STM32中斷解讀、串口中斷配置補(bǔ)充 NVIC詳解

中斷的概述

4.1.1 什么是中斷

              程序在正常運(yùn)行過程中發(fā)生了內(nèi)部或外部事件時(shí)，打斷了正在執(zhí)行的程序，轉(zhuǎn)到外部或內(nèi)部事件中去執(zhí)行中斷對(duì)應(yīng)的代。

4.1.2 中斷的意義

              高效的去執(zhí)行程序，不會(huì)一直占用MCU的資源。

4.1.3 中斷入口

中斷服務(wù)函數(shù)：芯片中固定了一段地址空間用來存儲(chǔ)程序代碼。這一段程序代碼是中斷執(zhí)行的程序代碼

中斷的入口：中斷服務(wù)函數(shù)名。

4.1.4 中斷的優(yōu)先級(jí)

              中斷優(yōu)先級(jí)：指的是給中斷編號(hào)，用來區(qū)分那件事件先執(zhí)行，那件事情后執(zhí)行。編號(hào)越小優(yōu)先級(jí)越高

4.1.5 中斷的嵌套

              中斷嵌套：在執(zhí)行中斷服務(wù)函數(shù)代碼時(shí)，又發(fā)生中斷事件打斷了正在執(zhí)行的程序。

4.1.6 補(bǔ)充

main函數(shù)與中斷服務(wù)函數(shù)的關(guān)系？

main函數(shù)、與中斷服務(wù)函數(shù)屬于同一級(jí)別，不存在的一個(gè)說法是main函數(shù)調(diào)用中斷服務(wù)函數(shù)。所以中斷服務(wù)函數(shù)不需要什么函數(shù)聲明啊，調(diào)用函數(shù)等，只需要重寫實(shí)現(xiàn)中斷服務(wù)函數(shù)就好。

中斷的執(zhí)行流程？

發(fā)生中斷事件，找到中斷入口，搶占MCU資源執(zhí)行中斷服務(wù)函數(shù)中的代碼（此時(shí)main函數(shù)失去MCU的使用權(quán)），如圖1所示。

圖1 中斷執(zhí)行流程

              斷點(diǎn)：正常執(zhí)行的程序，發(fā)生中斷事件時(shí)，被打斷的位置。MCU去執(zhí)行中斷服務(wù)函數(shù)中的代碼前，存儲(chǔ)的該斷點(diǎn)的現(xiàn)場信息，我們把這一過程稱為：壓棧（入棧）。在執(zhí)行完中斷服務(wù)函數(shù)后，回到斷點(diǎn)，從棧中讀出之前存入的現(xiàn)場信息，繼續(xù)執(zhí)行，我們稱這一過程為彈棧（出棧）。

中斷嵌套的執(zhí)行流程？

圖2嵌套中斷流程

中斷嵌套如圖2，（簡單理解：中斷中又發(fā)生了中斷）。

4.2 異常與中斷

4.2.1 異常的理解

異常：簡單理解，屬于內(nèi)核的中斷（系統(tǒng)內(nèi)部）稱為異常，如圖3所示。

中斷：不屬于內(nèi)核的中斷，稱為外部中斷，簡稱中斷，如圖4所示。

如無特殊說明，可以不分辨“中斷”與“異�！边@兩個(gè)術(shù)語，可以互換使用。

圖3 系統(tǒng)異常（中斷）

圖4 外部中斷

由圖可知，編號(hào)0沒有進(jìn)行任何定義，編號(hào)為 1－15 的對(duì)應(yīng)系統(tǒng)異常，大于等于 16 的則全是外部中斷。

4.2.2 優(yōu)先級(jí)

懸起:

先理解一個(gè)概念：“懸起”。如果發(fā)生了一個(gè)中斷但是它不能馬上反應(yīng)，稱為懸起。

優(yōu)先級(jí):

優(yōu)先級(jí)的概念：優(yōu)先級(jí)解決的問題是同時(shí)發(fā)生多個(gè)中斷請求時(shí)，先響應(yīng)誰，把誰懸起的問題。被懸起的中斷，等待高優(yōu)先級(jí)響應(yīng)完，它們才能有機(jī)會(huì)正常執(zhí)行響應(yīng)中斷請求。

優(yōu)先級(jí)的特點(diǎn)：

數(shù)值越小，優(yōu)先級(jí)越高。

              高優(yōu)先可搶占低優(yōu)先級(jí)。

搶占優(yōu)先級(jí)與子優(yōu)先級(jí)：

為了使搶占機(jī)能變得更可控，CM3 還把256級(jí)優(yōu)先級(jí)按位分成高低兩段，分別稱為搶占優(yōu)先級(jí)和子優(yōu)先級(jí)。

圖5優(yōu)先級(jí)分組

由圖5可知，有8（0到7）個(gè)分組位置。

從分組位置0可知，搶占優(yōu)先級(jí)最多可以使用7位（高七位—>7、6、5、4、3、2、1）表示，27=128，能表示128個(gè)搶占優(yōu)先級(jí)，即：最多支持128層中斷嵌套。進(jìn)而得出子優(yōu)先級(jí)至少有1位，21=2，能表示2個(gè)子優(yōu)先級(jí)。

從分組位置7可知道可以沒有搶占優(yōu)先級(jí)，但必須有子優(yōu)先級(jí)。

NVIC 中有一個(gè)寄存器是“應(yīng)用程序中斷及復(fù)位控制寄存器”，如圖6，它里面有一個(gè)位段名為“優(yōu)先級(jí)組”。該位段的值對(duì)每一個(gè)優(yōu)先級(jí)可配置的異常都有影響——把其優(yōu)先級(jí)分為 2 個(gè)位段： MSB 所在的位段（左邊的）對(duì)應(yīng)搶占優(yōu)先級(jí)，而 LSB 所在的位段（右邊的） 對(duì)應(yīng)子優(yōu)先級(jí)。

圖6應(yīng)用程序中斷及復(fù)位控制寄存器AIRCR

舉個(gè)例子，如果只使用 3 個(gè)位來表達(dá)優(yōu)先級(jí)[7:5]，并且優(yōu)先級(jí)組的值是5,查表可知，如圖7、8所示，位7與位6表示搶占優(yōu)先級(jí)。

圖7優(yōu)先級(jí)分組值為5查表結(jié)果

圖83位表示優(yōu)先級(jí)，分組值為5實(shí)際分組

4.2.3搶占優(yōu)先級(jí)與子優(yōu)先級(jí)

《1》高搶占優(yōu)先級(jí)是可以打斷正在進(jìn)行的低搶占優(yōu)先級(jí)中斷的。

《2》搶占優(yōu)先級(jí)相同的中斷，高子優(yōu)先級(jí)不可以打斷低子優(yōu)先級(jí)的中斷。

《3》 搶占優(yōu)先級(jí)相同的中斷，當(dāng)兩個(gè)中斷同時(shí)發(fā)生的情況下，哪個(gè)子優(yōu)先級(jí)高，就先執(zhí)行。

《4》如果兩個(gè)中斷的搶占優(yōu)先級(jí)和響應(yīng)優(yōu)先級(jí)都是一樣的話，則看哪個(gè)中斷先發(fā)生就先執(zhí)行；

4.2.4 補(bǔ)充

從需求理解中斷：

              中斷的發(fā)明是為了提高M(jìn)CU執(zhí)行程序的效率、讓程序變得更加靈活、高效。例如按鍵的掃描，需要MCU不斷的去輪詢，當(dāng)程序的框架復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)很多功能，代碼量多時(shí)，按鍵往往就沒那么靈敏了�？赡苡袝r(shí)按下有效果，有時(shí)按下沒效果。這時(shí)候就需要使用到中斷了，最簡單的做法把按鍵掃描函數(shù)，放在按鍵中斷服務(wù)函數(shù)中；當(dāng)按鍵按下，發(fā)生中斷，找到中斷入口（按鍵中斷服務(wù)函數(shù)名），執(zhí)行中斷服務(wù)函數(shù)中的按鍵掃描代碼，這使MCU執(zhí)行程序的效率大大的提高。具體流程如下圖9。

圖9 按鍵外部中斷流程圖

              中斷如果只設(shè)計(jì)一個(gè)出來，那就不需要優(yōu)先級(jí)的概念了，優(yōu)先級(jí)就是為了解決多個(gè)中斷發(fā)送，先響應(yīng)誰，把誰懸起的問題。而在執(zhí)行中斷的過程中，又發(fā)生了中斷，稱為中斷嵌套；要弄清楚誰可以打斷誰，規(guī)律是什么，就需要明白搶占優(yōu)先級(jí)與子優(yōu)先級(jí)的，優(yōu)先級(jí)分組的作用、意義。

4.3 NVIC

4.3.1 NVIC概述

              NVIC:嵌套向量中斷控制器，用于管理外部所有中斷

《1》NVIC 共支持 1 至 240 個(gè)外部中斷輸入（通常外部中斷寫作 IRQs）

《2》所有的中斷控制／狀態(tài)寄存器均可按字／半字／字節(jié)的方式訪問

《3》所有 NVIC 的中斷控制/狀態(tài)寄存器都只能在特權(quán)級(jí)下訪問。不過有一個(gè)例外——軟件觸發(fā)中斷寄存器可以在用戶級(jí)下訪問以產(chǎn)生軟件中斷

4.3.2 中斷的使能與除能

CM3中可以有240對(duì)使能位／除能位(SETENA 位/CLRENA 位)，每個(gè)中斷擁有一對(duì)。

欲使能一個(gè)中斷，我們需要寫 1 到對(duì)應(yīng) SETENA 的位中；欲除能一個(gè)中斷，你需要寫 1 到對(duì)應(yīng)的 CLRENA 位中。如果往它們中寫 0，則不會(huì)有任何效果。

這240個(gè)對(duì)子分布在8對(duì)32位寄存器中，SETENA0, SETENA1…SETENA7，最后一對(duì)沒有用完，如圖10所示。

圖10 8對(duì)32位寄存器

4.4 軟件設(shè)計(jì)

4.4.1 USART中斷配置流程

              1.使能模塊級(jí)中斷

              2.使能NVIC中斷（使能前，可設(shè)置優(yōu)先級(jí)分組、搶占優(yōu)先級(jí)、響應(yīng)優(yōu)先級(jí)）

總體配置框圖如下圖11。

圖11 USART中斷配置框圖

4.4.2 中斷初始化代碼解讀

打開模塊級(jí)中斷：

找到控制寄存器相應(yīng)中斷位，配置寄存器。

圖12 USART中斷配置相應(yīng)位

USART1->CR1 |=1<<5;// 讀取數(shù)據(jù)寄存器不為空

USART1->CR1 |=1<<4;// 檢測到空閑線路

打開NVIC中斷：

找到密鑰

設(shè)置分組

圖13 打開NVIC中斷流程

SCB->AIRCR = 0x05FA0500;//優(yōu)先級(jí)分組5

找到串口1中斷向量號(hào)，設(shè)置優(yōu)先級(jí)

圖14串口1中斷向量號(hào)

分組為5,7-5=2，說明搶占優(yōu)先級(jí)可以有2（7、6）位配置。USART1的向量號(hào)位37，可寫入下面代碼。如圖

NVIC->IP[37] = 0xf0;              //串口1 搶占優(yōu)先級(jí)3 響應(yīng)優(yōu)先級(jí)3

圖14優(yōu)先級(jí)配置

圖15串口1中斷使能寄存器

NVIC->ISER[1] = 1<<(37-32);//串口1使能 中斷號(hào)37

4.4.3 串口1中斷服務(wù)函數(shù)

圖16串口1中斷寄存器配置與代碼

一、接收中斷分析：

• 讀取數(shù)據(jù)寄存器，接收中斷標(biāo)志位自動(dòng)清零。
• 對(duì)接收中斷標(biāo)志位，寫入0，將該位進(jìn)行清零操作。
  

rc_w0的理解：

圖17 rc_w0的理解：

所以，當(dāng)發(fā)生接收中斷，你在讀數(shù)據(jù)寄存器時(shí)，接收中斷標(biāo)志位，已經(jīng)自動(dòng)清零了，無需手動(dòng)清零。

圖18接收代碼的深入理解：

二、空閑中斷分析：

空閑中斷，第一次空閑，發(fā)生中斷，空閑標(biāo)志位置1，讀入 USART_SR 寄存器，然后讀入 USART_DR 寄存器，可對(duì)空閑標(biāo)志位清零。

注意：當(dāng)有新的空閑時(shí)（相對(duì)于前一次），才會(huì)發(fā)生第二次空閑中斷，所以空閑中斷與接收中斷密不可分、相互聯(lián)系。接收就不會(huì)空閑，空閑就說明沒有數(shù)據(jù)發(fā)送過來，所以接收中斷常常與空閑中斷配合使用。

4.4.4 小結(jié)

中斷時(shí)STM32的靈魂，是一個(gè)難點(diǎn)、好用、靈活的東西，用好它能使能的程序變化很靈活、高效，用不好也可是你代碼性能變壞，本章只是簡單的介紹了STM32的中斷。NVIC是個(gè)內(nèi)核的秘書，管理著全部的外部中斷，外部的模塊若想打開中斷，除了打開自己模塊的中斷開關(guān)，還有打NVIC對(duì)應(yīng)的中斷開關(guān)。

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