01嵌套向量中斷控制器——NVIC

NVIC的全稱是Nested vectoredinterrupt controller，即嵌套向量中斷控制器。控制著整個芯片中斷相關的功能，通過對NVIC寄存器進行配置可以實現對內核和片上外設的中斷的控制。但是各個芯片廠商在設計芯片的時候會對 Cortex-M4內核里面的 NVIC進行裁剪，把不需要的部分去掉，所以說 STM32的 NVIC 是 Cortex-M4的 NVIC 的一個子集，只是用到了NVIC的一部分功能，其余的保留以后備用。

搶占式優先級(占先式優先級)和響應優先級(子優先級)

搶占優先級（占先式優先級）

搶占，是指打斷其他中斷的屬性，即因為具有這個屬性會出現嵌套中斷（在執行中斷服務函數A 的過程中被中斷B 打斷，執行完中斷服務函數B 再繼續執行中斷服務函數A）。

通俗的講，完成某一件事正常是有順序，先完成事件 A ，再完成事件 B，假如，張三現在在做事件 A ，突然李四叫張三去做事件 B ，那么現在就有一個問題，張三是先完成事件 A ？還是去做事件 B ？這里就需要看看那個事件的優先級了，倘若事件 A ，比事件 B 比較重要，那么先完成事件 A 后再完成事件 B ，假如是事件 B， 比事件 A 比較重要,則張三需要先完成事件 B ，再回來繼續完成事件 A ，不管事件 A，有沒有完成。

在片內中設置好事件執行的優先級之后，總是高優先級先執行完然后再執行低優先級的。編號越低優先級越高。即 “0”的優先級最高。

響應優先級（子優先級）

響應屬性則應用在搶占屬性相同的情況下，當兩個中斷向量的搶占優先級相同時，如果兩個中斷同時到達， 則先處理響應優先級高的中斷。

通俗的講，同時有事件 A 、事件 B 、事件 C ，其中事件 A 的搶占優先級要高于事件 B 、事件 C ，其次事件 B 、事件 C 的搶占優先級一樣，在完成事件 A 之后，假如事件 B 、事件 C 這兩件事同時“到達”，那這個時候響應屬性的作用就開始發揮了，假如事件 B 的響應屬性高于事件 C ，則優先完成事件B。

響應和搶占優先級，有種搶占優先級里面包含著響應優先級的感覺，只不過搶占優先級強調的事，我正在做某一件事，有另外一件事來打斷我現在在做的這件。響應優先級則強調的是，同時“到達”，我先處理哪一件事的問題。

NVIC 的定義

在 NVIC 有一個專門的寄存器：中斷優先級寄存器 NVIC_IPRx，用來配置外部中斷的優先級，IPR寬度為 8bit，原則上每個外部中斷可配置的優先級為 0~255，數值越小，優先級越高。但是絕大多數 CM3 芯片都會精簡設計，以致實際上支持的優先級數減少，在 F103 中，只使用了高 4bit，如下所示：

在僅剩的4位中，又包含搶占優先級和響應優先級。理論是會有16個中斷源，但是STM32又進行了分組，共分為５組，如下:

在庫文件misc.c和misc.h中分別用宏定義定義了 "NVIC_PtiorityGroup"這五組分組源。

#define NVIC_PriorityGroup_0         ((uint32_t)0x700) /* 0 bits for pre-emption priority
                                                          4 bits for subpriority */
#define NVIC_PriorityGroup_1         ((uint32_t)0x600) /* 1 bits for pre-emption priority
                                                          3 bits for subpriority */
#define NVIC_PriorityGroup_2         ((uint32_t)0x500) /* 2 bits for pre-emption priority
                                                          2 bits for subpriority */
#define NVIC_PriorityGroup_3         ((uint32_t)0x400) /* 3 bits for pre-emption priority
                                                          1 bits for subpriority */
#define NVIC_PriorityGroup_4         ((uint32_t)0x300) /* 4 bits for pre-emption priority
                                                          0 bits for subpriority */

通過misc.c文件中定義的 “ **NVIC_PriorityGroupConfig(uint32_t NVIC_PriorityGroup) ** ” 函數：

void NVIC_PriorityGroupConfig(uint32_t NVIC_PriorityGroup)
{
  /* Check the parameters */
  assert_param(IS_NVIC_PRIORITY_GROUP(NVIC_PriorityGroup));

  /* Set the PRIGROUP[10:8] bits according to NVIC_PriorityGroup value */
  SCB- >AIRCR = AIRCR_VECTKEY_MASK | NVIC_PriorityGroup;

配置響應優先級及應用舉例

例如配置以下一位搶占優先級，三位子優先級

NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1);//中斷優先級分組：2位的搶占，2位的子優先級

在選擇完組源之后，就需要對該組的中斷源、搶占優先級和響應優先級、配置通道的開啟進行配置 。

通過在 misc.h 中的結構體，進行配置

typedef struct
{
uint8_t NVIC_IRQChannel;//中斷源
uint8_t NVIC_IRQChannelPreemptionPriority;//搶占優先級
uint8_t NVIC_IRQChannelSubPriority;//響應優先級
FunctionalState NVIC_IRQChannelCmd;//是否使能
} NVIC_InitTypeDef；

針對每個中斷，設置對應的搶占優先級和響應優先級，下面以中斷源為 "USART2_IRQn",搶占優先級為1，響應優先級為0，的例子，優先級分組為一。

static void NVIC_Configuration(void)
{
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);  /* 嵌套向量中斷控制器組選擇 */

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = DEBUG_USART_IRQ;  /* 配置USART為中斷源 */
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0; /* 搶斷優先級*/
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 2;  /* 子優先級 */
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;  /* 使能中斷 */
 
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); /* 初始化配置NVIC */
}

其中中斷源通過在 "stm32f10x.h"中的結構體

typedef enum IRQn
{
  .
  .
  .
  .
  .
}IRQn_Type;

至此，關于NCIV的簡單配置就完成了

02外部中斷/事件控制器——EXTI

EXTI簡介

EXTI（External interrupt/event controller）—外部中斷/事件控制器，管理了控制器的 20 個中斷/事件線。每個中斷/事件線都對應有一個邊沿檢測器，可以實現輸入信號的上升沿檢測和下降沿的檢測。EXTI 可以實現對每個中斷/事件線進行單獨配置，可以單獨配置為中斷或者事件，以及觸發事件的屬性。

中斷/事件線

EXTI 有 20 個中斷/事件線，每個 GPIO 都可以被設置為輸入線，占用 EXTI0 至 EXTI15，還有另外七根用于特定的外設事件。這里得并不是以PA的整個系列作為一個中斷/事件線，而是以PA0，PB0，PC0 …… PG0作為一個中斷源，如下圖所示。

16個中斷線的不是每個中斷都有獨立的中斷服務函數，IO口外部中斷在中斷向量表中只分配了7個中斷向量，也就是只能使用7個中斷服務函數。

從表可以看出外部中斷EXTI5_9共用一個服務函數，外部中斷EXTI15_10共用一個服務函數，對應的中斷函數在啟動文件里面

EXTI0_IRQHandler
EXTI1_IRQHandler
EXTI2_IRQHandler
EXTI3_IRQHandler
EXTI4_IRQHandler

因為這里是通過STM32 的引腳，通過映射的方法，讓GPIO具有了中斷的功能，所以在使用某一個GPIO作為中斷的引腳的時候，就需要調動映射服務函數。（ “ stm32f10x_gpio.c” 中的 “ GPIO_EXTILineConfig”）

void GPIO_EXTILineConfig(uint8_t GPIO_PortSource, uint8_t GPIO_PinSource)
{
  uint32_t tmp = 0x00;
  /* Check the parameters */
  assert_param(IS_GPIO_EXTI_PORT_SOURCE(GPIO_PortSource));
  assert_param(IS_GPIO_PIN_SOURCE(GPIO_PinSource));


  tmp = ((uint32_t)0x0F) < < (0x04 * (GPIO_PinSource & (uint8_t)0x03));
  AFIO- >EXTICR[GPIO_PinSource > > 0x02] &= ~tmp;
  AFIO- >EXTICR[GPIO_PinSource > > 0x02] |= (((uint32_t)GPIO_PortSource) < < (0x04 * (GPIO_PinSource & (uint8_t)0x03)));
}

其中，GPIO_PortSource，通過在 stm32f10x_gpio.h 中的查找響應的指令，如下所示

#define GPIO_PortSourceGPIOA       ((uint8_t)0x00)
#define GPIO_PortSourceGPIOB       ((uint8_t)0x01)
#define GPIO_PortSourceGPIOC       ((uint8_t)0x02)
#define GPIO_PortSourceGPIOD       ((uint8_t)0x03)
#define GPIO_PortSourceGPIOE       ((uint8_t)0x04)
#define GPIO_PortSourceGPIOF       ((uint8_t)0x05)
#define GPIO_PortSourceGPIOG       ((uint8_t)0x06)

同理，GPIO_PinSource ，通過在 stm32f10x_gpio.h 中的查找響應的指令，如下所示

#define GPIO_PinSource0            ((uint8_t)0x00)
#define GPIO_PinSource1            ((uint8_t)0x01)
#define GPIO_PinSource2            ((uint8_t)0x02)
#define GPIO_PinSource3            ((uint8_t)0x03)
#define GPIO_PinSource4            ((uint8_t)0x04)
#define GPIO_PinSource5            ((uint8_t)0x05)
#define GPIO_PinSource6            ((uint8_t)0x06)
#define GPIO_PinSource7            ((uint8_t)0x07)
#define GPIO_PinSource8            ((uint8_t)0x08)
#define GPIO_PinSource9            ((uint8_t)0x09)
#define GPIO_PinSource10           ((uint8_t)0x0A)
#define GPIO_PinSource11           ((uint8_t)0x0B)
#define GPIO_PinSource12           ((uint8_t)0x0C)
#define GPIO_PinSource13           ((uint8_t)0x0D)
#define GPIO_PinSource14           ((uint8_t)0x0E)
#define GPIO_PinSource15           ((uint8_t)0x0F)

EXTI功能框圖

輸入線通過邊沿檢測電路，檢測是上升沿還是下降沿，至于哪一種觸發方式，通過上升沿觸發選擇寄存器(EXTI_RTSR)和下降沿觸發選擇寄存器(EXTI_FTSR)進行相應位置置 “1”。

通過在 “stm32f10x_exti.h”中的結構體進行選擇

typedef enum
{
  EXTI_Trigger_Rising = 0x08,//上升沿
  EXTI_Trigger_Falling = 0x0C,  //下降沿
  EXTI_Trigger_Rising_Falling = 0x10//雙觸發
}EXTITrigger_TypeDef;

在通過或門，分別有兩個信號來源，一個是軟件中斷事件寄存器，允許我們通過程序控制就可以啟動中斷/事件線，另一個是邊沿檢測電路，假如我設置的是是上升沿觸發，當外部輸入輸入線是上升沿的時，則邊沿檢測電路則會輸出“1”至或門，再通過或門，有 “1”則輸出是 “1”，或門的輸出端分別有兩個信號源去向，一個是請求掛起寄存器，一個事件屏蔽寄存器。

中斷屏蔽寄存器和請求掛起寄存器的與門邏輯運算至NVIC中斷寄存器，再去判斷優先級等等。

事件屏蔽寄存器和事件屏蔽寄存器的與門邏輯運算至脈沖發生器，這個脈沖信號可以給其他外設電路使用，比如定時器 TIM、模擬數字轉換器 ADC 等等，這樣的脈沖信號一般用來觸發 TIM 或者 ADC開始轉換。

事件：是表示檢測到某一動作（電平邊沿）觸發事件發生了。

中斷：有某個事件發生并產生中斷，并跳轉到對應的中斷處理程序中。

選擇中斷線與EXTI 初始化結構體詳解

首先選擇某一個GPIO作為中斷的輸入引腳，第一步使能起對應的時鐘線，其次是配置起響應的GPIO的功能，如下

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);
 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;//配置相應的Pin腳
 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING; /* 配置為浮空輸入 */ 
 GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);//配置相應的GPIO

"激活"該引腳之后,就需要將中斷的功能賦于這個引腳,即把響應的映射功能使能,同時對該中斷的詳細內容進行配置.如下

首先找到以下函數進行映射使能

"RCC_APB2PeriphClockCmd(uint32_t RCC_APB2Periph, FunctionalState NewState) "

找到"RCC_APB2Periph_AFIO"

碼源:

EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO ,ENABLE);
EXTI_InitStructure.EXTI_Line = EXTI_Line0;

/* EXTI為中斷模式 */
EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;
/* 上升沿中斷 */
EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Rising;
/* 使能中斷 */  
EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE;
EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);

下面是對應查找的位置

通過查找EXTI相應的設置結構體

EXTI_Line :——>stm32f10x_exti.h

"EXTI為中斷模式":

EXTI_Trigger :

最后一步則是選擇EXTI的信號源,通過下面該函數,進行配置

void GPIO_EXTILineConfig(uint8_t GPIO_PortSource, uint8_t GPIO_PinSource)

以上中斷服務函數的初始化就完成了,接下來則是編寫中斷服務函數

void  EXTI0_IRQHandler (void)
{
    //要執行的內容
    EXTI_ClearITPendingBit( 相應的中斷線);//查詢相應中斷線和EXTI_Line 一樣
}

" EXTI0_IRQHandler "在啟動文件中查找

void EXTI_ClearITPendingBit( 相應的中斷線):

其作用就是清除進入中斷時對寄存器某個位置 "1",進行清 "0"

理論完成,進入喜聞樂見的實驗環節

以按鍵觸發中斷為例子，觸發引腳為：PA1

簡單的邏輯過程

EXIT.c

#include "exti.h"


static void NVIC_Configuration(void)
{
  NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

  /* 嵌套向量中斷控制器組選擇 */
  NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);

  /* 配置USART為中斷源 */
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI1_IRQn;
  /* 搶斷優先級*/
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;
  /* 子優先級 */
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 2;
  /* 使能中斷 */
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
  /* 初始化配置NVIC */
  NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}


void EXIT_config(void)
{
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;

  RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA , ENABLE);

  GPIO_InitStruct.GPIO_Mode= GPIO_Mode_IN_FLOATING ;
  GPIO_InitStruct.GPIO_Pin= GPIO_Pin_1 ;
  GPIO_InitStruct.GPIO_Speed= GPIO_Speed_50MHz ;
  GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct);

  RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);

  EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStruct;

  EXTI_InitStruct.EXTI_Line=EXTI_Line1  ;
  EXTI_InitStruct.EXTI_LineCmd=ENABLE ;
  EXTI_InitStruct.EXTI_Mode= EXTI_Mode_Interrupt;
  EXTI_InitStruct.EXTI_Trigger= EXTI_Trigger_Falling;

  NVIC_Configuration();
  EXTI_Init(&EXTI_InitStruct);

}


void  EXTI1_IRQHandler (void)
{
    SysTick_Config_delay_ms(10);
    GPIO_ResetBits(GPIOC, GPIO_Pin_13 );
    EXTI_ClearITPendingBit( EXTI_Line1 );//查詢相應中斷線和EXTI_Line 一樣
}

EXIT.h

#ifndef _EXIT_H
#define _EXIT_H


#include "misc.h"
#include "stm32f10x_gpio.h"
#include "stm32f10x.h"
#include "led.h"
#include "systick.h"
#include "stm32f10x_exti.h"




void EXIT_config(void);
static void NVIC_Configuration(void);
#endif

main.c

#include "led.h"
#include "stm32f10x.h"
#include "exti.h"
#include "systick.h"


int main(void)
{
   SysTick_Init();
   LED_GPIO_Config()  ;
   EXIT_config( );
  while(1)
  {  


   }
}