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中斷對于開發(fā)嵌入式系統(tǒng)來講的地位絕對是毋庸置疑的，在C51單片機時代，一共只有5個中斷，其中2個外部中斷，2個定時/計數(shù)器中斷和一個串口中斷，但是在STM32中，中斷數(shù)量大大增加，而且中斷的設(shè)置也更加復(fù)雜。今天就將來探討一下關(guān)于STM32中的中斷系統(tǒng)。 1 基本概念 ARM Coetex-M3內(nèi)核共支持256個中斷，其中16個內(nèi)部中斷，240個外部中斷和可編程的256級中斷優(yōu)先級的設(shè)置。STM32目前支持的中斷共84個（16個內(nèi)部+68個外部），還有16級可編程的中斷優(yōu)先級的設(shè)置，僅使用中斷優(yōu)先級設(shè)置8bit中的高4位。 STM32可支持68個中斷通道，已經(jīng)固定分配給相應(yīng)的外部設(shè)備，每個中斷通道都具備自己的中斷優(yōu)先級控制字節(jié)PRI_n(8位，但是STM32中只使用4位，高4位有效)，每4個通道的8位中斷優(yōu)先級控制字構(gòu)成一個32位的優(yōu)先級寄存器。68個通道的優(yōu)先級控制字至少構(gòu)成17個32位的優(yōu)先級寄存器。 4bit的中斷優(yōu)先級可以分成2組，從高位看，前面定義的是搶占式優(yōu)先級，后面是響應(yīng)優(yōu)先級。按照這種分組，4bit一共可以分成5組 第0組：所有4bit用于指定響應(yīng)優(yōu)先級； 第1組：最高1位用于指定搶占式優(yōu)先級，后面3位用于指定響應(yīng)優(yōu)先級； 第2組：最高2位用于指定搶占式優(yōu)先級，后面2位用于指定響應(yīng)優(yōu)先級； 第3組：最高3位用于指定搶占式優(yōu)先級，后面1位用于指定響應(yīng)優(yōu)先級； 第4組：所有4位用于指定搶占式優(yōu)先級。 所謂搶占式優(yōu)先級和響應(yīng)優(yōu)先級，他們之間的關(guān)系是：具有高搶占式優(yōu)先級的中斷可以在具有低搶占式優(yōu)先級的中斷處理過程中被響應(yīng)，即中斷嵌套。 當兩個中斷源的搶占式優(yōu)先級相同時，這兩個中斷將沒有嵌套關(guān)系，當一個中斷到來后，如果正在處理另一個中斷，這個后到來的中斷就要等到前一個中斷處理完之后才能被處理。如果這兩個中斷同時到達，則中斷控制器根據(jù)他們的響應(yīng)優(yōu)先級高低來決定先處理哪一個；如果他們的搶占式優(yōu)先級和響應(yīng)優(yōu)先級都相等，則根據(jù)他們在中斷表中的排位順序決定先處理哪一個。每一個中斷源都必須定義2個優(yōu)先級。 有幾點需要注意的是： 1）如果指定的搶占式優(yōu)先級別或響應(yīng)優(yōu)先級別超出了選定的優(yōu)先級分組所限定的范圍，將可能得到意想不到的結(jié)果； 2）搶占式優(yōu)先級別相同的中斷源之間沒有嵌套關(guān)系； 3）如果某個中斷源被指定為某個搶占式優(yōu)先級別，又沒有其它中斷源處于同一個搶占式優(yōu)先級別，則可以為這個中斷源指定任意有效的響應(yīng)優(yōu)先級別。 2 GPIO外部中斷 STM32中，每一個GPIO都可以觸發(fā)一個外部中斷，但是，GPIO的中斷是以組位一個單位的，同組間的外部中斷同一時間只能使用一個。比如說，PA0，PB0，PC0，PD0，PE0，PF0，PG0這些為1組，如果我們使用PA0作為外部中斷源，那么別的就不能夠再使用了，在此情況下，我們智能使用類似于PB1，PC2這種末端序號不同的外部中斷源。每一組使用一個中斷標志EXTIx。EXTI0 – EXTI4這5個外部中斷有著自己的單獨的中斷響應(yīng)函數(shù)，EXTI5-9共用一個中斷響應(yīng)函數(shù)，EXTI10-15共用一個中斷響應(yīng)函數(shù)。 對于中斷的控制，STM32有一個專用的管理機構(gòu)：NVIC。對于NVIC的詳細解釋，可以參考《ARM Cortex-M3權(quán)威指南》，Joseph Yiu著，宋巖譯，北京航空航天大學出版社出版，第8章NVIC與中斷控制。中斷的使能，掛起，優(yōu)先級，活動等等部都是NVIC在管理的。因為我學習STM32重點在于如何開發(fā)程序，所以內(nèi)部的一些東西，在此我就不詳細說明了，有感興趣的可以參看上面提到的那本數(shù)。 3 程序開發(fā) 其實上面那些基本概念和知識只是對STM32的中斷系統(tǒng)有一個大概的認識，用程序說話將會更能夠加深如何使用中斷。使用外部中斷的基本步驟如下： 1. 設(shè)置好相應(yīng)的時鐘； 2. 設(shè)置相應(yīng)的中斷； 3. IO口初始化； 4. 把相應(yīng)的IO口設(shè)置為中斷線路（要在設(shè)置外部中斷之前）并初始化； 5. 在選擇的中斷通道的響應(yīng)函數(shù)中中斷函數(shù)。
由于我用的奮斗開發(fā)板沒有引出相應(yīng)的芯片引腳，所以只能用按鍵來觸發(fā)相應(yīng)的中斷。根據(jù)原理圖，K1/K2/K3連接的是PC5/PC2/PC3，因此我將用EXTI5/EXTI2/EXTI3三個外部中斷。PB5/PD6/PD3分別連接了三個LED燈。中斷的效果是按下按鍵，相應(yīng)的LED燈將會被點亮。
1. 設(shè)置相應(yīng)的時鐘 首先需要打開GPIOB、GPIOC和GPIOE（因為按鍵另外一端連接的是PE口）。然后由于是要用于觸發(fā)中斷，所以還需要打開GPIO復(fù)用的時鐘。相應(yīng)的函數(shù)在GPIO的學習筆記中有了詳細了解釋。詳細代碼如下： void RCC_cfg() { //打開PE PD PC PB端口時鐘，并且打開復(fù)用時鐘 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOE | RCC_APB2Periph_GPIOC| RCC_APB2Periph_GPIOD | RCC_APB2Periph_GPIOB |RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE); } 設(shè)置相應(yīng)的時鐘所需要的RCC函數(shù)在stm32f10x_rcc.c中，所以要在工程中添加此文件。
2. 設(shè)置好相應(yīng)的中斷 設(shè)置相應(yīng)的中斷實際上就是設(shè)置NVIC，在STM32的固件庫中有一個結(jié)構(gòu)體NVIC_InitTypeDef，里面有相應(yīng)的標志位設(shè)置，然后再用NVIC_Init()函數(shù)進行初始化。詳細代碼如下： void NVIC_cfg() { NVIC_InitTypeDefNVIC_InitStructure; NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); //選擇中斷分組2
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel =EXTI2_IRQChannel; //選擇中斷通道2 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;//搶占式中斷優(yōu)先級設(shè)置為0 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority= 0; //響應(yīng)式中斷優(yōu)先級設(shè)置為0 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd= ENABLE; //使能中斷 NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel= EXTI3_IRQChannel; //選擇中斷通道3 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority= 1; //搶占式中斷優(yōu)先級設(shè)置為1 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority= 1; //響應(yīng)式中斷優(yōu)先級設(shè)置為1 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd= ENABLE; //使能中斷 NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel= EXTI9_5_IRQChannel; //選擇中斷通道5 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority= 2; //搶占式中斷優(yōu)先級設(shè)置為2 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority= 2; //響應(yīng)式中斷優(yōu)先級設(shè)置為2 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd= ENABLE; //使能中斷 NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); }
由于有3個中斷，因此根據(jù)前文所述，需要有3個bit來指定搶占優(yōu)先級，所以選擇第2組。又由于EXTI5-9共用一個中斷響應(yīng)函數(shù)，所以EXTI5選擇的中斷通道是EXTI9_5_IRQChannel，詳細信息可以在頭文件中查詢得到。用到的NVIC相關(guān)的庫函數(shù)在stm32f10x_nivc.c中，需要將此文件復(fù)制并添加到工程中。具體位置可以查看關(guān)于GPIO的筆記。這段代碼編譯起來沒有任何問題，但是在鏈接的時候就會報錯，需要把STM32F10xR.LIB加入工程中，具體位置在…KeilARMRV31LIBSTSTM32F10xR.LIB。
3. IO口初始化 void IO_cfg() { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2; //選擇引腳2 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; //輸出頻率最大50MHz GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //帶上拉電阻輸出 GPIO_Init(GPIOE,&GPIO_InitStructure); GPIO_ResetBits(GPIOE,GPIO_Pin_2); //將PE.2引腳設(shè)置為低電平輸出
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2 | GPIO_Pin_3 | GPIO_Pin_5;//選擇引腳2 3 5 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;//選擇輸入模式為浮空輸入 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; //輸出頻率最大50MHz GPIO_Init(GPIOC,&GPIO_InitStructure); //設(shè)置PC.2/PC.3/PC.5
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_3 | GPIO_Pin_6; //選擇引腳3 6 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; //輸出頻率最大50MHz GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //帶上拉電阻輸出 GPIO_Init(GPIOD,&GPIO_InitStructure);
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5; //選擇引腳5 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; //輸出頻率最大50MHz GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //帶上拉電阻輸出 GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure); } 其中連接外部中斷的引腳需要設(shè)置為輸入狀態(tài)，而連接LED的引腳需要設(shè)置為輸出狀態(tài)，初始化PE.2是為了使得按鍵的另外一端輸出低電平。GPIO中的函數(shù)在stm32f10x_gpio.c中。
4. 把相應(yīng)的IO口設(shè)置為中斷線路 由于GPIO并不是專用的中斷引腳，因此在用GPIO來觸發(fā)外部中斷的時候需要設(shè)置將GPIO相應(yīng)的引腳和中斷線連接起來，具體代碼如下： void EXTI_cfg() { EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStructure; //清空中斷標志 EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line2); EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line3); EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line5);
//選擇中斷管腳PC.2 PC.3 PC.5 GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOC,GPIO_PinSource2); GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOC,GPIO_PinSource3); GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOC,GPIO_PinSource5);
EXTI_InitStructure.EXTI_Line = EXTI_Line2 | EXTI_Line3 |EXTI_Line5; //選擇中斷線路2 3 5 EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;//設(shè)置為中斷請求，非事件請求 EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Rising_Falling;//設(shè)置中斷觸發(fā)方式為上下降沿觸發(fā) EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE; //外部中斷使能 EXTI_Init(&EXTI_InitStructure); } EXTI_cfg中需要調(diào)用到的函數(shù)都在stm32f10x_exti.c。
5. 寫中斷響應(yīng)函數(shù) STM32不像C51單片機那樣，可以用過interrupt關(guān)鍵字來定義中斷響應(yīng)函數(shù)，STM32的中斷響應(yīng)函數(shù)接口存在中斷向量表中，是由啟動代碼給出的。默認的中斷響應(yīng)函數(shù)在stm32f10x_it.c中。因此我們需要把這個文件加入到工程中來。 在這個文件中，我們發(fā)現(xiàn)，很多函數(shù)都是只有一個函數(shù)名，并沒有函數(shù)體。我們找到EXTI2_IRQHandler()這個函數(shù)，這就是EXTI2中斷響應(yīng)的函數(shù)。我的目標是將LED燈點亮，所以函數(shù)體其實很簡單： void EXTI2_IRQHandler(void) { //點亮LED燈 GPIO_SetBits(GPIOD,GPIO_Pin_6); //清空中斷標志位，防止持續(xù)進入中斷 EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line2); }
voidEXTI3_IRQHandler(void) { GPIO_SetBits(GPIOD,GPIO_Pin_3); EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line3); }
voidEXTI9_5_IRQHandler(void) { GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);
EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line5); } 由于EXTI5-9是共用一個中斷響應(yīng)函數(shù)，因此所有的EXTI5 – EXTI9的響應(yīng)函數(shù)都寫在這個里面。
6. 寫主函數(shù) #include "stm32f10x_lib.h"
void RCC_cfg(); void IO_cfg(); void EXTI_cfg(); void NVIC_cfg();
int main() { RCC_cfg(); IO_cfg(); NVIC_cfg(); EXTI_cfg();
while(1); }
main函數(shù)前是函數(shù)聲明，main函數(shù)函數(shù)體中都是調(diào)用初始化配置函數(shù)，然后進入死循環(huán)，等待中斷響應(yīng)。
由于文中牽涉到很多庫函數(shù)，我們可以通過查找?guī)旌瘮?shù)說明文檔來了解相應(yīng)的函數(shù)有些什么作用，在《ARM®-based 32-bit MCU STM32F101xx and STM32F103xx firmwarelibrary》中。網(wǎng)上也有中文版的說明文檔可供參考。
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