(菜鳥筆記)類比STC51單片機的STM32串口中斷純寄存器操作

ID:104497 · 發(fā)表于 2021-2-3 15:01

本菜文以STM32的USART1中斷為例，類比STC系列的51單片機相對應(yīng)的操作，粗淺地分析一下STM32串口中斷各項配置的含義。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)約時間，前兩項內(nèi)容就不多說了。

例程的運行條件如下：

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。

下面進入串口中斷配置主題。

先通過下圖回顧一下STC單片機串口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)送中斷請求）和位0（RI接收中斷請求）是兩個中斷源，也就是說，在串口發(fā)送或接收數(shù)據(jù)時，硬件會使SCON.1或SCON.0置位，從而產(chǎn)生TI發(fā)送中斷請求或接收中斷請求，但這兩個請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的請求才能進入中斷優(yōu)先級評估模塊。在這個模塊里，TI或RI中斷會根據(jù)寄存器IPH和IP相應(yīng)位的值分為4個優(yōu)先級。

不管TI或RI中斷是什么優(yōu)先級，只要中斷被CPU響應(yīng)了，那就會把串口1中斷向量賦值給程序計數(shù)器PC，也就是把程序存儲器0023H和0024H兩個單元的值賦給PC，從而進入串口的中斷服務(wù)程序，直至執(zhí)行到RETI指令為止才退出。

這個過程至少涉及五個主要概念：中斷源、中斷使能、中斷優(yōu)先級、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，圖中標紅線路是可以產(chǎn)生中斷的信號，綠色信號代表各個中斷線路的使能信號。咱得承認，人家STM32F1xx的中斷源還真是挺多的，而且都能單獨使能，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)，它們集合在一個寄存器族NVIC_ISER0~NVIC_ISER7里，每個中斷各占其中的一個位。

Cortex-M3在這方面的做法很有意思，它通過中斷向量表為每個中斷分配了一個向量號，然后再以這個向量號為索引，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的向量號是37，請記住這個‘門牌號’。

開放中斷需要操作NVIC_ISERx寄存器：

NVIC_ISER共8個寄存器，即NVIC_ISER0---NVIC_ISER7，而STM32F1xx只排了60多個中斷號（不同型號可用的中斷數(shù)量不同），所以實際上只使用了NVIC_ISER0~NVIC_ISER2，其中在NVIC_ISER0占座的是0號窗口看門狗WWDG中斷---31號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)先級分組設(shè)置

STM32的中斷優(yōu)先級設(shè)置比STC復(fù)雜一些，它需要先設(shè)置所有中斷的優(yōu)先級分組，也就是通過SCB_AIRCR寄存器將中斷優(yōu)先級分為搶占級和響應(yīng)級，這是兩個與STC不太一樣的優(yōu)先級概念。

首先需要明確的是，SCB_AIRCR設(shè)置的不是某個具體中斷的搶占級和響應(yīng)級，而是針對所有中斷。

目標寄存器：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，每次操作這個寄存器都必須在VECTKEY段上寫0x05fa，否則它不認賬，會忽略寫入操作。SCB_AIRCR的復(fù)位值很‘聰明’，恰好是密鑰0x05fa的反碼。

在寫入密鑰的同時對PRIGROUP[2：0]賦值才是核心目的，在英文手冊上它的全稱是interrupt priority grouping，字面意思是中斷優(yōu)先級分組，而按照它的功能來說，俺覺得叫‘中斷優(yōu)先級分隔位標志’比較貼切，因為它指示出了搶占級和響應(yīng)級的分隔位置。

STM32F1xx用1個叫IP[x]的字節(jié)來定義優(yōu)先級，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）搶占級別，又因為位3~位0沒有啟用，所以只剩下位4作為響應(yīng)組，也就只有0、1兩個響應(yīng)級別。

位7	位6	位5	位4	位3~位0
搶占級			響應(yīng)級	未啟用

在后序的步驟當中，這個IP[x]字節(jié)將在具體中斷優(yōu)先級配置當中賦不同的數(shù)值，從而確定相應(yīng)中斷的優(yōu)先級。

回過頭來簡單說一說什么是搶占級（Group priority）和響應(yīng)級（Sub priority）。

搶占級的數(shù)值越低，優(yōu)先級就越高，可以嵌入低級別中斷；響應(yīng)沒有搶先嵌套權(quán)，但響應(yīng)級別高的可以優(yōu)先執(zhí)行。假設(shè)正在執(zhí)行一個搶占級為1/響應(yīng)級為1的A中斷，簡稱為A（g1s1），又來了3個中斷，分別是B（g0s1）、C（g2s1）、D（g2s0），那么B就會打斷A嵌套進去被執(zhí)行，沒辦法，誰讓B的搶占級別高呢。等B執(zhí)行完了，A就會繼續(xù)執(zhí)行，C和D也只能在外面等著，因為它們的搶占級別都比A低。等A執(zhí)行完了就會優(yōu)先執(zhí)行D，因為盡管C和D的搶占級是一樣的，但D的響應(yīng)優(yōu)先級高于C，C只好眼巴巴了。

3、結(jié)合PRIGROUP[2：的具體中斷優(yōu)先級設(shè)定

具體到USART1中斷，剛才說的PRIGROUP[2：0]和優(yōu)先級字節(jié)IP[x]該怎樣落地呢？

目標寄存器：NVIC_IPR9中斷優(yōu)先級設(shè)置寄存器

寄存器地址：0xe000e409

賦值：對應(yīng)IP[37]的字節(jié)賦值0x30

STM32設(shè)置了一個叫做NVIC_IPRx的寄存器陣列，每個寄存器可以存放4個中斷的優(yōu)先級8位（1個字節(jié)）配置數(shù)據(jù)，這個陣列與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)先級配置的字節(jié)，

PRIGROUP[2：0]＝4已經(jīng)確定了搶占級用3個位、響應(yīng)級用1個位，那么IP[37]＝0x30的意思就是配置USART1中斷的搶占級為1，響應(yīng)級也為1。

	位7	位6	位5	位4	位3~位0
PRIGROUP 產(chǎn)生的分隔	搶占級			響應(yīng)級	未啟用
IP[37]	0	0	1	1	0000

4、例程

//串口1中斷測試程序

//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,就不把時鐘初始化程序列出來了,PCLK2為72MHz.*/

//開啟USART1和GPIOA/GPIOB時鐘

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)先級和響應(yīng)優(yōu)先級

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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