STM32(五)- NVIC与EXTI

旧街凉风 提交于 2020-10-31 06:40:11

一、NVIC

                       中断结构框图

向量表

中断类型:

(1)系统异常,体现在内核水平

(2)外部中断,体现在外设水平

NVIC:嵌套向量中断控制器,控制整个芯片中断相关的功能,跟内核紧密耦合管理包括内核和片上所有外设的中断相关功能。内核外设。各芯片厂商在设计芯片是会对Cortex-M3内核里面的NVIC进行裁剪,去掉不需要部分,STM32的NVIC是Contex-M3d NVIC的一个子集。

两个重要库文件:core_cm3.h(内核外设的寄存器定义)和misc.h

 1 typedef struct
 2 {
 3   __IO uint32_t ISER[8];                      /*!< Offset: 0x000  Interrupt Set Enable Register/中断使能寄存器 */
 4        uint32_t RESERVED0[24];                                   
 5   __IO uint32_t ICER[8];                      /*!< Offset: 0x080  Interrupt Clear Enable Register/中断清除寄存器 */
 6        uint32_t RSERVED1[24];                                    
 7   __IO uint32_t ISPR[8];                      /*!< Offset: 0x100  Interrupt Set Pending Register/中断使能悬起寄存器 */
 8        uint32_t RESERVED2[24];                                   
 9   __IO uint32_t ICPR[8];                      /*!< Offset: 0x180  Interrupt Clear Pending Register/中断清除悬起寄存器 */
10        uint32_t RESERVED3[24];                                   
11   __IO uint32_t IABR[8];                      /*!< Offset: 0x200  Interrupt Active bit Register/中断有效位寄存器           */
12        uint32_t RESERVED4[56];                                   
13   __IO uint8_t  IP[240];                      /*!< Offset: 0x300  Interrupt Priority Register (8Bit wide)/中断优先级寄存器(8位) */
14        uint32_t RESERVED5[644];                                  
15   __IO  uint32_t STIR;                         /*!< Offset: 0xE00  Software Trigger Interrupt Register/软件触发中断寄存器 */
16 }  NVIC_Type;

 注:配置中断时,一般只用ISER(使能中断)、ICER(失能中断)、IP(设置中断优先级)

 优先级和优先级分组

中断优先级分组库函数

优先级分组真值表

中断编程

 配置每个中断时,一般有三个编程要点:

1、使能某个外设中断,这个具体由每个外设的相关中断使能位控制。参照中断向量表配置

2、初始化NVIC_InitTypeDef结构体,配置中断源,配置中断优先级分组,设置抢占优先级和子优先级,使能中断请求。NVIC_InitTypeDef结构体在固件库头文件misc.h中定义。

NVIC_InitTypeDef结构体成员变量分析:

(1)NVIC_IRQChannel:配置中断源,不同中断的中断源是不一样的。参考stm32f10x.h头文件里的IRQn_Type结构体定义,该结构体包含了所有的中断源。

 1 typedef enum IRQn
 2 {
 3 /******  Cortex-M3 Processor Exceptions Numbers ***************************************************/
 4   NonMaskableInt_IRQn         = -14,    /*!< 2 Non Maskable Interrupt                             */
 5   MemoryManagement_IRQn       = -12,    /*!< 4 Cortex-M3 Memory Management Interrupt              */
 6   BusFault_IRQn               = -11,    /*!< 5 Cortex-M3 Bus Fault Interrupt                      */
 7   UsageFault_IRQn             = -10,    /*!< 6 Cortex-M3 Usage Fault Interrupt                    */
 8   SVCall_IRQn                 = -5,     /*!< 11 Cortex-M3 SV Call Interrupt                       */
 9   DebugMonitor_IRQn           = -4,     /*!< 12 Cortex-M3 Debug Monitor Interrupt                 */
10   PendSV_IRQn                 = -2,     /*!< 14 Cortex-M3 Pend SV Interrupt                       */
11   SysTick_IRQn                = -1,     /*!< 15 Cortex-M3 System Tick Interrupt                   */
12 
13 /******  STM32 specific Interrupt Numbers *********************************************************/
14   WWDG_IRQn                   = 0,      /*!< Window WatchDog Interrupt                            */
15   PVD_IRQn                    = 1,      /*!< PVD through EXTI Line detection Interrupt            */
16   TAMPER_IRQn                 = 2,      /*!< Tamper Interrupt                                     */
17   RTC_IRQn                    = 3,      /*!< RTC global Interrupt                                 */
18   FLASH_IRQn                  = 4,      /*!< FLASH global Interrupt                               */
19   RCC_IRQn                    = 5,      /*!< RCC global Interrupt                                 */
20   EXTI0_IRQn                  = 6,      /*!< EXTI Line0 Interrupt                                 */
21   EXTI1_IRQn                  = 7,      /*!< EXTI Line1 Interrupt                                 */
22   EXTI2_IRQn                  = 8,      /*!< EXTI Line2 Interrupt                                 */
23   EXTI3_IRQn                  = 9,      /*!< EXTI Line3 Interrupt                                 */
24   EXTI4_IRQn                  = 10,     /*!< EXTI Line4 Interrupt                                 */
25   DMA1_Channel1_IRQn          = 11,     /*!< DMA1 Channel 1 global Interrupt                      */
26   DMA1_Channel2_IRQn          = 12,     /*!< DMA1 Channel 2 global Interrupt                      */
27   DMA1_Channel3_IRQn          = 13,     /*!< DMA1 Channel 3 global Interrupt                      */
28   DMA1_Channel4_IRQn          = 14,     /*!< DMA1 Channel 4 global Interrupt                      */
29   DMA1_Channel5_IRQn          = 15,     /*!< DMA1 Channel 5 global Interrupt                      */
30   DMA1_Channel6_IRQn          = 16,     /*!< DMA1 Channel 6 global Interrupt                      */
31   DMA1_Channel7_IRQn          = 17,     /*!< DMA1 Channel 7 global Interrupt                      */
32 #ifdef STM32F10X_HD
33   ADC1_2_IRQn                 = 18,     /*!< ADC1 and ADC2 global Interrupt                       */
34   USB_HP_CAN1_TX_IRQn         = 19,     /*!< USB Device High Priority or CAN1 TX Interrupts       */
35   USB_LP_CAN1_RX0_IRQn        = 20,     /*!< USB Device Low Priority or CAN1 RX0 Interrupts       */
36   CAN1_RX1_IRQn               = 21,     /*!< CAN1 RX1 Interrupt                                   */
37   CAN1_SCE_IRQn               = 22,     /*!< CAN1 SCE Interrupt                                   */
38   EXTI9_5_IRQn                = 23,     /*!< External Line[9:5] Interrupts                        */
39   TIM1_BRK_IRQn               = 24,     /*!< TIM1 Break Interrupt                                 */
40   TIM1_UP_IRQn                = 25,     /*!< TIM1 Update Interrupt                                */
41   TIM1_TRG_COM_IRQn           = 26,     /*!< TIM1 Trigger and Commutation Interrupt               */
42   TIM1_CC_IRQn                = 27,     /*!< TIM1 Capture Compare Interrupt                       */
43   TIM2_IRQn                   = 28,     /*!< TIM2 global Interrupt                                */
44   TIM3_IRQn                   = 29,     /*!< TIM3 global Interrupt                                */
45   TIM4_IRQn                   = 30,     /*!< TIM4 global Interrupt                                */
46   I2C1_EV_IRQn                = 31,     /*!< I2C1 Event Interrupt                                 */
47   I2C1_ER_IRQn                = 32,     /*!< I2C1 Error Interrupt                                 */
48   I2C2_EV_IRQn                = 33,     /*!< I2C2 Event Interrupt                                 */
49   I2C2_ER_IRQn                = 34,     /*!< I2C2 Error Interrupt                                 */
50   SPI1_IRQn                   = 35,     /*!< SPI1 global Interrupt                                */
51   SPI2_IRQn                   = 36,     /*!< SPI2 global Interrupt                                */
52   USART1_IRQn                 = 37,     /*!< USART1 global Interrupt                              */
53   USART2_IRQn                 = 38,     /*!< USART2 global Interrupt                              */
54   USART3_IRQn                 = 39,     /*!< USART3 global Interrupt                              */
55   EXTI15_10_IRQn              = 40,     /*!< External Line[15:10] Interrupts                      */
56   RTCAlarm_IRQn               = 41,     /*!< RTC Alarm through EXTI Line Interrupt                */
57   USBWakeUp_IRQn              = 42,     /*!< USB Device WakeUp from suspend through EXTI Line Interrupt */
58   TIM8_BRK_IRQn               = 43,     /*!< TIM8 Break Interrupt                                 */
59   TIM8_UP_IRQn                = 44,     /*!< TIM8 Update Interrupt                                */
60   TIM8_TRG_COM_IRQn           = 45,     /*!< TIM8 Trigger and Commutation Interrupt               */
61   TIM8_CC_IRQn                = 46,     /*!< TIM8 Capture Compare Interrupt                       */
62   ADC3_IRQn                   = 47,     /*!< ADC3 global Interrupt                                */
63   FSMC_IRQn                   = 48,     /*!< FSMC global Interrupt                                */
64   SDIO_IRQn                   = 49,     /*!< SDIO global Interrupt                                */
65   TIM5_IRQn                   = 50,     /*!< TIM5 global Interrupt                                */
66   SPI3_IRQn                   = 51,     /*!< SPI3 global Interrupt                                */
67   UART4_IRQn                  = 52,     /*!< UART4 global Interrupt                               */
68   UART5_IRQn                  = 53,     /*!< UART5 global Interrupt                               */
69   TIM6_IRQn                   = 54,     /*!< TIM6 global Interrupt                                */
70   TIM7_IRQn                   = 55,     /*!< TIM7 global Interrupt                                */
71   DMA2_Channel1_IRQn          = 56,     /*!< DMA2 Channel 1 global Interrupt                      */
72   DMA2_Channel2_IRQn          = 57,     /*!< DMA2 Channel 2 global Interrupt                      */
73   DMA2_Channel3_IRQn          = 58,     /*!< DMA2 Channel 3 global Interrupt                      */
74   DMA2_Channel4_5_IRQn        = 59      /*!< DMA2 Channel 4 and Channel 5 global Interrupt        */
75 #endif /* STM32F10X_HD */  
76 } IRQn_Type;

(2)NVIC_IRQChannelPreemptionPriority:抢占优先级,具体的值要根据优先级分组来确定。

(3)NVIC_IRQChannelSubPriority:子优先级,具体的值要根据优先级分组来确定。

(4)NVIC_IRQChannelCmd:中断使能(ENABLE)或者失能(DISABLE)。操作的是NVIC_ISER和NVIC_ICER这两个寄存器。

 1 static void NVIC_Configuration(void)
 2 {
 3 NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
 4 NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1);          /* 配置 NVIC 为优先级组 1 */
 5 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = KEY1_INT_EXTI_IRQ;  /* 配置中断源:按键 1 */
 6 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;/* 配置抢占优先级: 1 */
 7 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;       /* 配置子优先级: 1 */
 8 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;          /* 使能中断通道 */
 9 NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
10 }

 3、编写中断服务函数

在启动文件 startup_stm32f10x_hd.s 中预先为每个中断都写了一个中断服务函数,只是这些中断函数都是为空,为的只是初始化中断向量表。实际的中断服务函数都需要我们重新编写, 为了方便管理我们把中断服务函数统一写在 stm32f10x_it.c 这个库文件中。关于中断服务函数的函数名必须跟启动文件里面预先设置的一样,如果写错,系统就在中断向量表中找不到中断服务函数的入口,直接跳转到启动文件里面预先写好的空函数,并且在里面无限循环,实现不了中断。 

 二、EXTI

EXTIExternal interrupt/event controller) —外部中断/事件控制器, 管理了控制器的 20
个中断/事件线。每个中断/事件线都对应有一个边沿检测器,可以实现输入信号的上升沿
检测和下降沿的检测。 EXTI 可以实现对每个中断/事件线进行单独配置,可以单独配置为
中断或者事件,以及触发事件的属性。

注:EXTI实际上主要就是为GPIO(PX0~PX15(X=A B C D E F G H I))服务的,除此之外还有PVD输出、RTC闹钟事件、USB唤醒事件、以太网唤醒事件(只适合互联型)

                                                                 EXTI功能图

注:20个信号线路与EXTI的20个中断/事件线是对应的。EXTI两大功能:(1)产生中断(2)产生事件

红色虚线:

编号1是输入线输入线通过寄存器可设置为任意一个 GPIO,也可以是一些外设的事件,输入线一般是存在电平变化的信号。

编号2 是一个边沿检测电路,它会根据上升沿触发选择寄存器(EXTI_RTSR)下降沿触发选择寄存器(EXTI_FTSR)对应位的设置来控制信号触发。

边沿检测电路以输入线作为信号输入端,如果检测到有边沿跳变就输出有效信号 1(逻辑1) 给编号 3 电路,否则输出无效信号0(逻辑0)

编号 3 电路实际就是一个或门电路,一个输入来自编号 2 电路,另外一个输入来自软件中断事件寄存器(EXTI_SWIER)EXTI_SWIER 允许

我们通过程序控制就可以启动中/事件线。这两个输入随便一个信号为有效信号 1就可以输出 1 给编号 4 和编号 6 电路。

编号 4 电路是一个与门电路,一个输入是编号 3 电路,另外一个输入来自中断屏蔽寄存器(EXTI_IMR)如果 EXTI_IMR 设置为 1 时,最终编号 4 电路

输出的信号才由编号 3 电路的输出信号决定,这样我们可以简单的控制 EXTI_IMR来实现是否产生中断的目的。编号 4 电路输出的信号会被保存到

挂起寄存器(EXTI_PR)内,如果确定编号 4 电路输出为 1 就会把 EXTI_PR 对应位置 1

编号 5 是将 EXTI_PR 寄存器内容输出到 NVIC 内,从而实现系统中断事件控制。

绿色虚线:(它是一个产生事件的线路,最终输出一个脉冲信号)

产生事件线路是在编号 3 电路之后与中断线路有所不同,之前电路都是共用的。

编号6 电路是一个与门,一个输入来自编号 3 电路,另外一个输入来自事件屏蔽寄存器(EXTI_EMR)如果EXTI_EMR 设置为 1 时,最终编号 6 电路输出的信号

才由编号 3 电路的输出信号决定,这样我们可以简单的控制 EXTI_EMR 来实现是否产生事件的目的。

编号 7 是一个脉冲发生器电路,当编号 6 电路输出一个有效信号 1 时就会产生一个脉冲。

编号 8 是一个脉冲信号,产生事件的线路的最终产物,这个脉冲信号可以给其他外设电路使用,比如定时器 TIM、模拟数字转换器 ADC 等,这样的脉冲信号一般用来触发 TIM 或者 ADC 开始转换。

小结:产生中断的线路(红色)目的是把输入信号输入到 NVIC,进一步运行中断服务函数,实现功能,这是软件级的。

而产生事件线路(绿色)目的就是传输一个脉冲信号给其他外设使用,是电路级别的信号传输,属于硬件级的。

除此还需注意EXTI是挂在APB2总线上的。 

 

EXTI有20个中断/事件线,GPIO设置为输入线占用16根线EXTI0~EXTI15,还有4根线用于特定的外设事件(由外设触发)。

 

输入源选择,以EXTI0为例,EXTI0可以通过APIO的外部中断配置寄存器1(AFIO_EXTICR1)的EXTI0[3:0]为选择配置为PA0、PB0、PC0、PD0、PE0、PF0、PG0、PH0、PI0。

EXTI初始化结构体

标准库函数对每个外设都建立了一个初始化结构体,EXTI对应为EXTI_InitTypeDef,结构体成员用于设置外设工作参数(配置外设相应的寄存器),并由外设初始化配置函数调用。

初始化结构体定义在 stm32f10x_exti.h 文件中,初始化库函数定义在 stm32f10x_exti.c 文件中,编程时我们可以结合这两个文件内注释使用。 

EXTI_InitTypeDef成员变量分析:

(1)EXTI_Line:EXTI中断/事件线选择。

(2)EXTI_Mode:EXTI模式选择,产生中断(EXTI_Mode_Interrupt)或者产生事件(EXTI_Mode_Event)。

(3)EXTI_Trigger:触发类型。EXTI 边沿触发事件,上升沿触发(EXTI_Trigger_Rising)、下降沿触发(EXTI_Trigger_Falling)、上升沿和下降沿都触发(EXTI_Trigger_Rising_Falling)。 

(4)EXTI_LineCmd:控制是否使能EXTI线,使能 EXTI 线(ENABLE)、禁用(DISABLE)。 

EXTI编程:

(1)初始化用来产生中断的GPIO。

(2)初始化EXTI。

(3)配置NVIC。

(4)编写中断服务函数。

 

 

 

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