MCU微課堂

CKS32F4xx系列產品NVIC中斷優先級管理

第三期 2023.2.2

本課將為大家講解CKS32F4xx系列產品的中斷優先級管理單元NVIC。CM4內核共支持256個中斷，其中包含了16個內核中斷和240個外部中斷，具有256級可編程中斷設置。但CKS32F4xx系列只使用了CM4內核的一部分，共有98個中斷，包括16個帶有FPU核的CM4中斷和82個可屏蔽中斷，而我們常用的就是這82個可屏蔽中斷。

NVIC寄存器簡介

MDK為NVIC相關寄存器其定義了如下的結構體：

typedef struct 
{ 
__IO uint32_t ISER[8]; /*!< Interrupt Set Enable Register */ 
uint32_t RESERVED0[24]; 
__IO uint32_t ICER[8]; 
/*!< Interrupt Clear Enable Register */ 
uint32_t RSERVED1[24]; 
__IO uint32_t ISPR[8]; 
/*!< Interrupt Set Pending Register */ 
uint32_t RESERVED2[24]; 
__IO uint32_t ICPR[8]; 
/*!< Interrupt Clear Pending Register */ 
uint32_t RESERVED3[24]; 
__IO uint32_t IABR[8]; 
/*!< Interrupt Active bit Register */ 
uint32_t RESERVED4[56]; 
__IO uint8_t IP[240]; 
/*!< Interrupt Priority Register, 8Bit wide */ 
uint32_t RESERVED5[644]; 
__O uint32_t STIR; 
/*!< Software Trigger Interrupt Register */ 
} NVIC_Type;

CKS32F4xx系列的中斷在這些寄存器控制下有序執行，只有了解這些中斷寄存器后，才能方便的使用CKS32F4xx系列中斷功能。下面重點介紹這幾個寄存器：

ISER[8]：ISER 全稱是：Interrupt Set-Enable Registers，這是一個中斷使能寄存器組。上面說了CM4內核支持256個中斷，這里用8個32位寄存器來控制，每個位控制一個中斷。但是CKS32F4xx系列的可屏蔽中斷最多只有82個，所以對我們來說，有用的就是三個（ISER[0~2])，ISER[0]的bit 0~31分別對應中斷0~31；ISER[1]的bit 0~31對應中斷32~63；ISER[2]的bit 0~17對應中斷64~81，共82個中斷。你要使能某個中斷，必須設置相應的ISER位為 1，使該中斷被使能，另外還要配合中斷分組、屏蔽、IO口映射等設置才算是一個完整的中斷設置。具體每一位對應哪個中斷，請參考CKS32f4xx.h。

ICER[8]：全稱是：Interrupt Clear-Enable Registers，是一個中斷除能寄存器組。該寄存器組與 ISER 的作用恰好相反，是用來清除某個中斷的使能的。其對應位的功能，也和 ICER 一樣。這里要專門設置一個 ICER 來清除中斷位，而不是向 ISER 寫 0 來清除，是因為 NVIC 的這些寄存器都是寫 1 有效的，寫 0 是無效的。

ISPR[8]：全稱是：Interrupt Set-Pending Registers，是一個中斷掛起控制寄存器組。每個位對應的中斷和ISER是一樣的。通過置1，可以將正在進行的中斷掛起，而執行同級或更高級別的中斷。寫0是無效的。

ICPR[8]：全稱是：Interrupt Clear-Pending Registers，是一個中斷解掛控制寄存器組。其作用與ISPR相反，對應位也和 ISER是一樣的。通過設置1，可以將掛起的中斷接掛。寫 0 無效。

IABR[8]：全稱是：Interrupt Active Bit Registers，是一個中斷激活標志位寄存器組。對應位所代表的中斷和ISER一樣，如果為 1，則表示該位所對應的中斷正在被執行。這是一個只讀寄存器，通過它可以知道當前在執行的中斷是哪一個。在中斷執行完了由硬件自動清零。

IP[240]：全稱是：Interrupt Priority Registers，是一個中斷優先級控制的寄存器組。CKS32F4的中斷分組與這個寄存器組密切相關。IP寄存器組由240個8bit的寄存器組成，每個可屏蔽中斷占用8bit，這樣總共可以表示240個可屏蔽中斷。而CKS32F4只用到了其中的82個。IP[81]~IP[0]分別對應中斷 81~0。而每個可屏蔽中斷占用的 8bit 并沒有全部使用，而是只用了高4位。這4位，又分為搶占優先級和響應優先級。搶占優先級在前，響應優先級在后。而這兩個優先級各占幾個位又要根據 SCB->AIRCR 中的中斷分組設置來決定。

NVIC中斷分組

這里簡單介紹一下 CKS32F4 的中斷分組：CKS32F4將中斷分為5個組，組0~4。該分組的設置是由 SCB->AIRCR 寄存器的 bit10~8 來定義的。具體的分配關系如下：

通過這個表，我們就可以清楚的看到組0~4對應的配置關系，例如組設置為3，那么此時所有的82個中斷，每個中斷的中斷優先寄存器的高四位中的最高3位是搶占優先級，低1位是響應優先級。每個中斷，你可以設置搶占優先級為0~7，響應優先級為1或0。搶占優先級的級別高于響應優先級。而數值越小所代表的優先級就越高。

這里需要注意兩點：

第一，如果兩個中斷的搶占優先級和響應優先級都是一樣的話，則看哪個中斷先發生就先執行；

第二，高優先級的搶占優先級是可以打斷正在進行的低搶占優先級中斷的。而搶占優先級相同的中斷，高優先級的響應優先級不可以打斷低響應優先級的中斷。

結合實例說明一下：假定設置中斷優先級組為2，然后設置中斷3(RTC_WKUP中斷)的搶占優先級為2，響應優先級為1。中斷6（外部中斷0）的搶占優先級為3，響應優先級為0。中斷7（外部中斷1）的搶占優先級為2，響應優先級為0。那么這3個中斷的優先級順序為：中斷7>中斷3>中斷6。其中中斷3和中斷7都可以打斷中斷6的中斷。而中斷7和中斷3卻不可以相互打斷！

軟件實現

通過以上介紹，我們熟悉了CKS32F4中斷設置的大致過程。接下來我們介紹如何使用庫函數實現以上中斷分組設置以及中斷優先級管理，使得我們以后的中斷設置簡單化。NVIC中斷管理函數主要在misc.c文件里面。

首先要講解的是中斷優先級分組函數NVIC_PriorityGroupConfig，其函數申明如下：

void NVIC_PriorityGroupConfig(uint32_t NVIC_PriorityGroup);

這個函數的作用是對中斷的優先級進行分組，這個函數在系統中只能被調用一次，一旦分組確定就最好不要更改。這個函數我們可以找到其實現：

void NVIC_PriorityGroupConfig(uint32_t NVIC_PriorityGroup) 
{ 
assert_param(IS_NVIC_PRIORITY_GROUP(NVIC_PriorityGroup)); 
SCB->AIRCR = AIRCR_VECTKEY_MASK | NVIC_PriorityGroup; 
}

從函數體可以看出，這個函數唯一目的就是通過設置SCB->AIRCR寄存器來設置中斷優先級分組，查看其定義為：

#define IS_NVIC_PRIORITY_GROUP(GROUP) 
(((GROUP) == NVIC_PriorityGroup_0) || 
((GROUP) == NVIC_PriorityGroup_1) ||  
((GROUP) == NVIC_PriorityGroup_2) ||  
((GROUP) == NVIC_PriorityGroup_3) ||  
((GROUP) == NVIC_PriorityGroup_4))

可以看到這個定義對應上表中的分組范圍0-4。如果我們需要設置系統的中斷優先級分組值為2，那么方法是：NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);這樣就確定了一共為“2位搶占優先級，2位響應優先級”。設置好了系統中斷分組，接下來設置中斷的搶占優先級和響應優先級，這里需要用到一個重要的函數為中斷初始化函數NVIC_Init，其函數聲明為：voidNVIC_Init(NVIC_InitTypeDef*NVIC_InitStruct)，其中NVIC_InitTypeDef是一個結構體，我們可以看看結構體的成員變量：

typedef struct 
{ 
uint8_t NVIC_IRQChannel; 
uint8_t NVIC_IRQChannelPreemptionPriority; 
uint8_t NVIC_IRQChannelSubPriority; 
FunctionalState NVIC_IRQChannelCmd; 
} NVIC_InitTypeDef;

NVIC_InitTypeDef結構體中間有四個成員變量，這四個成員變量的作用是：

NVIC_IRQChannel：

定義初始化的是哪個中斷，這個我們可以在CKS32f4xx.h中定義的枚舉類型IRQn的成員變量中可以找到每個中斷對應的名字。例如串口1對應USART1_IRQn。

NVIC_IRQChannelPreemptionPriority：

定義這個中斷的搶占優先級別；

NVIC_IRQChannelSubPriority：

定義這個中斷的響應優先級別。

NVIC_IRQChannelCmd：

該中斷通道是否使能。比如我們要使能串口1的中斷，同時設置搶占優先級為1，響應優先級位2，初始化的方法是：

NVIC_InitTypeDefNVIC_InitStructure;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;//>>串口 1 中斷 
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=1 ;//>> 搶占優先級為 1 
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 2;//>> 響應優先級位 2 
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //>>IRQ 通道使能 
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

這里我們講解了中斷的分組的概念以及設定優先級值的方法，至于每種優先級還有一些關于清除中斷，查看中斷狀態，這在后面課堂中我們講解每個中斷的時候會詳細講解到。

課程總結

中斷優先級設置的步驟：

1.系統初始化的時候設置中斷分組：

確定組號，也就是確定搶占優先級和響應優先級的分配位數。調用函數為NVIC_PriorityGroupConfig();

2.設置所用到的中斷的中斷優先級別：

對每個中斷調用函數NVIC_Init();確定具體的搶占優先級和響應優先級，并使能通道。

審核編輯：湯梓紅