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(菜鳥筆記)類比STC51單片機(jī)的STM32串口中斷純寄存器操作

[復(fù)制鏈接]
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樓主
      本菜文以STM32的USART1中斷為例，類比STC系列的51單片機(jī)相對(duì)應(yīng)的操作，粗淺地分析一下STM32串口中斷各項(xiàng)配置的含義。本著知其所以然的理念，例程采用了直接訪問寄存器的方式，未使用任何庫(kù)函數(shù)。
    盡管STM32和STC相差很大，但它們的串口操作流程還是比較相近的，都包括引腳配置、通訊參數(shù)配置、中斷配置和中斷服務(wù)程序等步驟。為了節(jié)約時(shí)間，前兩項(xiàng)內(nèi)容就不多說了。
    例程的運(yùn)行條件如下：
1.USART1_RX在PA10上，配置成上拉/下拉輸入模式，USART1_TX在PA9上，配置成2MHz的復(fù)用推挽模式；
2.9600bps，8N1數(shù)據(jù)格式；
3.PB0接了一只LED。
    下面進(jìn)入串口中斷配置主題。
    先通過下圖回顧一下STC單片機(jī)串口1中斷邏輯，以及流程中涉及到的概念。







    寄存器SCON的位1（TI發(fā)送中斷請(qǐng)求）和位0（RI接收中斷請(qǐng)求）是兩個(gè)中斷源，也就是說，在串口發(fā)送或接收數(shù)據(jù)時(shí)，硬件會(huì)使SCON.1或SCON.0置位，從而產(chǎn)生TI發(fā)送中斷請(qǐng)求或接收中斷請(qǐng)求，但這兩個(gè)請(qǐng)求能不能被程序響應(yīng)，還得過ES和EA兩關(guān)，如果IE.4（ES串口中斷使能）和IE.7（EA中斷總開關(guān)）都為1，TI或RI的請(qǐng)求才能進(jìn)入中斷優(yōu)先級(jí)評(píng)估模塊。在這個(gè)模塊里，TI或RI中斷會(huì)根據(jù)寄存器IPH和IP相應(yīng)位的值分為4個(gè)優(yōu)先級(jí)。
    不管TI或RI中斷是什么優(yōu)先級(jí)，只要中斷被CPU響應(yīng)了，那就會(huì)把串口1中斷向量賦值給程序計(jì)數(shù)器PC，也就是把程序存儲(chǔ)器0023H和0024H兩個(gè)單元的值賦給PC，從而進(jìn)入串口的中斷服務(wù)程序，直至執(zhí)行到RETI指令為止才退出。
    這個(gè)過程至少涉及五個(gè)主要概念：中斷源、中斷使能、中斷優(yōu)先級(jí)、中斷向量、中斷服務(wù)程序。同樣，STM32的串口1中斷也有這五個(gè)概念。
    下圖是STM32F1xx串口1中斷邏輯：

    現(xiàn)在開始直接面向寄存器操作。
1、中斷源使能配置
目標(biāo)寄存器：USART1_CR1串口1控制寄存器1
寄存器地址：0x4001380c
賦值：0x202c
    本例僅開放了接收中斷，所以只用到了USART1_CR1寄存器。UE（USART1_CR1.13）、RXNEIE（USART1_CR1.5）、TE（USART1_CR1.3）和RE（USART1_CR1.2）同時(shí)置位，這就產(chǎn)生了0x202c的賦值。

    這是USART1中斷源及相應(yīng)使能位的邏輯圖，圖中標(biāo)紅線路是可以產(chǎn)生中斷的信號(hào)，綠色信號(hào)代表各個(gè)中斷線路的使能信號(hào)。咱得承認(rèn)，人家STM32F1xx的中斷源還真是挺多的，而且都能單獨(dú)使能，比STC靈活多了。
2、串口中斷開放
    USART1沒有像STC那樣的中斷總開關(guān)EA，但它有和ES類似的串口中斷使能，所有的中斷都有自己的使能開關(guān)，它們集合在一個(gè)寄存器族NVIC_ISER0~NVIC_ISER7里，每個(gè)中斷各占其中的一個(gè)位。
    Cortex-M3在這方面的做法很有意思，它通過中斷向量表為每個(gè)中斷分配了一個(gè)向量號(hào)，然后再以這個(gè)向量號(hào)為索引，找到并操作NVIC寄存器組中相關(guān)的寄存器或位，包括后面要說的中斷優(yōu)先級(jí)設(shè)置也是如此，所以咱們先來看看STM32中斷向量表：

    USART1的向量號(hào)是37，請(qǐng)記住這個(gè)‘門牌號(hào)’。
    開放中斷需要操作NVIC_ISERx寄存器：

    NVIC_ISER共8個(gè)寄存器，即NVIC_ISER0---NVIC_ISER7，而STM32F1xx只排了60多個(gè)中斷號(hào)（不同型號(hào)可用的中斷數(shù)量不同），所以實(shí)際上只使用了NVIC_ISER0~NVIC_ISER2，其中在NVIC_ISER0占座的是0號(hào)窗口看門狗WWDG中斷---31號(hào)I2C1事件中斷，USART1中斷在NVIC_ISER1的bit5上。所以，USART1中斷使能的操作如下：
目標(biāo)寄存器：NVIC_ISER1中斷設(shè)置使能寄存器1
寄存器地址：0xe000e104
賦值：bit5置位
3、中斷優(yōu)先級(jí)分組設(shè)置
    STM32的中斷優(yōu)先級(jí)設(shè)置比STC復(fù)雜一些，它需要先設(shè)置所有中斷的優(yōu)先級(jí)分組，也就是通過SCB_AIRCR寄存器將中斷優(yōu)先級(jí)分為搶占級(jí)和響應(yīng)級(jí)，這是兩個(gè)與STC不太一樣的優(yōu)先級(jí)概念。
    首先需要明確的是，SCB_AIRCR設(shè)置的不是某個(gè)具體中斷的搶占級(jí)和響應(yīng)級(jí)，而是針對(duì)所有中斷。
目標(biāo)寄存器：SCB_AIRCR系統(tǒng)控制模塊應(yīng)用程序中斷和復(fù)位控制寄存器
寄存器地址：0xe000ed0c
賦值：0x05fa0400
    書上說了，每次操作這個(gè)寄存器都必須在VECTKEY段上寫0x05fa，否則它不認(rèn)賬，會(huì)忽略寫入操作。SCB_AIRCR的復(fù)位值很‘聰明’，恰好是密鑰0x05fa的反碼。
    在寫入密鑰的同時(shí)對(duì)PRIGROUP[2：0]賦值才是核心目的，在英文手冊(cè)上它的全稱是interrupt priority grouping，字面意思是中斷優(yōu)先級(jí)分組，而按照它的功能來說，俺覺得叫‘中斷優(yōu)先級(jí)分隔位標(biāo)志’比較貼切，因?yàn)樗甘境隽藫屨技?jí)和響應(yīng)級(jí)的分隔位置。
    STM32F1xx用1個(gè)叫IP[x]的字節(jié)來定義優(yōu)先級(jí)，但只用了它的高4位，并且按照PRIGROUP[2：的值把這4位分成搶占和響應(yīng)兩組，以本例中PRIGROUP[2：0]＝100（也就是4）為例，IP[x]從位4分隔開來，位7~位5成為搶占組，可形成23（8級(jí)）搶占級(jí)別，又因?yàn)槲?~位0沒有啟用，所以只剩下位4作為響應(yīng)組，也就只有0、1兩個(gè)響應(yīng)級(jí)別。
位7
位6
位5
位4
位3~位0
搶占級(jí)
響應(yīng)級(jí)
未啟用
    在后序的步驟當(dāng)中，這個(gè)IP[x]字節(jié)將在具體中斷優(yōu)先級(jí)配置當(dāng)中賦不同的數(shù)值，從而確定相應(yīng)中斷的優(yōu)先級(jí)。
    回過頭來簡(jiǎn)單說一說什么是搶占級(jí)（Group priority）和響應(yīng)級(jí)（Sub priority）。
    搶占級(jí)的數(shù)值越低，優(yōu)先級(jí)就越高，可以嵌入低級(jí)別中斷；響應(yīng)沒有搶先嵌套權(quán)，但響應(yīng)級(jí)別高的可以優(yōu)先執(zhí)行。假設(shè)正在執(zhí)行一個(gè)搶占級(jí)為1/響應(yīng)級(jí)為1的A中斷，簡(jiǎn)稱為A（g1s1），又來了3個(gè)中斷，分別是B（g0s1）、C（g2s1）、D（g2s0），那么B就會(huì)打斷A嵌套進(jìn)去被執(zhí)行，沒辦法，誰讓B的搶占級(jí)別高呢。等B執(zhí)行完了，A就會(huì)繼續(xù)執(zhí)行，C和D也只能在外面等著，因?yàn)樗鼈兊膿屨技?jí)別都比A低。等A執(zhí)行完了就會(huì)優(yōu)先執(zhí)行D，因?yàn)楸M管C和D的搶占級(jí)是一樣的，但D的響應(yīng)優(yōu)先級(jí)高于C，C只好眼巴巴了。
3、結(jié)合PRIGROUP[2：的具體中斷優(yōu)先級(jí)設(shè)定
    具體到USART1中斷，剛才說的PRIGROUP[2：0]和優(yōu)先級(jí)字節(jié)IP[x]該怎樣落地呢？
目標(biāo)寄存器：NVIC_IPR9中斷優(yōu)先級(jí)設(shè)置寄存器
寄存器地址：0xe000e409
賦值：對(duì)應(yīng)IP[37]的字節(jié)賦值0x30
    STM32設(shè)置了一個(gè)叫做NVIC_IPRx的寄存器陣列，每個(gè)寄存器可以存放4個(gè)中斷的優(yōu)先級(jí)8位（1個(gè)字節(jié)）配置數(shù)據(jù)，這個(gè)陣列與NVIC_ISERx的布局方式類似，只不過NVIC_ISERx是位布局，而NVIC_IPRx則是字節(jié)布局：
寄存器
地址
字節(jié)4
bit[31：24]
字節(jié)3
bit[23：16]
字節(jié)2
bit[15：8]
字節(jié)0
bit[7：0]
NVIC_IPR0
0xe000e400
中斷3
中斷2
中斷1
中斷0
RTC
TAMPER
PVD
WWDG
IP[3]
IP[2]
IP[1]
IP[0]
NVIC_IPR1
0xe000e401
中斷7
中斷6
中斷5
中斷4
EXTI1
EXTI0
RCC
FLASH
IP[7]
IP[6]
IP[5]
IP[4]
……
NVIC_IPR9
0xe000e409
中斷39
中斷38
中斷37
中斷36
USART3
USART2
USART1
SPI2
IP[39]
IP[38]
IP[37]
IP[36]
……
    IP[37]就是USART1中斷優(yōu)先級(jí)配置的字節(jié)，
    PRIGROUP[2：0]＝4已經(jīng)確定了搶占級(jí)用3個(gè)位、響應(yīng)級(jí)用1個(gè)位，那么IP[37]＝0x30的意思就是配置USART1中斷的搶占級(jí)為1，響應(yīng)級(jí)也為1。

位7
位6
位5
位4
位3~位0
PRIGROUP
產(chǎn)生的分隔
搶占級(jí)
響應(yīng)級(jí)
未啟用
IP[37]
0
0
1
1
0000
4、例程
//串口1中斷測(cè)試程序
//GPIOA/GPIOB相關(guān)寄存器定義
#define GPIOA_Base  0x40010800
#define GPIOB_Base  0x40010C00
#define GPIO_ConfigurationRegisterLow        0x00
#define GPIO_ConfigurationRegisterHigh        0x04
#define GPIO_OutputDataRegister              0x0c
#define GPIOA_CRH (*(volatile unsigned int*)(GPIOA_Base + GPIO_ConfigurationRegisterHigh))
#define GPIOB_CRL (*(volatile unsigned int*)(GPIOB_Base + GPIO_ConfigurationRegisterLow))
#define LED1  *(volatile unsigned int *)0x42218180        
//RCC相關(guān)寄存器定義
#define RCC_APB2ENR        (*(volatile unsigned int*)0x40021018)
//USART1相關(guān)寄存器定義
#define                USART1_Base        0x40013800
#define                USART_DataRegister                0x04
#define                USART_BaudRateRegister                0x08
#define                USART_ControlRegister1                0x0c
#define                USART_ControlRegister2                0x10
#define                USART1_DR        (*(volatile unsigned int*)(USART1_Base + USART_DataRegister))
#define                USART1_BRR        (*(volatile unsigned int*)(USART1_Base + USART_BaudRateRegister))
#define                USART1_CR1        (*(volatile unsigned int*)(USART1_Base + USART_ControlRegister1))
#define                USART1_CR2        (*(volatile unsigned int*)(USART1_Base + USART_ControlRegister2))
#define                ResetUSART1        *(volatile unsigned int*)0x424201b8
#define                USART1_RXNE        *(volatile unsigned int*)0x42270014
//NVIC相關(guān)寄存器定義
#define                SCB_AIRCR        *(volatile unsigned int*)0xe000ed0c
#define                NVIC_ISER1        *(volatile unsigned int*)0xe000e104
#define                NVIC_IPR9        *(volatile unsigned int*)0xe000e409
//---------------------------------------
void Delay_ms(unsigned short int MsCount)
{
          unsigned int i = 0;
   while(MsCount--)
   {
        i=8030;
        while(i--);
   }
}

void U1BaudRate(unsigned int PCLK2,unsigned int BaudRate)
//波特率設(shè)置        
{
    float UsartDiv;
    unsigned short int Mantissa;//波特率換算參數(shù)整數(shù)部分
    unsigned short int Fraction;//波特率換算參數(shù)小數(shù)部分
    UsartDiv = (float)(PCLK2*1000000)/(BaudRate*16);
    Mantissa = UsartDiv;//得到整數(shù)部分
    Fraction = (UsartDiv-Mantissa)*16;//得到小數(shù)部分
    Mantissa <<= 4;
    Mantissa = Mantissa + Fraction;
    USART1_BRR = Mantissa;
}

int main(void)
{
        /*為節(jié)約篇幅,就不把時(shí)鐘初始化程序列出來了,PCLK2為72MHz.*/
    //開啟USART1和GPIOA/GPIOB時(shí)鐘
    RCC_APB2ENR |=0x0000400c;
    //配置USART1_RX(PA10)和USART1_TX(PA9)
    GPIOA_CRH = (GPIOA_CRH & 0xfffff00f) | 0x000008a0;
    //配置LED1(接在了PB0上)引腳狀態(tài)
    GPIOB_CRL = (GPIOB_CRL & 0xfffffff0) | 0xee000006;
    //復(fù)位USART1
    ResetUSART1=1;
    ResetUSART1=0;
   //配置波特率為9600,數(shù)據(jù)格式為8N1
    U1BaudRate(72,9600);
   //使能USART1模塊,使能發(fā)送和接收,開啟接收中斷
    USART1_CR1 |=0x202c;
    //寫入VECTKEY,PRIGROUP賦值為4
    SCB_AIRCR &=0x05faf8ff;
    SCB_AIRCR |=0x05fa0400;
    //使能USART1中斷
    NVIC_ISER1 |=1<<5;
    //配置USART1的搶占優(yōu)先級(jí)和響應(yīng)優(yōu)先級(jí)
    NVIC_IPR9 &=0xffff00ff;
    NVIC_IPR9 |=0x3000;

    while(1)
    {
        LED1 = 0;
        Delay_ms(1000);
        LED1 = 1;
        Delay_ms(1000);               
     }
}

void USART1_IRQHandler(void)
//串口1中斷服務(wù)程序        
{
    unsigned char tmp;
    if(USART1_RXNE ==1)
    {
        USART1_RXNE=0;
        tmp=USART1_DR;
        USART1_DR=tmp;
    }
}

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