STM32中断和异常

异常主要分为中断（如IO口，UART，等）和系统异常（如NMI，SYCTICK，等），注意区分中断和系统异常，下文异常为统称，

在CMSIS中，IRQn_Type为异常类型的枚举，系统异常一般为负数，中断则从0开始

常用的操作异常的CMSIS函数，为了可移植性，建议使用这些函数操作异常。中断相关寄存器主要在NVIC，系统异常相关寄存器主要在SCB中。

这些函数在core_cm4.h中定义

系统复位时，所有中断都是禁止的，并且优先级为0（最高优先级），所有系统初始化时要调用一次NVIC_PriorityGroupConfig来设置优先级分组情况。

异常优先级分为抢占优先级和子优先级，高抢占优先级的异常（优先级数字较小）可以抢占低抢占优先级（优先级数字较大）的异常。子优先级决定抢占优先级相同的异常谁先执行。如果抢占优先级和子优先级都相同，则异常号小的异常先执行。

hard fault，NMI，reset，优先级为-1,-2,-3，不可设置，其他异常的优先级只能设置0和以上的数字，所以他们在任何时候都可以抢占其他异常。

中断的状态：

    中断可以是Enable或Disable或，由软件设置和清除

    中断可以是Pending或Not Pending，当中断产生时Pending位会被硬件置位，中断消失后不会清除，进入中断处理函数时会被硬件清除，也可以软件设置和清除

    中断可以是Active或Inactive，由硬件设置和清除，正在执行的异常为Active，其他为Inactive，当高优先级中断抢占时，被抢占的中断仍是Active

当中断产生时Pending位会硬件被置位，处理器会马上处理Pending的中断，但有些时候，当中断产生时，处理器正在处理其他高优先级的异常，则处理完后，会根据Penging位再处理该中断。如果在处理高优先级异常过程中，Pending位被清除，则高优先级异常处理完成后不会再处理该中断。

如果中断产生时，该中断被屏蔽了，Pending位也会被置位。例如在执行中断时（此时为Active），将该中断Disable，此时又有该中断产生，则该中断Pending位会被置位。

除了NVIC的Pending位以外，EXTI有相应的Pending位在EXTI寄存器中,TIMER等也是，所以在中断处理函数中要调用相应的清除函数EXTI_ClearITPendingBit，TIM_ClearITPendingBit等，而NVIC的Pending位在进入中断处理函数时会被硬件清除

PRIMASK寄存器（只有最低位有用，其他为保留位）用于禁止所有异常，除了NMI和Hard Fault，只能在特权模式下访问

CMSIS操作的函数：

void __enable_irq();

void __disable_irq();

汇编操作：

CPSIE I           ;Clear PRIMASK (Enable interrupts)
CPSID I           ;Set PRIMASK (Disable interrupts)

需要软件触发中断可以使用：NVIC_SetPendingIRQ(Timer0_IRQn);

如果需要中断处理函数在下条指令前执行则需要加Barrier

NVIC_SetPendingIRQ(Timer0_IRQn);
__DSB();               //Data Synchronization Barrier
__ISB();                //Instruction Synchronization Barrier

ARM体系结构的C编译器遵循AAPCS原则，对函数调用由如下规定：

R0-R3, R12, LR, and PSR为调用者保存寄存器，就是当调用一个函数前需要保存这些寄存器，调用完后恢复，如果调用完后不关心这些寄存器则调用前可以不保存。

R4-R11为被调用者保存寄存器，就是任何函数如果要操作这些寄存器则要先保存，函数返回前要恢复。

浮点数单元的寄存器也一样

S0-S15 为调用者保存寄存器

S16-S31 为被调用者保存寄存器

R0-R3也被用作函数输入参数（R0为第一个参数...），R0也用作函数返回值（如果返回值为64bit，则也会用R1）

在进入异常处理函数前，硬件会将如下寄存器入栈（使用PSP或MSP），如果没有浮点数单元，则只有8个（xPSR，返回地址，LR，R12，R3-R0），这些寄存器组称为Stack Frame

根据AAPCS，在函数进入和退出时，SP的值必须double-word对齐，否则会插入padding以保证对齐。该对齐也可以关闭（xPSR的bit9为0时则不对齐）对齐都由硬件根据xPSR的bit9自动完成

操作CCR寄存器对是否对齐进行设置：

SCB->CCR |= SCB_CCR_STKALIGN_Msk;           // Set STKALIGN bit (bit 9) of CCR

进入异常处理函数后，LR寄存器的值被设置为EXC_RETURN，该值根据此时处理器的状态设置为相应的值，如下图。

由于高四位永远是0xF，所以异常处理函数返回地址不能在0xF0000000 到 0xFFFFFFFF之间，但这部分区间是不能执行区，所以对程序并不造成什么问题。

在Thread Mode下可以使用PSP或MSP，在Handler Mode下只能使用MSP。由于EXC_RETURN的bit2决定了入栈时用的SP，所以在出栈时也会用该SP，这样在线程模式进入异常处理模式，以及异常嵌套时都不会造成栈的混乱。也一样模式。

参考文献：

STM32F3 and STM32F4 Series Cortex®-M4 programming manual（PM0214）

The Definitive Guide to ARM Cortex-M3 and Cortex-M4 Processors