STM32中断优先级相关概念与使用笔记

一、基本概念
1．ARM cortex_m3内核支持256个中断（16个内核+240外部）和可编程256级中断优先级的设置，与其相关的中断控制和中断优先级控制寄存器（NVIC、SYSTICK等）也都属于cortex_m3内核的部分。STM32采用了cortex_m3内核，所以这部分仍旧保留使用，但STM32并没有使用cortex_m3内核全部的东西（如内存保护单元MPU等），因此它的NVIC是cortex_m3内核的NVIC的子集。
2．STM32目前支持的中断共为84个（16个内核+68个外部），和16级可编程中断优先级的设置（仅使用中断优先级设置8bit中的高4位，见后面解释）。《参考最新101xx-107xx STM32 Reference manual, RM0008》。
3．以下主要对“外部中断通道”进行说明。
对于cortex_m3内核所支持的240个外部中断，我在这里使用了“中断通道”这个概念，因为尽管每个中断对应一个外围设备，但该外围设备通常具备若干个可以引起中断的中断源或中断事件。而该设备的所有的中断都只能通过该指定的“中断通道”向内核申请中断。因此，下面关于中断优先级的概念都是针对“中断通道”的。当该中断通道的优先级确定后，也就确定了该外围设备的中断优先级，并且该设备所能产生的所有类型的中断，都享有相同的通道中断优先级。至于该设备本身产生的多个中断的执行顺序，则取决于用户的中断服务程序。
4． STM32可以支持的68个外部中断通道，已经固定的分配给相应的外部设备。每个中断通道都具备自己的中断优先级控制字节PRI_n（8位，但在STM32中只使用4位，高4位有效），每4个通道的8位中断优先级控制字（PRI_n）构成一个32位的优先级寄存器（Priority Register）。68个通道的优先级控制字至少构成17个32位的优先级寄存器，它们是NVIC寄存器中的一个重要部分。
5．对于这4bit的中断优先级控制位还必须分成2组看：从高位开始，前面是定义抢先式优先级的位，后面用于定义子优先级。4bit的分组组合可以有以下几种形式：
编 号
分配情况
7
0:4
无抢先式优先级，16个子优先级
6
1:3
2个抢先式优先级，8个子优先级
5
2:2
4个抢先式优先级，4个子优先级
4
3:1
8个抢先式优先级，2个子优先级
3/2/1/0
4:0
16个抢先式优先级，无子优先级
6．在一个系统中，通常只使用上面5种分配情况的一种，具体采用哪一种，需要在初始化时写入到一个32位寄存器AIRC（Application Interrupt and Reset Control Register）
的第[10：8]这3个位中。这3个bit位有专门的称呼：PRIGROUP（具体写操作后面介绍）。比如你将0x05（即上表中的编号）写到AIRC的[10：8]中，那么也就规定了你的系统中只有4个抢先式优先级，相同的抢先式优先级下还可以有4个不同级别的子优先级。
7．AIRC中PRIGROUP的值规定了设置和确定每个外部中断通道优先级的格式。例如，在上面将0x05写入了AIRC中PRIGROUP，也就规定了当前系统中只能有4个抢先式优先级，相同的抢先式优先级下还可以有4个不同级别的子优先级，他们分别为：
位[7：6]
位[5：4]
位[3：0]
00
0号抢先优先级
00
0号子优先级
无效
01
1号抢先优先级
01
1号子优先级
无效
10
2号抢先优先级
10
2号子优先级
无效
11
3号抢先优先级
11
3号子优先级
无效
8．如果在你的系统中使用了TIME2（中断通道28）和EXTI0（中断通道6）两个中断，而TIME2中断必须优先响应，而且当系统在执行EXIT0中断服务时也必须打断（抢先、嵌套），就必须设置TIME2的抢先优先级比EXTI0的抢先优先级要高（数目小）。假定EXTI0为2号抢先优先级，那么TIME2就必须设置成0或1号抢先优先级。这些工作需要在AIRC中的PRIGROUP设置完成，确定了整个系统所具有的优先级个数后，再分别对每个中断通道（设备）进行设置。
9．具体优先级的确定和嵌套规则。ARM cortex_m3（STM32）规定
a/ 只能高抢先优先级的中断可以打断低抢先优先级的中断服务，构成中断嵌套。
b/ 当2（n）个相同抢先优先级的中断出现，它们之间不能构成中断嵌套，但STM32首先响应子优先级高的中断。
c/ 当2（n）个相同抢先优先级和相同子优先级的中断出现，STM32首先响应中断通道所对应的中断向量地址低的那个中断（见ROM0008，表52）。
具体一点：
0号抢先优先级的中断，可以打断任何中断抢先优先级为非0号的中断；1号抢先优先级的中断，可以打断任何中断抢先优先级为2、3、4号的中断；……；构成中断嵌套。
如果两个中断的抢先优先级相同，谁先出现，就先响应谁，不构成嵌套。如果一起出现（或挂在那里等待），就看它们2个谁的子优先级高了，如果子优先级也相同，就看它们的中断向量位置了。
10．上电Reset后，寄存器AIRC中PRIGROUP[10：8]的值为0（编号0），因此此时系统使用16个抢先优先级，无子优先级。另外由于所有外部中断通道的优先级控制字PRI_n也都是0，所以根据上面的定义可以得出，此时68个外部中断通道的抢先优先级都是0号，没有子优先级的区分。故此时不会发生任何的中断嵌套行为，谁也不能打断当前正在执行的中断服务。当多个中断出现后，则看它们的中断向量地址：地址越低，中断级别越高，STM32优先响应。
注意：此时内部中断的抢先优先级也都是0号，由于它们的中断向量地址比外部中断向量地址都低，所以它们的优先级比外部中断通道高，但如果此时正在执行一个外部中断服务，它们也必须排队等待，只是可以插队，当正在执行的中断完成后，它们可以优先得到执行。
了解以上基本概念还是不够的，还要了解具体中断的控制有那些途径，中断服务程序如何正确的编写。下面的描述主要以TIME2通道为例。
二、中断控制
1．对于STM32讲，外部中断通道位置28（35号优先级）是给外部设备TIME2的，但TIME2本身能够引起中断的中断源或事件有好多个，比如更新事件（上溢/下溢）、输入捕获、输出匹配、DMA申请等。所有TIME2的中断事件都是通过一个TIME2的中断通道向STM32内核提出中断申请，那么STM32中如何处理和控制TIME2和它众多的、不同的、中断申请呢？
（题外话：STM32中的一个通用定时计数器，就比8位控制器（如AVR，MCS-51就更不必说了）中TIME要复杂多了。学过AVR的，可能对输入捕获、输出匹配等还有概念，但如果你学的标准架构的MCS-51，那么上手32位可能困难就更多了。所以我一直推荐学习8位机应该认真的从AVR开始。尽管51有很大的市场，价格也相对便宜，但从长远的眼光看问题，从后续掌握32位的使用，考虑到学生的可持续发展，AVR应该是比较好的选择。）
2．cortex_m3内核对于每一个外部中断通道都有相应的控制字和控制位，用于单独的和总的控制该中断通道。它们包括有：