STM32——EXTI外部中断：中断方式翻转LED灯

任务目的

使用EXTI（External Interrupt）外部中断方式, 通过中断服务函数对GPIO口进行控制, 使得LED灯可以进行亮灭翻转.

原理图分析

问题分析结束之后还是先来看原理图的分析. 
首先是LED灯部分:

由图中可知, 若要控制红灯(PB5), 则只需输出引脚输出为0(低电平)即可. 
然后再看下按键部分:

从图中可知, 按键未按时为低电平, 按下按键时为高电平. 符合下拉输入的逻辑.

EXTI外部中断

简介

外部中断指的是通过GPIO检测输入的脉冲变化,从而引起中断. 触发方式为边沿触发.

中断

笔者使用的STM32(F103VET6)单片机使用的是Cortex-M3内核,中断资源丰富. 
外部中断/事件控制器包含19个边沿检测器，用于产生中断/事件请求。每个中断线都可以独立地配置它的触发事件(上升沿或下降沿或双边沿)，并能够单独地被屏蔽；有一个挂起寄存器维持所有中断请求的状态。 EXTI可以检测到脉冲宽度小于内部APB2的时钟周期。多达112个通用I/O口连接到16个外部中断线. 
具体中断向量表不再列出, 详情请参照STM32中文参考手册(132/754). 
这里我们需要注意一下, 中断线有EXTI_Line0~EXTI_Line15共16条（其实还有四条，不再详细阐述，详情参照参考手册）, 但是中断向量只有EXTI0~EXTI4以及EXTI9_5, EXTI15_10共7个中断向量.使用时需注意这一点。

由上图可以发现，按键所在的PA0引脚处于EXTI_Line0中断线上，中断向量为EXTI0.

NVIC设置

说到中断，就不得不说到NVIC（Nested Vectored Interrupt Controller）嵌套向量中断控制器。因为STM32的中断十分丰富，所以NVIC的出现几乎是必然的。那么谈到NVIC，利用库函数开发的思想，就不难想到结构体的应用。NVIC的结构体定义如下：

typedef struct {
  uint8_t NVIC_IRQChannel;                    /*!< Specifies the IRQ channel to be enabled or disabled.
                                                   This parameter can be a value of @ref IRQn_Type 
                                                   (For the complete STM32 Devices IRQ Channels list, please
                                                    refer to stm32f10x.h file) */

  uint8_t NVIC_IRQChannelPreemptionPriority;  /*!< Specifies the pre-emption priority for the IRQ channel
                                                   specified in NVIC_IRQChannel. This parameter can be a value
                                                   between 0 and 15 as described in the table @ref NVIC_Priority_Table */

  uint8_t NVIC_IRQChannelSubPriority;         /*!< Specifies the subpriority level for the IRQ channel specified
                                                   in NVIC_IRQChannel. This parameter can be a value
                                                   between 0 and 15 as described in the table @ref NVIC_Priority_Table */

  FunctionalState NVIC_IRQChannelCmd;         /*!< Specifies whether the IRQ channel defined in NVIC_IRQChannel
                                                   will be enabled or disabled. 
                                                   This parameter can be set either to ENABLE or DISABLE */   } NVIC_InitTypeDef;123456789101112131415161718

NVIC的结构体共有三个成员，描述如下：

Tip：什么是抢占优先级和响应优先级

中断向量有两个属性：抢占属性和响应属性，属性编号越小，中断优先级级别越高。 
抢占优先级运用在中断嵌套之中，而响应优先级运用在中断响应处理方面。下面给出一个例子（参考自Fire的《STM32库开发实战指南》）： 
以下是三个中断向量：

当内核正在执行C的中断服务函数时，则它可以被抢占优先级更高的A打断，但不能被B打断。当B和C同时发生中断，则优先处理响应优先级较高的B中断的中断服务函数。

NVIC的优先级组

在配置中断优先级时，由于抢占优先级和响应优先级共同分配一个4位的二进制数，则一共可以有24=16 种中断优先级。但是其有5种不同的分配方式：

• 第 0 组： 所有 4 位用来配置响应优先级。即 16 种中断向量具有都不相同的响应优先级。

• 第 1 组：最高 1 位用来配置抢占优先级，低 3 位用来配置响应优先级。表示有 21=2 种级别的抢占优先级(0 级，1 级)，有 23=8 种响应优先级，即在 16 种中断向量之中，有8 种中断，其抢占优先级都为 0 级，而它们的响应优先级分别为 0~7，其余 8 种中断向量的抢占优先级则都为 1 级，响应优先级别分别为 0~7。

• 第 2 组：2 位用来配置抢占优先级，2 位用来配置响应优先级。即 22=4 种抢占优先级，22=4 种响应优先级。

• 第 3 组：高 3 位用来配置抢占优先级，最低 1 位用来配置响应优先级。即有 8 种抢占优先级，2 种响应 2 优先级。

• 第 4 组：所有 4 位用来配置抢占优先级，即 NVIC 配置的24=16 种中断向量都是只有抢占属性，没有响应属性。要配置这些优先级组，可以采用库函数 NVIC_PriorityGroupConfig()，可输入的参数为NVIC_PriorityGroup_0 ～ NVIC_PriorityGroup_4，分别为以上介绍的 5 种分配组。

更直观的图像版描述如下（其中的占先式优先级即抢占式优先级，副优先级即为响应优先级）：

NVIC结构体程序设置

static void NVIC_Configuration(void) {
    NVIC_InitTypeDef key_nvic;

    NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1);

    key_nvic.NVIC_IRQChannel = EXTI0_IRQn;
    key_nvic.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
    key_nvic.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;
    key_nvic.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
    NVIC_Init(&key_nvic);
}1234567891011

EXTI设置

前面说了好多NVIC的内容，终于写到了EXTI的处理内容。EXTI的设置核心也是结构体的设置。但是别忘了，由于外部中断依托于GPIO，所以也要同时设置GPIO的结构体成员。 
注意：外部中断在同一时间内只能响应一个中断.

结构体说明

EXTI的结构体定义如下：

typedef struct {
  uint32_t EXTI_Line;               /*!< Specifies the EXTI lines to be enabled or disabled.
                                         This parameter can be any combination of @ref EXTI_Lines */

  EXTIMode_TypeDef EXTI_Mode;       /*!< Specifies the mode for the EXTI lines.
                                         This parameter can be a value of @ref EXTIMode_TypeDef */

  EXTITrigger_TypeDef EXTI_Trigger; /*!< Specifies the trigger signal active edge for the EXTI lines.
                                         This parameter can be a value of @ref EXTIMode_TypeDef */

  FunctionalState EXTI_LineCmd;     /*!< Specifies the new state of the selected EXTI lines.
                                         This parameter can be set either to ENABLE or DISABLE */ }EXTI_InitTypeDef;12345678910111213

从中可以看出其共有4个结构体成员，描述如下表：

结构体编程

void key_exti(void) {
    GPIO_InitTypeDef key_struct;
    EXTI_InitTypeDef key_exti_struct;

    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);
    NVIC_Configuration();

    key_struct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPD;   // pull down input
    key_struct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
    GPIO_Init(GPIOA, &key_struct);

    GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOA, GPIO_PinSource0);
    key_exti_struct.EXTI_Line = EXTI_Line0;
    key_exti_struct.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;
    key_exti_struct.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Falling;
    key_exti_struct.EXTI_LineCmd = ENABLE;
    EXTI_Init(&key_exti_struct);

}12345678910111213141516171819

中断服务函数

中断服务函数的定义与51系列单片机不同。必须与规定的中断服务函数名相同。我们可以从启动文件startup_stm32f10x_hd.s中查询：

; External Interrupts
                DCD     WWDG_IRQHandler            ; Window Watchdog
                DCD     PVD_IRQHandler             ; PVD through EXTI Line detect
                DCD     TAMPER_IRQHandler          ; Tamper
                DCD     RTC_IRQHandler             ; RTC
                DCD     FLASH_IRQHandler           ; Flash
                DCD     RCC_IRQHandler             ; RCC
                DCD     EXTI0_IRQHandler           ; EXTI Line 0
                DCD     EXTI1_IRQHandler           ; EXTI Line 1
                DCD     EXTI2_IRQHandler           ; EXTI Line 2
                DCD     EXTI3_IRQHandler           ; EXTI Line 3
                DCD     EXTI4_IRQHandler           ; EXTI Line 4
                DCD     DMA1_Channel1_IRQHandler   ; DMA1 Channel 1
                DCD     DMA1_Channel2_IRQHandler   ; DMA1 Channel 2
                DCD     DMA1_Channel3_IRQHandler   ; DMA1 Channel 3
                DCD     DMA1_Channel4_IRQHandler   ; DMA1 Channel 4
                DCD     DMA1_Channel5_IRQHandler   ; DMA1 Channel 5
                DCD     DMA1_Channel6_IRQHandler   ; DMA1 Channel 6
                DCD     DMA1_Channel7_IRQHandler   ; DMA1 Channel 7
                DCD     ADC1_2_IRQHandler          ; ADC1 & ADC2
                DCD     USB_HP_CAN1_TX_IRQHandler  ; USB High Priority or CAN1 TX
                DCD     USB_LP_CAN1_RX0_IRQHandler ; USB Low  Priority or CAN1 RX0
                DCD     CAN1_RX1_IRQHandler        ; CAN1 RX1
                DCD     CAN1_SCE_IRQHandler        ; CAN1 SCE
                DCD     EXTI9_5_IRQHandler         ; EXTI Line 9..5
                DCD     TIM1_BRK_IRQHandler        ; TIM1 Break
                DCD     TIM1_UP_IRQHandler         ; TIM1 Update
                DCD     TIM1_TRG_COM_IRQHandler    ; TIM1 Trigger and Commutation
                DCD     TIM1_CC_IRQHandler         ; TIM1 Capture Compare
                DCD     TIM2_IRQHandler            ; TIM2
                DCD     TIM3_IRQHandler            ; TIM3
                DCD     TIM4_IRQHandler            ; TIM4
                DCD     I2C1_EV_IRQHandler         ; I2C1 Event
                DCD     I2C1_ER_IRQHandler         ; I2C1 Error
                DCD     I2C2_EV_IRQHandler         ; I2C2 Event
                DCD     I2C2_ER_IRQHandler         ; I2C2 Error
                DCD     SPI1_IRQHandler            ; SPI1
                DCD     SPI2_IRQHandler            ; SPI2
                DCD     USART1_IRQHandler          ; USART1
                DCD     USART2_IRQHandler          ; USART2
                DCD     USART3_IRQHandler          ; USART3
                DCD     EXTI15_10_IRQHandler       ; EXTI Line 15..10
                DCD     RTCAlarm_IRQHandler        ; RTC Alarm through EXTI Line
                DCD     USBWakeUp_IRQHandler       ; USB Wakeup from suspend
                DCD     TIM8_BRK_IRQHandler        ; TIM8 Break
                DCD     TIM8_UP_IRQHandler         ; TIM8 Update
                DCD     TIM8_TRG_COM_IRQHandler    ; TIM8 Trigger and Commutation
                DCD     TIM8_CC_IRQHandler         ; TIM8 Capture Compare
                DCD     ADC3_IRQHandler            ; ADC3
                DCD     FSMC_IRQHandler            ; FSMC
                DCD     SDIO_IRQHandler            ; SDIO
                DCD     TIM5_IRQHandler            ; TIM5
                DCD     SPI3_IRQHandler            ; SPI3
                DCD     UART4_IRQHandler           ; UART4
                DCD     UART5_IRQHandler           ; UART5
                DCD     TIM6_IRQHandler            ; TIM6
                DCD     TIM7_IRQHandler            ; TIM7
                DCD     DMA2_Channel1_IRQHandler   ; DMA2 Channel1
                DCD     DMA2_Channel2_IRQHandler   ; DMA2 Channel2
                DCD     DMA2_Channel3_IRQHandler   ; DMA2 Channel3
                DCD     DMA2_Channel4_5_IRQHandler ; DMA2 Channel4 & Channel512345678910111213141516171819202122232425262728293031323334353637383940414243444546474849505152535455565758596061

查得本次中断服务函数的函数名为：EXTI0_IRQHandler。 
编写的中断服务函数为：

void EXTI0_IRQHandler(void) {    if (EXTI_GetITStatus(EXTI_Line0) != RESET) {
        led_toggle();    // LED状态翻转
        EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line0);
    }
}123456

主函数

int main()
{
    led_config();
    key_exti();    while (1);
}