第6章EXTI與開發(fā)實例6.1STM32F4中斷系統(tǒng)向量中斷控制器簡稱NVIC（NestedVectoredInterruptController），是Cortex-M4不可分離的一部分。NVIC與Cortex-M4內(nèi)核相輔相成，共同完成對中斷的響應(yīng)。NVIC的寄存器以存儲器映射的方式訪問，除了包含控制寄存器和中斷處理的控制邏輯之外，NVIC還包含了MPU、SysTick定時器及調(diào)試控制相關(guān)的寄存器。ArmCortex-M4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。6.1.1STM32F4嵌套向量中斷控制器NVIC每個外部中斷與NVIC中的下列寄存器中有關(guān)：（1）使能與除能寄存器（除能也就是平常所說的屏蔽）。（2）掛起與解掛寄存器。（3）優(yōu)先級寄存器。（4）活動狀態(tài)寄存器。另外，下列寄存器也對中斷處理有重大影響：（1）異常屏蔽寄存器（PRIMASK、FAULTMASK及BASEPRI）。（2）向量表偏移量寄存器。（3）軟件觸發(fā)中斷寄存器。（4）優(yōu)先級分組字段。中斷優(yōu)先級數(shù)值越小優(yōu)先級越高。STM32Cortex-M4中斷有搶占優(yōu)先級和響應(yīng)（亞或副）優(yōu)先級，均需設(shè)置。1. 何為搶占式優(yōu)先級（preemptionpriority）高搶占式優(yōu)先級的中斷事件會打斷當前的主程序／中斷程序運行，俗稱中斷嵌套。2. 何為響應(yīng)優(yōu)先級（subpriority）在搶占式優(yōu)先級相同的情況下，高響應(yīng)優(yōu)先級的中斷優(yōu)先被響應(yīng)。在搶占式優(yōu)先級相同的情況下，如果有低響應(yīng)優(yōu)先級中斷正在執(zhí)行，高響應(yīng)優(yōu)先級的中斷要等待已被響應(yīng)的低響應(yīng)優(yōu)先級中斷執(zhí)行結(jié)束后才能得到響應(yīng)（不能嵌套）。6.1.2STM32F4中斷優(yōu)先級3. 判斷中斷是否會被響應(yīng)的依據(jù)首先是搶占式優(yōu)先級，其次是響應(yīng)優(yōu)先級。搶占式優(yōu)先級決定是否會有中斷嵌套。4．優(yōu)先級沖突的處理高搶占優(yōu)先級中斷可在低搶占中斷處理中響應(yīng)，實現(xiàn)中斷嵌套。搶占優(yōu)先級相同時無嵌套，先處理先到或響應(yīng)優(yōu)先級高者，相同按表順序。5. STM32中對中斷優(yōu)先級的定義STM32的中斷有兩個優(yōu)先級的概念：搶占式優(yōu)先級和響應(yīng)優(yōu)先級，也把響應(yīng)優(yōu)先級稱作“亞優(yōu)先級”或“副優(yōu)先級”，每個中斷源都需要被指定為這兩種優(yōu)先級。（1）搶占式優(yōu)先級高搶占優(yōu)先級中斷能搶斷低優(yōu)先級中斷，實現(xiàn)中斷嵌套，優(yōu)先響應(yīng)。（2）副優(yōu)先級搶占級相同時，高副優(yōu)先級先響應(yīng)，低副優(yōu)先級中斷執(zhí)行完后才響應(yīng)，非搶斷。（3）優(yōu)先級沖突處理搶占優(yōu)先相同無嵌套，先處理先來或副優(yōu)先級高的，中斷表順序決定最終處理順序。因此，判斷中斷是否會被響應(yīng)的依據(jù)是，首先是看搶占式優(yōu)先級，其次是副優(yōu)先級。搶占式優(yōu)先級決定是否會有中斷嵌套；（4）STM32對中斷優(yōu)先級的定義STM32中指定中斷優(yōu)先級的寄存器位有4位，這4個寄存器位的分組方式如下：第0組，所有4位用于指定響應(yīng)優(yōu)先級。第1組，最高1位用于指定搶占式優(yōu)先級，最低3位用于指定響應(yīng)式優(yōu)先級。第2組，最高2位用于指定搶占式優(yōu)先級，最低2位用于指定響應(yīng)式優(yōu)先級。第3組，最高3位用于指定搶占式優(yōu)先級，最低1位用于指定響應(yīng)式優(yōu)先級。第4組，所有4位用于指定搶占式優(yōu)先級。優(yōu)先級分組方式所對應(yīng)的搶占式優(yōu)先級和響應(yīng)式優(yōu)先級寄存器位數(shù)和所表示的優(yōu)先級數(shù)如圖6-2所示。圖6-2STM32F4優(yōu)先級位數(shù)和級數(shù)分配圖中斷向量表是中斷系統(tǒng)中非常重要的概念。它是一塊存儲區(qū)域，通常位于存儲器的地址處，在這塊區(qū)域上按中斷號從小到大依次存放著所有中斷處理程序的入口地址。當某個中斷發(fā)生且未被屏蔽時，CPU會根據(jù)中斷號查找中斷向量表中的對應(yīng)項，獲取該中斷服務(wù)程序入口地址，隨后跳轉(zhuǎn)執(zhí)行該程序。這是STM32F4系列中斷處理的基本流程。STM32F4系列微控制器不同產(chǎn)品支持可屏蔽中斷的數(shù)量略有不同。6.1.3STM32F4中斷向量表STM32F407中斷服務(wù)函數(shù)在啟動文件startup_stm32f40x_xx.s預(yù)定義，命名為PPP_IRQHandler。用戶在stm32f40x_it.c中用C語言重定義，編譯鏈接時替代默認中斷服務(wù)程序。STM32F407的中斷服務(wù)函數(shù)具有以下特點：（1）預(yù)置弱定義屬性。啟動代碼中除復(fù)位程序外，中斷服務(wù)函數(shù)預(yù)置弱定義，用戶可同名替代。（2）全C實現(xiàn)。中斷服務(wù)程序全用C語言編寫，現(xiàn)場保護恢復(fù)由硬件自動完成，無需匯編“封皮”。6.1.4STM32F4中斷服務(wù)函數(shù)6.2STM32F4外部中斷／事件控制器EXTISTM32F407的EXTI有23個邊沿檢測器，每線獨立配置輸入類型和觸發(fā)邊沿（上、下或雙邊），且可獨立屏蔽，中斷請求由掛起寄存器保持。EXTI控制器的主要特性如下：（1）每個中斷／事件都有獨立的觸發(fā)和屏蔽。（2）每個中斷線都有專用的狀態(tài)位。（3）支持多達23個軟件的中斷／事件請求。（4）檢測脈沖寬度低于APB2時鐘寬度的外部信號。外部中斷/事件控制器由中斷屏蔽寄存器、請求掛起寄存器、軟件中斷／事件寄存器、上升沿觸發(fā)選擇寄存器、下降沿觸發(fā)選擇寄存器、事件屏蔽寄存器、邊沿檢測電路和脈沖發(fā)生器等部分構(gòu)成。外部中斷／事件控制器框圖如圖6-3所示。6.2.1STM32F4的EXTI內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖6-3STM32F407外部中斷／事件控制器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖EXTI有兩種功能：產(chǎn)生中斷請求和觸發(fā)事件。1. 外部中斷與事件輸入從圖6-3看，STM32F407EXTI共有23內(nèi)部信號線和23外部中斷/事件輸入線，編號EXTI0~EXTI22。EXTI0~EXTI15共16個輸入線由GPIO引腳選定，每個EXTI線只能被一個GPIO引腳綁定。EXTI0~EXTI4獨立ISR，EXTI5~EXTI9共用ISR，EXTI10~EXTI15共用ISR，需ISR內(nèi)判斷具體中斷線。另外7個EXTI線連接的不是某個實際的GPIO引腳，而是其他外設(shè)產(chǎn)生的事件信號。這7個EXTI線的中斷有單獨的ISR。（1）EXTI線16連接PVD輸出。（2）EXTI線17連接RTC鬧鐘事件。（3）EXTI線18連接USBOTGFS喚醒事件。（4）EXTI線19連接以太網(wǎng)喚醒事件。（5）EXTI線20連接USBOTGHS喚醒事件。（6）EXTI線21連接RTC入侵和時間戳事件。（7）EXTI線22連接RTC喚醒事件。另外，如果將STM32F407的I/O引腳映射為EXTI的外部中斷/事件輸入線，必須將該引腳設(shè)置為輸入模式。圖6-4STM32F407外部中斷/事件輸入線映像2. APB外設(shè)接口圖6-3上部的APB外設(shè)模塊接口是STM32F407微控制器每個功能模塊都有的部分，CPU通過這樣的接口訪問各個功能模塊。3. 邊沿檢測器EXTI中的邊沿檢測器共有23個，用來連接23個外部中斷／事件輸入線，是EXTI的主體部分。每個邊沿檢測器由邊沿檢測電路、控制寄存器、門電路和脈沖發(fā)生器等部分組成。STM32F407微控制器的外部中斷／事件控制器EXTI，具有以下主要特性：（1）每個外部中斷／事件輸入線都可以獨立地配置它的觸發(fā)事件（上升沿、下降沿或雙邊沿），并能夠單獨地被屏蔽。（2）每個外部中斷都有專用的標志位（請求掛起寄存器），保持著它的中斷請求。（3）可以將多達140個通用I/O引腳映射到16個外部中斷/事件輸入線上。（4）可以檢測脈沖寬度低于APB2時鐘寬度的外部信號。6.2.2STM32F4的EXTI主要特性6.3STM32F4中斷HAL驅(qū)動程序STM32中斷系統(tǒng)是通過一個嵌套向量中斷控制器（NVIC）進行中斷控制的，使用中斷要先對NVIC進行配置。STM32的HAL庫中提供了NVIC相關(guān)操作函數(shù)。STM32F4中斷管理相關(guān)驅(qū)動程序的頭文件是stm32f4xx_hal_cortex.h，其常用函數(shù)如表6-2所示。6.3.1中斷設(shè)置相關(guān)HAL驅(qū)動函數(shù)表6-2中斷管理常用函數(shù)表6-2中前面的3個函數(shù)用于STM32CubeMX自動生成的代碼，其他函數(shù)用于用戶代碼。幾個常用的函數(shù)詳細介紹如下。1. 函數(shù)HAL_NVIC_SetPriorityGrouping()函數(shù)HAL_NVIC_SetPriorityGrouping()用于設(shè)置優(yōu)先級分組策略，其函數(shù)原型定義如下：

voidHAL_NVIC_SetPriorityGrouping(uint32_tPriorityGroup)；其中，參數(shù)PriorityGroup是優(yōu)先級分組策略，可使用文件stm32f1xx_hal_cortex.h中定義的幾個宏定義常量，如下所示，它們表示不同的分組策略。#defineNVIC_PRIORITYGROUP_00x00000007U//0位用于搶占優(yōu)先級，4位用于次優(yōu)先級#defineNVIC_PRIORITYGROUP_10x00000006U//1位用于搶占優(yōu)先級，3位用于次優(yōu)先級#defineNVIC_PRIORITYGROUP_20x00000005U//2位用于搶占優(yōu)先級，2位用于次優(yōu)先級#defineNVIC_PRIORITYGROUP_30x00000004U//3位用于搶占優(yōu)先級，1位用于次優(yōu)先級#defineNVIC_PRIORITYGROUP_40x00000003U//4位用于搶占優(yōu)先級，0位用于次優(yōu)先級2. 函數(shù)HAL_NVIC_SetPriority()函數(shù)HAL_NVIC_SetPriority()用于設(shè)置某個中斷的搶占優(yōu)先級和次優(yōu)先級，其函數(shù)原型定義如下：voidHAL_NVIC_SetPrlorlty(IRQn_TypeIRQn,uint32_tPreemptprlority,uint32_tsubpriority);其中，參數(shù)IRQn是中斷的中斷號，為枚舉類型IRQn_Type。枚舉類型IROn_Type的定義在文件stm32F407xe.h中。在中斷操作的相關(guān)函數(shù)中，都用IRQn_Type類型的中斷號表示中斷，這個枚舉類型的部分定義如下：typedefenum{/******Cortex-M4處理器異常編號*******************************/NonMaskableInt_IRQn=-14,//NonMaskableInterruptMemoryManagement_IRQn=-12,//Cortex-M4MemoryManagementInterruptBusFault_IRQn=-11,//Cortex-M4BusFaultInterruptUsageFault_IRQn=-10,//Cortex-M4UsageFaultInterruptSVCa11_IRQn=-5,//Cortex-M4SVCallInterruptDebugMonitor_IRQn=-4,//Cortex-M4DebugMonitorInterruptPendSV_IRQn=-2,//Cortex-M4PendSVInterruptSysTick_IRQn=-1,//Cortex-M4SystemTickInterrupt/******TM32特定中斷編號******************************/WWDG_IRQn=0,//WindowWatchDogInterruptPVD_IRQn=1,//PVDthroughEXTILinedetectionInterruptEXTI0_IRQn=6,//EXTILineoInterruptEXTI1_IRQn=7,//EXTILinelInterruptEXTI2_IRQn=8,//EXTILine2InterruptRNG_IRQn=80,//RNGglobalInterruptFPU_IRQn=81.//FPUglobalinterrupt}IRQn_Type:由這個枚舉類型的定義代碼可以看到，其中斷號枚舉值就是在中斷名稱后面加了“＿IRQn”。例如，中斷號為0的窗口看門狗中斷WWDG，其中斷號枚舉值就是WWDG＿IRQ0函數(shù)中的另外兩個參數(shù)，PreemptPriority是搶占優(yōu)先級數(shù)值，SubPriority是次優(yōu)先級數(shù)值。3. 函數(shù)HAL＿NVIC＿EnableIRQ()函數(shù)HAL_NVIC_EnableIRQ()的功能是在NVIC控制器中開啟某個中斷，只有在NVIC中開啟某個中斷后，NVIC才會對這個中斷請求做出響應(yīng)，執(zhí)行相應(yīng)的ISR。其原型定義如下：voidHAL_NVIC_EnableIRQ(IRQn_TypeIRQn):其中，枚舉類型IRQn_Type的參數(shù)IRQn是中斷號的枚舉值。外部中斷相關(guān)函數(shù)的定義在文件stm32f4xx_hal_gpio.h中，函數(shù)列表如表6-3所示。6.3.2外部中斷相關(guān)HAL函數(shù)表6-3外部中斷相關(guān)函數(shù)1. 讀取和清除中斷標志在HAL庫中，以“_HAL”為前綴的都是宏函數(shù)。例如，函數(shù)_HAL_GPIO_EXTI_GET_IT()的定義如下:#define_HAL_GPIO_EXTI_GET_IT(_EXTI_LINE_)(EXTI->PR&(_EXTI_LINE_))它的功能就是檢查外部中斷掛起寄存器（EXTI_PR）中某個中斷線的掛起標志位是否置位。參數(shù)2. 在某個外部中斷線上產(chǎn)生軟中斷函數(shù)_HAL_GPIO_EXTI_GENERATE_SWIT()的功能是在某個中斷線上產(chǎn)生軟中斷，其定義如下：#define_HAL_GPIO_EXTI_GENERATE_SWIT(_EXTI_LINE_)(EXTI->SWIER|=(_EXTI_LINE_))它實際上就是將外部中斷的軟件中斷事件寄存器（EXTI_SWIER）中對應(yīng)于中斷線_EXTI_LINE_的位置1，通過軟件的方式產(chǎn)生某個外部中斷。3. 外部中斷ISR以及中斷處理回調(diào)函數(shù)對于0~15線的外部中斷，EXTI0~EXTI4有獨立的ISR，EXTI［9:5］共用一個ISR，EXTI［15:10］共用一個ISR。在啟用某個中斷后，在STM32CubeMX自動生成的中斷處理程序文件stm32f4xx_it.c中會生成ISR的代碼框架。這些外部中斷ISR的代碼都是一樣的。6.4STM32F4外部中斷設(shè)計流程STM32F4中斷設(shè)計包括三部分，即NVIC設(shè)置、中斷端口配置、中斷處理。使用庫函數(shù)配置外部中斷的步驟。（1）使能GPIO口時鐘，初始化GPIO口為輸入。首先，要使用GPIO口作為中斷輸入，所以要使能相應(yīng)的GPIO口時鐘。（2）設(shè)置GPIO口模式，觸發(fā)條件，開啟SYSCFG時鐘，設(shè)置GPIO口與中斷線的映射關(guān)系。該步驟如果使用標準庫，那么需要多個函數(shù)分步實現(xiàn)。而當使用HAL庫的時候，則都是在函數(shù)HAL_GPIO_Init中一次性完成的。例如要設(shè)置PA0連接中斷線0，并且為上升沿觸發(fā)，代碼為：GPIO_InitTypeDefGPIO_Initure;GPIO_Initure.Pin=GPIO_PIN_0;//PA0GPIO_Initure.Mode=GPIO_MODE_IT_RISING;//外部中斷，上升沿觸發(fā)GPIO_Initure.Pull=GPIO_PULLDOWN;//默認下拉

HAL_GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_Initure);（3）配置中斷優(yōu)先級（NVIC），并使能中斷。設(shè)置好中斷線和GPIO映射關(guān)系，然后又設(shè)置好了中斷的觸發(fā)模式等初始化參數(shù)。設(shè)置中斷線0的中斷優(yōu)先級并使能外部中斷0的方法為：HAL_NVIC_SetPriority(EXTI0_IRQn,2,0); //搶占優(yōu)先級為2，子優(yōu)先級為0HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI0_IRQn); //使能中斷線0（4）編寫中斷服務(wù)函數(shù)。配置完中斷優(yōu)先級之后，接著要做的就是編寫中斷服務(wù)函數(shù)。中斷服務(wù)函數(shù)的名字是在HAL庫中事先有定義的。這里需要說明一下，STM32F14的IO口外部中斷函數(shù)只有7個，分別為：voidEXTI0_IRQHandler();voidEXTI1_IRQHandler();voidEXTI2_IRQHandler();voidEXTI3_IRQHandler();voidEXTI4_IRQHandler();voidEXTI9_5_IRQHandler();voidEXTI15_10_IRQHandler();（5）編寫中斷處理回調(diào)函數(shù)HAL_GPIO_EXTI_Callback。在使用HAL庫的時候，也可以跟使用標準庫一樣，在中斷服務(wù)函數(shù)中編寫控制邏輯。6.5采用STM32CubeMX和HAL庫的外部中斷設(shè)計實例中斷在嵌入式應(yīng)用中占有非常重要的地位，幾乎每個控制器都有中斷功能。中斷對保證緊急事件在第一時間處理是非常重要的。設(shè)計使用外接的按鍵作為觸發(fā)源，使得控制器產(chǎn)生中斷，并在中斷服務(wù)函數(shù)中實現(xiàn)控制RGB彩燈的任務(wù)。外部中斷設(shè)計實例的硬件設(shè)計同按鍵的硬件設(shè)計，如圖5-48所示。在本實例中，我們根據(jù)圖5-48一個示例，通過按鍵控制LED，如下：（1）按下KEY1，LED變亮；再按下KEY1，LED變暗；（2）按下并彈開KEY2，LED變亮；再按下并彈開KEY2，LED變暗；6.5.1STM32F4外部中斷的硬件設(shè)計下面講述STM32F4外部中斷的軟件設(shè)計。1.通過STM32CubeMX新建工程通過STM32CubeMX新建工程的步驟如下：（1）新建文件夾

Demo目錄下新建文件夾EXTI，這是保存本章新建工程的文件夾。（2）新建STM32CubeMX工程在STM32CubeMX開發(fā)環(huán)境中新建工程。（3）選擇MCU或開發(fā)板CommercialPartNumber和MCUs/MPUsList選擇STM32F407ZGT6，選擇StartProject啟動工程。6.5.2STM32F4外部中斷的軟件設(shè)計（4）保存STM32CubeMX工程使用STM32CubeMX菜單File→SaveProject，保存工程。（5）生成報告使用STM32CubeMX菜單File→GenerateReport生成當前工程的報告文件。（6）配置MCU時鐘樹STM32CubeMXPinout&Configuration子頁面下，選擇SystemCore→RCC，HighSpeedClock（HSE）根據(jù)開發(fā)板實際情況，選擇Crystal/CeramicResonator（晶體/陶瓷晶振）。（7）配置MCU外設(shè)配置GPIO端口為EXTI模式如圖6-5所示圖6-5配置GPIO端口為EXTI模式配置完成后的GPIO端口頁面如圖6-6所示。圖6-6配置完成后的GPIO端口頁面切換到STM32CubeMXPinout&Configuration子頁面下選擇SystemCore→NVIC，修改PriorityGroup為2bitsforpre-emptionpriority（2位搶占優(yōu)先級），Enabled欄勾選EXTIline0interrupt和EXTIline[15:10]interrupts。修改PreemptionPriority（搶占優(yōu)先級）和SubPriority（子優(yōu)先級）如圖6-7所示。圖6-7NVIC配置頁面CodeGeneration頁面Selectforinitsequenceordering欄勾選EXTIline0interrupt和EXTIline[15:10]interrupts。NVICCodeGeneration配置頁面如圖6-8所示。圖6-8NVICCodeGeneration配置頁面（8）配置工程STM32CubeMXProjectManager子頁面Project欄下Toolchain/IDE選擇MDK-Arm，MinVersion選擇V5，可生成KeilMDK工程；選擇STM32CubeIDE，可生成STM32CubeIDE工程。（9）生成C代碼工程STM32CubeMX主頁面，單擊GENERATECODE按鈕生成C代碼工程。2.通過KeilMDK實現(xiàn)工程通過KeilMDK實現(xiàn)工程的步驟如下：（1）打開工程打開