處理器:GD32F103VET6

開發(fā)環(huán)境：MDK(keil 5) + STM32CubeMX

1.1 中斷的作用

中斷的主要作用就是允許一些緊急的任務(wù)“插隊(duì)”，提前進(jìn)行。比如，大家在排隊(duì)做核酸檢測(cè)，但是，現(xiàn)在來了一位男士，他說他有緊急情況，希望能夠先做，在征得同意后，他先做了核酸，他做完了跑了，但大家仍然按照原來的順序排隊(duì)進(jìn)行，這就是中斷。

又如，你在玩游戲，但是一個(gè)重要電話進(jìn)來了，你只得暫停當(dāng)前的游戲，先接電話，接完電話繼續(xù)玩。這也是中斷。

在各種電子產(chǎn)品中，中斷用得非常非常多，在我看來，它和GPIO、串口、定時(shí)器一起，是各種處理器學(xué)習(xí)的最重要的四個(gè)模塊之一，我稱之為“四大金剛”。

1.2 GD32的中斷的執(zhí)行及其優(yōu)先級(jí)

對(duì)于GD32的中斷，我們需要關(guān)注以下問題：

1.那些模塊可以申請(qǐng)中斷？絕大部分的模塊，比如串口、定時(shí)器、SPI接口等都可以申請(qǐng)中斷，這些可以申請(qǐng)中斷的模塊我們叫中斷源。

2.某個(gè)模塊申請(qǐng)中斷，并獲得系統(tǒng)同意后，系統(tǒng)將會(huì)做什么？中斷申請(qǐng)并獲得通過后，將會(huì)執(zhí)行中斷函數(shù)，中斷函數(shù)執(zhí)行完后又回到原來的地方繼續(xù)執(zhí)行。

GD32的各個(gè)模塊的中斷函數(shù)的函數(shù)名廠家已經(jīng)幫我們?nèi)『昧耍趩?dòng)文件(.s文件)中，具體如圖1所示。

圖1 GD32的中斷函數(shù)

3.如果有多個(gè)中斷同時(shí)到來，處理器該怎么辦呢？它會(huì)先去執(zhí)行哪個(gè)中斷的中斷函數(shù)呢？通過每個(gè)中斷的優(yōu)先級(jí)才裁決先響應(yīng)誰！優(yōu)先級(jí)高的中斷，它的中斷函數(shù)將會(huì)獲得優(yōu)先執(zhí)行。GD32的每個(gè)中斷的優(yōu)先級(jí)分為搶占式優(yōu)先級(jí)和子優(yōu)先級(jí)兩部分，在實(shí)際應(yīng)用中，一般我們都是只需要設(shè)置搶占式優(yōu)先級(jí)即可，子優(yōu)先級(jí)不用理會(huì)。搶占式優(yōu)先級(jí)可以設(shè)置的值為0-15，值越小優(yōu)先級(jí)越高，這點(diǎn)跟freertos操作系統(tǒng)的優(yōu)先級(jí)剛好相反，freertos的是值越高優(yōu)先級(jí)越高。

GD32的中斷由一個(gè)叫NVIC的模塊統(tǒng)一處理，NVIC全稱叫嵌套中斷向量控制器，搶占式優(yōu)先級(jí)、子優(yōu)先級(jí)、中斷允許、中斷失能都在它里面設(shè)置。

最后補(bǔ)充說明兩點(diǎn)：

1.GD32的每一個(gè)模塊都會(huì)有至少一個(gè)中斷開關(guān)，只有這個(gè)開關(guān)處于使能狀態(tài)，該模塊的中斷信號(hào)才能進(jìn)入到NVIC內(nèi)部。

2.中斷函數(shù)中盡量不要有延時(shí)，如必須要延時(shí)，則延時(shí)要盡量小，要快進(jìn)快出，不要影響后續(xù)的中斷的響應(yīng)！

1.3 GD32的外部中斷

GD32F103VET6支持19個(gè)外部中斷，注意，這里雖然用了外部?jī)蓚€(gè)字，但真正只有16來自于芯片的外部，有3個(gè)仍然是在芯片的內(nèi)部。外部的16個(gè)中斷分別為EXTI0~EXTI15，其中EXTI0可以從PA0、PB0、PC0等標(biāo)號(hào)為0的引腳進(jìn)入，EXTI1可以從PA1、PB1、PC1等標(biāo)號(hào)為1引腳進(jìn)入，其他外部中斷同理。

在這16個(gè)從IO引腳進(jìn)入的中斷中，他們的中斷函數(shù)分別為

●EXTI0-EXTI4都有自己獨(dú)立的中斷函數(shù)，他們的函數(shù)名分別為EXTI0_IRQHandler~ EXTI4_IRQHandler；

●外部中斷5到9共用一個(gè)中斷函數(shù)，函數(shù)名為EXTI9_5_IRQHandler；

●外部中斷10到15共用一個(gè)中斷函數(shù)，函數(shù)名為EXTI15_10_IRQHandler。

對(duì)于這些共用中斷函數(shù)的外部中斷，需要在中斷函數(shù)的內(nèi)部進(jìn)一步判斷是那個(gè)外部中斷。

外部中斷的觸發(fā)方式可以有下降沿觸發(fā)和上升沿觸發(fā)，這個(gè)可以根據(jù)具體情況來選擇。

1.4 外部中斷應(yīng)用示例

下面我們通過一個(gè)例子來學(xué)習(xí)外部中斷的應(yīng)用。

【例1】使用PE2外部的按鍵KEY0產(chǎn)生外部中斷，每發(fā)生一次外部中斷將LED0的狀態(tài)反轉(zhuǎn)一次。在整個(gè)過程中，LED1以1秒的頻率閃爍。

【實(shí)現(xiàn)過程】

1.設(shè)置系統(tǒng)時(shí)鐘源和系統(tǒng)時(shí)鐘的頻率為72MHz；

2.設(shè)置調(diào)試方式為Serial Wire;

3.設(shè)置與LED0相連的PE12，與LED1相連的PE13工作方式為輸出；

4.設(shè)置與KEY0相連的PE2引腳的為外部中斷引腳，搶占式優(yōu)先級(jí)為3(由于系統(tǒng)滴答定時(shí)器的優(yōu)先級(jí)為0，所以這個(gè)優(yōu)先級(jí)比0低即可)。整個(gè)過程的步驟為：

(1)設(shè)置PE2的工作模式為外部中斷，如圖2所示。

圖2 PE2引腳設(shè)置為外部中斷示意圖

(2)在GPIO中設(shè)置PE2的中斷觸發(fā)方式為下降沿觸發(fā)(按鍵按下就觸發(fā))，如圖3所示。

圖3 設(shè)置下降沿觸發(fā)示意圖

(3)設(shè)置外部中斷2的搶占式優(yōu)先級(jí)的值為3，實(shí)際上由于本工程中除了系統(tǒng)滴答定時(shí)器的中斷，其他的中斷都沒有，所以這里設(shè)置不與滴答定時(shí)器的中斷優(yōu)先級(jí)相同即可(滴答定時(shí)器的中斷優(yōu)先級(jí)為0)。設(shè)置步驟和結(jié)果如圖4所示。

圖4 優(yōu)先級(jí)設(shè)置示意圖

注意，如果EXTI2的中斷的優(yōu)先級(jí)采用默認(rèn)，也就是搶占式優(yōu)先級(jí)為0，子優(yōu)先級(jí)也為0，這兩個(gè)優(yōu)先級(jí)跟滴答定時(shí)器(System tick timer)的優(yōu)先級(jí)一樣，則可能在中斷中使用延時(shí)函數(shù)HAL_Delay()時(shí)，有可能會(huì)使系統(tǒng)死機(jī)(延時(shí)函數(shù)HAL_Delay()通過tick 定時(shí)器的中斷來工作，當(dāng)進(jìn)入EXTI2中斷函數(shù)執(zhí)行時(shí)，tick 定時(shí)器的中斷得不到及時(shí)執(zhí)行，所以會(huì)出現(xiàn)死機(jī)現(xiàn)象！)。

5.配置好中斷后，接下來是配置工程名、工程存放路徑等信息，然后點(diǎn)擊生成代碼，生成代碼后，我們需要補(bǔ)充如下功能：

(1)在主函數(shù)的while循環(huán)中補(bǔ)充是的LED1閃爍的程序段，具體如圖5所示。

圖5 LED1閃爍程序段示意圖

(2)編寫中斷服務(wù)回調(diào)函數(shù)，注意不是中斷服務(wù)函數(shù)，該函數(shù)的內(nèi)容如圖6所示。

圖6 EXTI2的中斷回調(diào)(callback)函數(shù)

程序編寫好后，編譯程序并將程序下載到開發(fā)板中，可以看到LED1閃爍，LED0則是按下一次KEY0鍵LE0的狀態(tài)反轉(zhuǎn)一次，任務(wù)目標(biāo)完成。

1.5 HAL庫中中斷函數(shù)的執(zhí)行流程

在剛才的步驟中，有一步為編寫中斷服務(wù)回調(diào)函數(shù)，注意，為回調(diào)函數(shù)而不是中斷服務(wù)函數(shù)，這跟我們前面的介紹是不是互相矛盾呢？我們通過觀察CubeMX生成的工程的中斷的執(zhí)行流程來回答這個(gè)問題。這個(gè)流程如下：

①系統(tǒng)接收到EXTI2的中斷請(qǐng)求并響應(yīng)后，到.s文件中尋找到該中斷函數(shù)的入口，如圖7所示。

圖7 外部中斷EXTI2的中斷服務(wù)函數(shù)的入口示意圖

②由于函數(shù)的名字就是函數(shù)的入口，所以找到入口后，接下來執(zhí)行函數(shù)EXTI2_IRQHandler，如圖8所示。函數(shù)EXTI2_IRQHandler就是EXTI2的中斷服務(wù)函數(shù)。

圖8 中斷服務(wù)函數(shù)EXTI2_IRQHandler的內(nèi)容

③執(zhí)行通用IO口外部中斷函數(shù)HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler()，這個(gè)函數(shù)是一個(gè)通用函數(shù)，其他的GPIO口的外部中斷都調(diào)用這個(gè)函數(shù)，它的參數(shù)只有一個(gè)，就是中斷的輸入引腳標(biāo)號(hào)，實(shí)際上就是外部中斷線編號(hào)。函數(shù)HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler的內(nèi)容如圖9所示。

圖9 通用外部中斷函數(shù)的內(nèi)容示意圖

由圖9可以看到，在該函數(shù)中，在判斷GPIO_Pin引腳對(duì)應(yīng)的標(biāo)志位為真后執(zhí)行兩個(gè)動(dòng)作，分別是

●使用宏__HAL_GPIO_EXTI_CLEAR_IT(GPIO_Pin)來清除標(biāo)志位，以便下一次的中斷能夠進(jìn)來；

●調(diào)用中斷回調(diào)函數(shù)HAL_GPIO_EXTI_Callback()，我們要實(shí)現(xiàn)的中斷需要做的事情就在中斷回調(diào)函數(shù)中實(shí)現(xiàn)，所以在前面的步驟中，我們編寫的是中斷回調(diào)函數(shù)的代碼，而不是中斷服務(wù)函數(shù)的代碼，當(dāng)然，大家也可以將代碼內(nèi)容直接寫到中斷服務(wù)函數(shù)中。

1.6 外部中斷實(shí)驗(yàn)中涉及到的HAL庫的函數(shù)/宏及其他相關(guān)知識(shí)

1.獲取外部中斷標(biāo)志位和清除外部中斷標(biāo)志位

中斷標(biāo)志位被置1說明該中斷獲得了響應(yīng)，獲得響應(yīng)后要在中斷服務(wù)函數(shù)中清除該標(biāo)志位，以使得下次該中斷有中斷申請(qǐng)到來時(shí)能獲得響應(yīng)。HAL庫中，獲取中斷標(biāo)志位和清除中斷標(biāo)志位分別用下面兩個(gè)宏來完成。

●獲取中斷標(biāo)志位：__HAL_GPIO_EXTI_GET_IT()

●清除中斷標(biāo)志位: __HAL_GPIO_EXTI_CLEAR_IT()

這兩個(gè)宏都只有一個(gè)參數(shù)，就是外部中斷輸入引腳的編號(hào)。

注意，與HAL庫中的函數(shù)不用，HAL庫中宏名用兩個(gè)下劃線開始，其格式為

“__” + “HAL” + 模塊名 + 執(zhí)行動(dòng)作名

2.外部中斷回調(diào)函數(shù)HAL_GPIO_EXTI_Callback()

HAL庫中回調(diào)函數(shù)使用Callback結(jié)尾，對(duì)于外部中斷回調(diào)函數(shù)，它只有一個(gè)參數(shù)，這個(gè)參數(shù)就是外部中斷的編號(hào)—也即外部中斷輸入IO引腳的標(biāo)號(hào)。

3.HAL庫初始化函數(shù)HAL_Init()

每次我們用STM32CubeMX生成工程時(shí)，主函數(shù)中的第一條語句就是執(zhí)行函數(shù)HAL_Init()的內(nèi)容，這個(gè)函數(shù)具體做什么呢？我們打開看一下，可以看到這個(gè)函數(shù)的內(nèi)容如圖10所示。

圖10 HAL庫初始化函數(shù)HAL_Init()的內(nèi)容

由圖可見，函數(shù)HAL_Init()主要所兩個(gè)事，分別是：

①設(shè)置搶占式優(yōu)先級(jí)的位數(shù)，這里是設(shè)置為4位，其值可以從015，所以搶占式優(yōu)先級(jí)可以設(shè)置為015的任意數(shù)字。

②配置tick timer定時(shí)器，并設(shè)置它的優(yōu)先級(jí)。

1.7 結(jié)論及注意事項(xiàng)

在本章的學(xué)習(xí)中，主要注意以下幾點(diǎn)：

1.發(fā)生外部中斷后，在系統(tǒng)提供的中斷服務(wù)函數(shù)中已經(jīng)清除了中斷標(biāo)志位，所以大家在編寫中斷回調(diào)函數(shù)的時(shí)候不需要再次清除中斷標(biāo)志位。

2.中斷的優(yōu)先級(jí)不要跟tick timer，也就是滴答定時(shí)器的中斷優(yōu)先級(jí)一樣，否則在中斷回調(diào)函數(shù)中使用HAL_Delay函數(shù)時(shí)會(huì)出現(xiàn)死機(jī)現(xiàn)象。

3.GD32/STM32的優(yōu)先級(jí)是：優(yōu)先級(jí)值越小的中斷，它的中斷優(yōu)先級(jí)越高。