STM32-中断应用

2024-04-07 15:50:16

NVIC简介

NVIC 是嵌套向量中断控制器，控制着整个芯片中断相关的功能，它跟内核紧密耦合，是内核里面的一个外设。但是各个芯片厂商在设计芯片的时候会对 Cortex-M4 内核里面的 NVIC 进行裁剪，把不需要的部分去掉，所以说 STM32 的 NVIC 是 Cortex-M4 的 NVIC 的一个子集。

NVIC寄存器简介

代码 17 NVIC 结构体定义，来自固件库头文件： core_cm4.h

typedef struct {
    __IO uint32_t ISER[8]; // 中断使能寄存器
    uint32_t RESERVED0[24];
    __IO uint32_t ICER[8]; // 中断清除寄存器
    uint32_t RSERVED1[24];
    __IO uint32_t ISPR[8]; // 中断使能悬起寄存器
    uint32_t RESERVED2[24];
    __IO uint32_t ICPR[8]; // 中断清除悬起寄存器
    uint32_t RESERVED3[24];
    __IO uint32_t IABR[8]; // 中断有效位寄存器
    uint32_t RESERVED4[56];
    __IO uint8_t IP[240]; // 中断优先级寄存器(8Bit wide)
    uint32_t RESERVED5[644];
    __O uint32_t STIR; // 软件触发中断寄存器
} NVIC_Type;

在配置中断的时候我们一般只用 ISER、 ICER 和 IP 这三个寄存器， ISER 用来使能中断， ICER 用来失能中断， IP 用来设置中断优先级

NVIC中断配置固件库

NVIC 库函数	描述
void NVIC_EnableIRQ(IRQn_Type IRQn)	使能中断
void NVIC_DisableIRQ(IRQn_Type IRQn)	失能中断
void NVIC_SetPendingIRQ(IRQn_Type IRQn)	设置中断悬起位
void NVIC_ClearPendingIRQ(IRQn_Type IRQn)	清除中断悬起位
uint32_t NVIC_GetPendingIRQ(IRQn_Type IRQn)	获取悬起中断编号
void NVIC_SetPriority(IRQn_Type IRQn, uint32_t priority)	设置中断优先级
uint32_t NVIC_GetPriority(IRQn_Type IRQn)	获取中断优先级
void NVIC_SystemReset(void)	系统复位

优先级定义

在 NVIC 有一个专门的寄存器：中断优先级寄存器 NVIC_IPRx（在 F429 中， x=0...90）用来配置外部中断的优先级， IPR 宽度为 8bit，原则上每个外部中断可配置的优先级为0~255，数值越小，优先级越高。但是绝大多数 CM4 芯片都会精简设计，以致实际上支持的优先级数减少，在 F429 中，只使用了高 4bit，如下所示：

用于表达优先级的这 4bit，又被分组成抢占优先级和子优先级。如果有多个中断同时响应，抢占优先级高的就会抢占抢占优先级低的优先得到执行，如果抢占优先级相同，就比较子优先级。如果抢占优先级和子优先级都相同的话，就比较他们的硬件中断编号，编号越小，优先级越高。

优先级分组

优先级的分组由内核外设 SCB 的应用程序中断及复位控制寄存器 AIRCR 的PRIGROUP[10:8]位决定， F429 分为了 5 组，具体如下：主优先级=抢占优先级。

设置优先级分组可调用库函数 NVIC_PriorityGroupConfig()实现，有关 NVIC 中断相关的库函数都在库文件 misc.c 和 misc.h 中。

中断编程

在配置每个中断的时候一般有 3 个编程要点：

1、使能外设某个中断，这个具体由每个外设的相关中断使能位控制。比如串口有发送完成中断，接收完成中断，这两个中断都由串口控制寄存器的相关中断使能位控制。

2、初始化 NVIC_InitTypeDef 结构体，配置中断优先级分组，设置抢占优先级和子优先级，使能中断请求。

代码 19 NVIC 初始化结构体

typedef struct {
    uint8_t NVIC_IRQChannel; // 中断源
    uint8_t NVIC_IRQChannelPreemptionPriority; // 抢占优先级
    uint8_t NVIC_IRQChannelSubPriority; // 子优先级
    FunctionalState NVIC_IRQChannelCmd; // 中断使能或者失能
} NVIC_InitTypeDef;

有关 NVIC 初始化结构体的成员我们一一解释下：

1） NVIC_IROChannel：用来设置中断源，不同的中断中断源不一样，且不可写错，即使写错了程序不会报错，只会导致不想要中断。具体的成员配置可参考 stm32f4xx.h 头文件里面的 IRQn_Type 结构体定义，这个结构体包含了所有的中断源。

代码 20 IRQn_Type 中断源结构体

typedef enum IRQn {
    //Cortex-M4 处理器异常编号
    NonMaskableInt_IRQn = -14,
    MemoryManagement_IRQn = -12,
    BusFault_IRQn = -11,
    UsageFault_IRQn = -10,
    SVCall_IRQn = -5,
    DebugMonitor_IRQn = -4,
    PendSV_IRQn = -2,
    SysTick_IRQn = -1,
    //STM32 外部中断编号
    WWDG_IRQn = 0,
    PVD_IRQn = 1,
    TAMP_STAMP_IRQn = 2,
 
    // 限于篇幅，中间部分代码省略，具体的可查看库文件 stm32f4xx.h
    SPI4_IRQn = 84,
    SPI5_IRQn = 85,
    SPI6_IRQn = 86,
    SAI1_IRQn = 87,
    LTDC_IRQn = 88,
    LTDC_ER_IRQn = 89,
    DMA2D_IRQn = 90
} IRQn_Type;

2） NVIC_IRQChannelPreemptionPriority：抢占优先级，具体的值要根据优先级分组来确定，具体参考表格 16 优先级分组真值表。

3） NVIC_IRQChannelSubPriority：子优先级，具体的值要根据优先级分组来确定，具体参考表格 16 优先级分组真值表。

4） NVIC_IRQChannelCmd：中断使能（ENABLE）或者失能（DISABLE）。操作的是 NVIC_ISER 和 NVIC_ICER 这两个寄存器。

3、编写中断服务函数

在启动文件 startup_stm32f429_439xx.s 中我们预先为每个中断都写了一个中断服务函数，只是这些中断函数都是为空，为的只是初始化中断向量表。实际的中断服务函数都需要我们重新编写，中断服务函数我们统一写在 stm32f4xx_it.c 这个库文件中。

关于中断服务函数的函数名必须跟启动文件里面预先设置的一样，如果写错，系统就在中断向量表中找不到中断服务函数的入口，直接跳转到启动文件里面预先写好的空函数，并且在里面无限循环，实现不了中断。

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