EXTI_STM32

EXTI

一、各类概念简述

• 中断：在主程序运行过程中，出现了特定的中断触发条件（中断源），使得CPU暂停当前正在运行的程序，转而去处理中断程序，处理完成后又返回原来被暂停的位置继续运行。
• 中断优先级：当有多个中断源同时申请中断时，CPU会根据中断源的轻重缓急进行裁决，优先响应更加紧急的中断源。
  • 抢占优先级：抢占优先级高的中断允许中断嵌套（即可以打断当前正在运行的中断）。
  • 响应优先级：响应优先级高的优先排队，但不允许中断嵌套（即在当前正在运行的中断运行结束后优先执行）。
  • 抢占优先级和响应优先级均相同的中断，按中断号排队，没有先来后到的说法。
• 中断嵌套：当一个中断程序正在运行时，又有新的更高优先级的中断源申请中断，CPU再次暂停当前中断程序，转而去处理新的中断程序，处理完成后依次进行返回（即把中断程序再次中断）。
• 中断系统：管理和执行中断的逻辑结构。
• STM32的中断：
  • 最多有68个可屏蔽中断通道，包含EXTI、TIM、ADC、USART、SPI、I2C、RTC等多个外设。其中，EXTI（Extern Interrupt）外部中断，是STM32中能触发中断的众多外设之一。
  • 使用NVIC统一管理中断，每个中断通道都拥有16个可编程的优先等级，可对优先级进行分组，可以设置为抢占优先级或响应优先级。
    

二、NVIC

• 嵌套中断向量控制器，用来统一分配中断优先级和管理中断。
• NVIC的中断优先级由优先级寄存器的4位（0~15）决定，这4位可以进行切分，分为高n位的抢占优先级和低4-n位的响应优先级，有以下五种切分方式：
  

三、EXTI 原理

3.1 EXTI简述

• EXTI（Extern Interrupt）外部中断。

• EXTI的中断源是GPIO口的电平变化。

• 中断发起流程：EXTI监测指定GPIO口的电平信号$\to$指定的GPIO口产生电平变化$\to$EXTI向NVIC发出中断申请$\to$NVIC经过裁决$\to$中断CPU主程序，使CPU执行EXTI对应的中断程序。

• 支持的触发方式：上升沿/下降沿/双边沿/软件触发（即没有电平变化，用程序代码触发）。

• 触发响应方式：中断响应/事件响应

  • 中断响应：申请中断，使CPU停止主程序，执行相应中断程序。
  • 事件响应：EXTI的额外功能，中断源触发时，申请事件，触发其他外设进行操作，而不会通向CPU执行中断。

• 通道数：共20个中断通道，分别是：16个GPIO_Pin，外加PVD输出、RTC闹钟、USB唤醒、以太网唤醒（因为EXTI能从低功耗模式的停止模式下唤醒STM32）。

• 支持的GPIO口：所有GPIO口，但相同的Pin不能同时触发中断，因为EXTI的16个GPIO_PIN通道分别对应了16个编号的PIN脚。
  eg：GPIOA_PIN0不能和GPIOB_PIN0同时触发中断，但可以和GPIOA_PIN1同时触发中断。

3.2 EXTI基本结构

• 因为EXTI只有16个GPIO_PIN的通道，所以需要先经过AFIO进行中断引脚选择。
  • AFIO就是16个7进1出的数据选择器，对PA0、PB0~PG0经过数据选择，取一个连到EXTI0，1-15同理。
• 注意：EXTI9-5和15-10被分配到了同一个通道中，这意味着他们触发的是同一个中断函数，需要在该函数中用代码区分各个中断。
• 图右下角即为EXTI的事件响应，它们作用于其他外设，而不经过NVIC和CPU。

3.3 EXTI内部框图

四、配置EXTI（库函数）

4.1 初始化EXTI

'1. 配置RCC，使能需要用到的外设时钟'
// 注意：开启外设时钟的函数是与外设所在的总线对应的，APB1/APB2/AHB
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);	  // 使能GPIOA口的时钟
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);	  // 使能AFIO的时钟
//EXTI比较特殊，不需要开启时钟；而NVIC作为内核的外设，也不需要开启时钟（RCC只管内核外的外设）

'2. 配置GPIO'
// 见GPIO章，需设置为输入模式

'3. 配置AFIO'
GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOA, GPIO_PinSource14);		// 选择GPIOA_Pin14作为中断引脚

'4. 配置EXTI'
EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStructure;				// 结构体初始化，然后填入结构体
// 填入结构体
EXTI_InitStructure.EXTI_Line = EXTI_Line14;		// 选择需要配置的中断线
EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE;		// 选择中断线使能/失能
EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;			// 选择外部中断线的模式（中断模式/事件模式）
EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Falling;		// 选择触发信号的有效边沿（上升沿触发/下降沿触发/双边触发）

EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);					// 初始化EXTI

'5. 配置NVIC'
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);		// 配置中断优先级的分组方式(整个工程只能用一种分组方式，即整个工程只需要配置一次分组方式)

NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;		// 结构体初始化，然后填入结构体
// 填入结构体
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI15_10_IRQn;		// 选择中断通道 
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;				// 选择中断通道使能/失能
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;	// 指定所选通道的抢占优先级
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;			// 指定所选通道的响应优先级

NVIC_Init(&NVIC_InitStructure)；		// 初始化NVIC

4.2 编写中断函数

在启动文件中找到中断向量表，其中以IRQHandler结尾的字符串就是中断函数的名字

void EXTI15_10_IRQHandler(void)
{
	if (EXTI_GetITStatus(EXTI_Line14) == SET):		// 判断指定通道的中断标志位是否为1
	{
		xxx功能块
		EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line14);		// 清除中断标志位
	}
}

4.3 AFIO常用库函数

void GPIO_AFIODeInit(void); 
		// AFIO复位函数
void GPIO_PinRemapConfig(uint32_t GPIO_Remap, FunctionalState NewState);
		// 设置引脚重映射；参数一：重映射方式；参数二：新的状态；
void GPIO_EXTILineConfig(uint8_t GPIO_PortSource, uint8_t GPIO_PinSource);
		// 配置AFIO的数据选择器，选择中断引脚；参数一：GPIO口；参数二：PIN脚数字；

4.4 EXTI常用库函数

void EXTI_DeInit(void);
		// EXTI复位函数
void EXTI_Init(EXTI_InitTypeDef* EXTI_InitStruct);
		// EXTI初始化函数
void EXTI_StructInit(EXTI_InitTypeDef* EXTI_InitStruct)；
		// 初始化EXTI结构体，用默认值填充每个EXTI_InitStruct成员
void EXTI_GenerateSWInterrupt(uint_32_t EXTI_Line);
		// 用于软件触发外部中断
FlagStatus EXTI_GetFlagStatus(uint32_t EXTI_Line);
		// 获取EXTI标志位（和下面的清除函数用于在主函数中操作标志位）
void EXTI_ClearFlag(uint32_t EXTI_Line);
		// 清除EXTI标志位
ITStatus EXTI_GetITStatus(uint32_t EXTI_Line);
		// 获取中断标志位（和下面的清除函数用于在中断函数中操作标志位）
void EXTI_ClearITPendingBit(uint32_t EXTI_Line);
		// 清除中断标志位

4.5 NVIC常用库函数

void NVIC_PriorityGroupConfig(uint32_t NVIC_PriorityGroup);
		// 选择中断分组
void NVIC_Init(NVIC_InitTypeDef* NVIC_InitStruct);
		// 初始化NVIC
void NVIC_SetVectorTable(uint32_t NVIC_VectTab, uint32_t Offset);
		// 设置中断向量表
void NVIC_SystemLPConfig(uint8_t LowPowerMode, FunctionalState NewState);
		// 系统低功耗配置
void SysTick_CLKSourceConfig(uint32_t SysTick_CLKSource);

五、补充

• 中断程序所在的子函数不需要人为调用，中断条件触发时由硬件自动调用。
• 中断向量表：表中记录了STM32的所有中断（内核中断、外设中断）以及各个中断对应的地址。
  • 中断地址的作用是：每当中断条件触发，硬件都会自动跳转到固定地址，但由于编写的中断函数的地址不固定，因此需要在固定地址处再做一个跳转（编译器自动执行，不需要管）。

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Reference
STM32入门教程-2023版(江科大)