STM32学习笔记---中断系统

一、STM32中断系统概述

1、中断的基本概念

• 处理器中的中断
  在处理器中，中断是一个过程，即CPU在正常执行程序的过程中，遇到外部/内部的紧急事件需要处理，暂时中止当前程序的执行，转而去为处理紧急的事件，待处理完毕后再返回被打断的程序处继续往下执行。中断在计算机多任务处理，尤其是即时系统中尤为重要。比如uCOS，FreeRTOS等。

• 意义
  中断能提高CPU的效率，同时能对突发事件做出实时处理。实现程序的并行化，实现嵌入式系统进程之间的切换

2、中断处理过程

• 进入中断
  处理器自动保存现场到堆栈里
  {PC, xPSR, R0-R3, R12, LR}
  一旦入栈结束，ISR便可开始执行
  晚到的中断会重新取ISR地址，但无需再次保存现场
• 退出中断
  中断前的现场被自动从堆栈中恢复
  一旦出栈完成，继续执行被中断打断的指令
  出栈的过程也可被打断，使得随时可以响应新的中断， 而不再进行
• 现场保存

3、STM32F4中断的体系结构

主要NVIC嵌套向量中断控制器

4、NVIC的主要功能

4.1、中断管理

• Cortex-M4 内核支持 256 个中断，其中包含了 16 个内核中断和 240 个外部中断，并且具有256
  级的可编程中断优先级设置。但 STM32F4 并没有使用 Cortex-M4 内核的全部东西，而是只用了它的一部分。
• Cortex-M4处理器中，每一个外部中断都可以被使能或者禁止，并且可以被设置为挂起状态或者清除状态。

注：
ISER：使能中断
ICER： 清除中断使能
ISPR: 挂起中断，若中断产生但没有立即执行，它就会被挂起
ICPR：清除挂起，中断处理完成后应该清除挂起，表示已处理
IABR：每个外部中断都有一个活跃状态位，当处理器正在处理时，该位会被置1
IP：用于设置中断的优先级

4.2、中断和异常向量表

• STM32F407中断和异常向量
  CM4 内核支持 256 个中断，其中包含了 16 个内核中断和 240 个外部中断。STM32F407实际上只使用了10个内部异常和82个外部中断。
  当异常或中断发生时，处理器会把PC设置为一个特定地址，这一地址就称为异常向量。每一类异常源都对应一个特定的入口地址，这些地址按照优先级排列以后就组成一张异常向量表。
• 向量化处理中断的好处
  统的处理方式需要软件去完成。采用向量表处理异常，M0处理器会从存储器的向量表中，自动定位异常的程序入口。从发生异常到异常的处理中间的时间被缩减。
  
  注：中断和异常的区别：
  中断是微处理器外部发送的，通过中断通道送入处理器内部，一般是硬件引起的，比如串口接收中断，而异常通常是微处理器内部发生的，大多是软件引起的，比如除法出错异常，特权调用异常等待。不管是中断还是异常，微处理器通常都有相应的中断/异常服务程序

4.3、嵌套中断

STM32F4中断的优先级：

• 3个固定的优先级，都是负值，不能改变
• 16个可编程优先级，用4个bit位表示
• 优先级越小优先级越高
  
  在 NVIC 有一个专门的寄存器：中断优先级寄存器 NVIC_IPRx（在 F407 中，x=0…81）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 CM4芯片都会精简设计，以致实际上支持的优先级数减少，在 F407 中，只使用了高 4bit。

STM32F4中断的优先级分组：
IPR中的4 位，又分为抢占优先级和响应优先级。抢占优先级在前，响应优先级在后。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。这里简单介绍一下 STM32F4 的中断分组：STM32F4 将中断分为 5 个组，组 0~4。该分组的设置是由 SCB->AIRCR 寄存器的 bit10~8 来定义的。
注意：工程开发中应当首先确定中断优先级分组，之后就不要再做修改了

4.4、中断优先级总结

• 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。
  同一时刻发生的中断，优先处理优先级较高的中断。
• 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。
• 抢占优先级相同就看响应优先级，同样数值越小优先级越高。
• 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。如果同时发生则优先处理编号较小的那个。

二、外部中断控制器EXTI

1、外部中断控制器EXTI

• 在 STM32F407中，共有最多 23 中断 / 事件线可用：
• GPIO 口连接到 16 个外部中断 / 事件线
  
  每组编号相同的管脚接入到一个通道

2、系统配置控制器 (SYSCFG)

该器件具有一组配置寄存器。系统配置控制器的主要用途如下：
● 重映射存储器到代码起始区域。
● 管理连接到 GPIO 口的外部中断。
● 管理系统的可靠性特性。

SYSCFG 外部中断配置寄存器 1-4 (SYSCFG_EXTICR1—4)

3、外部中断 / 事件框图

三、按键中断实例

1、按键原理图分析

2、按键中断编程步骤分析

1、使能相应的时钟
2、配置GPIO管脚为中断功能
3、设置中断优先级
4、使能相应的中断
5、实现中断服务程序

3、实例操作

1、将按钮端口配置为外部中断

2、GPIO中断模式配置

3、中断使能

4、导出工程
5、中断服务函数在stm32f4xx_it.c里

6、中断端口配置文件查看

7、调用流程

__weak开头的函数，是弱函数，用户可以自定义


printf重写

主函数不用写，按钮按下，下降沿触发中断，PC指针调用入口函数

四、串口中断实例

1、CubeMx配置

1、串口配置

2、波特率配置

3、使能串口数据中断

2、代码实现

2.1、串口发送中断

调用流程
发送十个数据完成，触发发送中断

2.2、串口接收中断

调用流程
接收两个字符，触发接收中断