STM32-07-外部中断

【STM32系列文章】

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STM32 中断系统

1. 中断

• 目的：中断系统是为使CPU具有对外界紧急事件的实时处理能力而设置的。
• 中断过程：当CPU正在处理某事件的时候外界发生了紧急事件请求 （中断发生），要求CPU暂停当前的工作，转而去处理这个紧急事件 （中断响应和中断服务），处理完以后，再回到原来被中断的地方，继续原来的工作 （中断返回）。
• 中断系统：实现中断功能的部件称为中断系统，请求CPU中断的请求源称为中断源。微型机的中断系统一般允许有多个中断源，当几个中断源同时向CPU请求中断，要求它服务的时候，这就存在CPU优先响应哪个中断源请求的问题。因此设置中断优先级，CPU总是先响应优先级别最高的中断请求。
• 作用与意义：
  1. 实时控制
  2. 故障处理
  3. 数据传输

2. NVIC

• 什么是NVIC？

  Nested vectored interrupt controller 即嵌套向量中断控制器，属于内核。

  支持256个中断，其中包含了16个系统中断和240个外部中断，并且具有256级的可编程中断设置。

  对于STM32F103ZET6的系统中断有10个，外部中断有60个，16个中断优先级。

  特性：

  • 68个可屏蔽中断通道
  • 16个可编程的优先等级
  • 低延时的异常和中断处理
  • 电源管理的控制
  • 系统控制寄存器的实现

• NVIC相关寄存器介绍

  NVIC相关寄存器	位数	寄存器个数	备注
  中断使能寄存器（ISER）	32	8	每个位控制一个中断
  中断失能寄存器（ICER）	32	8	每个位控制一个中断
  应用程序中断及复位控制寄存器（AIRCR）	32	1	位[10:8]控制优先级分组
  中断优先级寄存器（IPR）	8	240	8个位对应一个中断，而STM32只使用高4位

• 工作原理

  内核中断是不可屏蔽中断，直接由SHPR决定优先级，外部中断过来以后，会首先经过ISER和ICER寄存器进行使能或者失能，之后由IPR寄存器确定优先级，然后去抢占CPU执行中断。
  

• 中断优先级

  • 抢占优先级：高抢占优先级可以打断正在执行的低抢占优先级中断
  • 响应优先级：当抢占优先级相同时，响应优先级高的先执行，但是不能互相打断
  • 自然优先级：中断向量表的优先级
  • 抢占和响应优先级相同时，自然优先级高的先执行，数值越小，表示优先级越高

• 优先级分组

  优先级分组	AIRCR[10:8]	IPRx bit[7:4]分配	分配结果
  0	111	None ：[7:4]	0位抢占优先级，4位响应优先级
  1	110	[7] ：[6:4]	1位抢占优先级，3位响应优先级
  2	101	[7:6] ：[5:4]	2位抢占优先级，2位响应优先级
  3	100	[7:5] ：[4]	3位抢占优先级，1位响应优先级
  4	011	[7:4] ：None	4位抢占优先级，0位响应优先级

• NVIC的使用

  1. 设置中断分组 SCB_AIRCR
  2. 设置中断优先级 NVIC_IPRx
  3. 使能中断 NVIC_ISER

3. EXTI

• 什么是EXTI？

  External interrupt/event Controller 即外部中断/事件控制器，由20个产生事件/中断请求的边沿检测器组成，非互联型产品有19个边沿检测器。每个输入线可以独立地配置输入类型和对应的触发事件。每个输入线都可以独立地被屏蔽。挂起寄存器保持着状态线的中断请求。

• 特性：

  • 每个中断/事件都有独立地触发和屏蔽
  • 每个中断线都有专用的状态位
  • 支持多达20个软件的中断/事件请求
  • 检测脉冲宽度低于APB2时钟宽度的外部信号

• 框图
  

  功能框图包含两条主线：一是由输入线到NVIC中断控制器，二是由输入线到脉冲发生器。这就是EXTI的两大功能，产生中断与产生事件，两者从硬件上就存在不同。

  输入线是线路的信息输入端，它可以通过配置寄存器设置为任何一个GPIO口，或者是一些外设的事件。输入线一般都存在电平变化的信号。

  ①：边缘检测，上升沿触发选择寄存器(EXTI_RTSR)和下降沿触发选择寄存器(EXTI_FTSR)。边沿检测电路以输入线作为信号输入端，如果检测到边缘跳变，就输出有效信号1，有效信号1会传输到②电路。

  ②：软件触发，两个信号输入端分别为软件中断事件寄存器(EXTI_SWIER)和边沿检测电路的输入信号。或门电路只要输入有效信号1，就会把有效信号输入到③和④电路。通过对软件中断事件寄存器的读写操作就可以启动中断/事件线。

  ③：中断屏蔽/清除，两个信号输入端分别为中断屏蔽寄存器(EXTI_IMR)和②电路，与门电路要求输入都为‘1’才输出‘1’，这样子的情况下，如果中断屏蔽寄存器EXTI_IMR)设置为0时，不管从标号②电路输出的信号特性如何，最终标号③电路输出的信号都是0；假如中断屏蔽寄存器(EXTI_IMR)设置为1时，最终标号③电路输出的信号才由标号②电路输出信号决定，这样子就可以简单控制EXTI_IMR来实现中断的目的。标号④电路输出‘1’就会把请求挂起寄存器(EXTI_PR)对应位置1。

  ④：事件屏蔽，请求挂起寄存器(EXTI_PR)的内容就输出到 NVIC 内，实现系统中断事件的控制。

4. AFIO

• Alternate Function IO，即复用功能IO，主要用于重映射和外部中断映射配置

  寄存器AFIO_EXTICR1~4，配置EXTI中断线0~15具体对应哪个IO口

• EXTI与IO对应关系
  

5. 中断配置步骤

• EXTI配置步骤：
  1. 使能GPIO时钟
  2. 设置GPIO工作模式
  3. 使能AFIO
  4. 设置EXTI和IO对应关系
  5. 设置EXTI屏蔽，上下沿
  6. 设置NVIC
  7. 设计中断服务函数

• HAL库配置步骤：

  1. 使能GPIO时钟

     __HAL_RCC_GPIOx_CLK_ENABLE();
     1

  2. GPIO/AFIO/EXTI配置

     HAL_GPIO_Init();
     1

  3. 设置中断分组

     HAL_NVIC_SetPriorityGrouping();
     1

  4. 设置中断优先级

     HAL_NVIC_SetPriority();
     1

  5. 使能中断

     HAL_NVIC_EnableIRQ();
     1

  6. 设计中断服务函数

     EXTIx_IRQHandler();
     1

  7. 编写中断处理回调函数

     HAL_GPIO_EXTI_Callback();
     1

• 中断回调处理机制
  

6. 外部中断代码

Exti.h

#ifndef _EXTI_H
#define _EXTI_H


#include "./SYSTEM/sys/sys.h"

void exti_init(void);

#endif
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EXTI.c

#include "./BSP/EXTI/exti.h"
#include "./SYSTEM/delay/delay.h"
#include "./BSP/LED/led.h"
#include "./BSP/KEY/key.h"


//外部中断初始化
void exti_init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef gpio_init_struct;
    
    //1.打开GPIO的时钟
    __HAL_RCC_GPIOE_CLK_ENABLE();
    
    //2.配置GPIO
    gpio_init_struct.Pin = GPIO_PIN_4;
    gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_IT_FALLING;
    gpio_init_struct.Pull = GPIO_PULLUP;
    HAL_GPIO_Init(GPIOE, &gpio_init_struct);
    
    gpio_init_struct.Pin = GPIO_PIN_3;
    gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_IT_FALLING;
    gpio_init_struct.Pull = GPIO_PULLUP;
    HAL_GPIO_Init(GPIOE, &gpio_init_struct);
    
    gpio_init_struct.Pin = GPIO_PIN_2;
    gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_IT_FALLING;
    gpio_init_struct.Pull = GPIO_PULLUP;
    HAL_GPIO_Init(GPIOE, &gpio_init_struct);
    
    gpio_init_struct.Pin = GPIO_PIN_0;
    gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_IT_RISING;
    gpio_init_struct.Pull = GPIO_PULLDOWN;
    HAL_GPIO_Init(GPIOA, &gpio_init_struct);
    
    //4.设置中断优先级
    HAL_NVIC_SetPriority(EXTI4_IRQn, 2, 0);
    HAL_NVIC_SetPriority(EXTI3_IRQn, 3, 0);
    HAL_NVIC_SetPriority(EXTI2_IRQn, 4, 0);
    HAL_NVIC_SetPriority(EXTI0_IRQn, 5, 0);
    
    //5.使能中断
    HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI4_IRQn);
    HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI3_IRQn);
    HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI2_IRQn);
    HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI0_IRQn);
}


void EXTI4_IRQHandler(void)
{
    HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(GPIO_PIN_4);
    __HAL_GPIO_EXTI_CLEAR_FLAG(GPIO_PIN_4);
}

void EXTI3_IRQHandler(void)
{
    HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(GPIO_PIN_3);
    __HAL_GPIO_EXTI_CLEAR_FLAG(GPIO_PIN_3);
}

void EXTI2_IRQHandler(void)
{
    HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(GPIO_PIN_2);
    __HAL_GPIO_EXTI_CLEAR_FLAG(GPIO_PIN_2);
}

void EXTI0_IRQHandler(void)
{
    HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(GPIO_PIN_0);
    __HAL_GPIO_EXTI_CLEAR_FLAG(GPIO_PIN_0);
}

void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin)
{ 
    delay_ms(20);
    
    switch(GPIO_Pin)
    {
        case GPIO_PIN_0: 
            if(KEY_UP == 1)
                LED0(0); 
            break;
        case GPIO_PIN_2:
            if(KEY2 == 0)            
                LED0(1); 
            break;
        case GPIO_PIN_3: 
            if(KEY1 == 0)
                LED1(0); 
            break;
        case GPIO_PIN_4: 
            if(KEY0 == 0)
                LED1(1); 
            break;
        default : 
            break;
    }
}
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main.c

#include "./SYSTEM/sys/sys.h"
#include "./SYSTEM/usart/usart.h"
#include "./SYSTEM/delay/delay.h"
#include "./BSP/LED/led.h"
#include "./BSP/KEY/key.h"
#include "./BSP/BEEP/beep.h"
#include "./BSP/EXTI/exti.h"


int main(void)
{
    HAL_Init();                         /* 初始化HAL库 */
    sys_stm32_clock_init(RCC_PLL_MUL9); /* 设置时钟, 72Mhz */
    delay_init(72);                     /* 延时初始化 */
    led_init();                         /* LED初始化 */
    key_init();     //按键初始化
    beep_init();    //蜂鸣器初始化
    exti_init();    //外部中断初始化
    
    while(1)
    {     

    }
}
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声明：资料来源（战舰STM32F103ZET6开发板资源包）

1. Cortex-M3权威指南(中文).pdf
2. STM32F10xxx参考手册_V10（中文版）.pdf
3. STM32F103 战舰开发指南V1.3.pdf
4. STM32F103ZET6（中文版）.pdf
5. 战舰V4 硬件参考手册_V1.0.pdf