编程操作STM32的中断。未能免俗，还是以按键中断为例。
实验采用正点原子miniSTM32硬件平台，
按键KEY0(PC5)和KEY1(PA15)的原理图：
LED0(PA8)和LED1(PD2)的原理图：
实验实现按键产生外部中断，在中断处理函数中实现反向控制LED灯。编程的要点为：
(1)初始化用来产生中断信号的GPIO
(2)初始化中断/事件控制器EXTI
(3)配置NVIC
(4)编写中断服务函数EXTI用于设置中断源的触发方式、中断/事件类型和具体是哪一个中断源。
中断信号产生后最终传递到NVIC，NVIC控制中断源优先级、中断线通道等，以便比对中断信号、根据优先级调用中断服务函数。
实验采用MDK4集成开发环境，工程的目录结构如下：
exti_led.h声明实验中用到的函数：
#ifndef __EXTI_LED_H__
#define __EXTI_LED_H__
#include "stm32f10x_conf.h"
void TimeDelay(void);
void Led_CfgInit(void);
void Exti_CfgInit(void);
void NVIC_CfgInit(void);
void Key_CfgInit(void);
#endif /* __EXTI_LED_H__ */mian.c实现各个功能模块：
(1)初始化外接LED的GPIO引脚
//PA8-->LED0,PD2-->LED1
void Led_CfgInit(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitTypeStu;
//开启PA和PD端口的时钟
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_GPIOD, ENABLE);
//初始化PA8引脚为推挽输出
GPIO_InitTypeStu.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
GPIO_InitTypeStu.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8;
GPIO_InitTypeStu.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitTypeStu);
GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_8); //LED0初始状态为灭
//初始化PD2引脚为推挽输出
GPIO_InitTypeStu.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2;
GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitTypeStu);
GPIO_SetBits(GPIOD,GPIO_Pin_2); //LED1初始状态为灭
}(2)初始化外接按键的引脚
void Key_CfgInit(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitTypeStu;
//开启PC和PA的时钟
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC | RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
//初始化PC5为上拉输入
GPIO_InitTypeStu.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU; // GPIO_Mode_IN_FLOATING;
GPIO_InitTypeStu.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5;
GPIO_InitTypeStu.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitTypeStu);
//初始化PA15为上拉输入
GPIO_InitTypeStu.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU; // GPIO_Mode_IN_FLOATING;
GPIO_InitTypeStu.GPIO_Pin = GPIO_Pin_15;
GPIO_InitTypeStu.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitTypeStu);
}一开始我是设置PC5和PA15为浮空输入的，因为只需要考虑到按键按下是低电平，但是实验表明，浮空输入并不能确定引脚状态，即使在按键按下以后也不能触发中断，所以还是要将它们设置为上拉/下拉输入。
(3)初始化EXTI
void Exti_CfgInit(void)
{
EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStu;
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);
//EXTI5
GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOC, GPIO_PinSource5); //将具体GPIO和外部中断事件线绑定
EXTI_InitStu.EXTI_Line = EXTI_Line5;
EXTI_InitStu.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt; //中断模式
EXTI_InitStu.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Rising; //上升沿触发
EXTI_InitStu.EXTI_LineCmd = ENABLE;
EXTI_Init(&EXTI_InitStu);
//EXTI15
GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOA, GPIO_PinSource15);
EXTI_InitStu.EXTI_Line = EXTI_Line15;
EXTI_InitStu.EXTI_LineCmd = ENABLE;
EXTI_Init(&EXTI_InitStu);
}GPIO用于传输外部中断信号属于GPIO复用部分的功能，所以需要打开RCC_APB2Periph_AFIO的时钟。
(4)初始化NVIC
void NVIC_CfgInit(void)
{
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitTypeStu;
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); //设置中断分组
NVIC_InitTypeStu.NVIC_IRQChannel = EXTI9_5_IRQn; //外部中断线EXTI5属于共享中断
NVIC_InitTypeStu.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1; //抢占优先级
NVIC_InitTypeStu.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1; //子优先级
NVIC_InitTypeStu.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitTypeStu);
NVIC_InitTypeStu.NVIC_IRQChannel = EXTI15_10_IRQn; //外部中断线EXTI15属于共享中断
NVIC_InitTypeStu.NVIC_IRQChannelSubPriority = 2;
NVIC_Init(&NVIC_InitTypeStu);
}(5)延时函数，这里只是简单延时，并没有精准计算
void TimeDelay(void)
{
int i, j;
for (i = 0; i < 100; i++)
for (j = 0; j < 1000; j++);
}(6)main函数
int main(void)
{
Led_CfgInit();
Key_CfgInit();
Exti_CfgInit();
NVIC_CfgInit();
while(1);
return 0;
}当用户按下KEY0时，会进入EXTI9_5_IRQHandler()处理函数中，按下KEY1则进入EXTI15_10_IRQHandler()处理函数。这两个函数名是在启动文件写的，详细可参考文章http://blog.csdn.net/qq_29344757/article/details/74932235。处理函数的实现如下：
void EXTI9_5_IRQHandler(void)
{
//int i = 50;
TimeDelay(); //延时去抖动
if (!GPIO_ReadInputDataBit(GPIOC, GPIO_Pin_5) && EXTI_GetFlagStatus(EXTI_Line5))
{
GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_8, ((BitAction)!GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_8)));
//清中断
//EXTI_ClearFlag(EXTI_Line5);
EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line5);
}
}
void EXTI15_10_IRQHandler(void)
{
TimeDelay(); //延时去抖动
if (!GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_15) && EXTI_GetFlagStatus(EXTI_Line15))
{
GPIO_WriteBit(GPIOD, GPIO_Pin_2, ((BitAction)!GPIO_ReadInputDataBit(GPIOD, GPIO_Pin_2)));
//清中断
//EXTI_ClearFlag(EXTI_Line15);
EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line15);
}
}函数可在用户自定义的文件实现，也可以在标准库提供的工程模板文件stm32f10x_it.c中实现。由于是共享中断，所以需要调用EXTI_GetFlagStatus()函数来判断是否为目的中断源。其实在其他很多非共享中断的场合也有使用EXTI_GetFlagStatus()函数判断目的中断源，无关紧要了。
STM32的中断系统非常强大，每一个外设都可以产生中断。关于STM32中断/事件部分的学习就先告一段落，详细内容可参考STM32F10X-中文参考手册》、《 Cortex-M3 内核编程手册》的4.3章节。下一个学习任务–系统定时器SysTick。