STM32入门之旅（第四天）-------位带操作、中断

一、位带操作

1.意义

回想以前写51代码

P0 = 0x10; //将P0端口设置为0x10

P1_0=1; //将P1端口1号引脚设置为高电平

a = P2_2;         //获取P2端口2号引脚的电平

根据上述的方法，我们可以发现快速定位修改某个引脚的电平还有获取引脚的状态

GPIO_SetBits、GPIO_ResetBits操作IO口的性能没有达到极致，因为这些函数都需要进行现场保护和现场恢复的动作，比较耗时间，没有进行一步到位，使用位带操作则没有上述的烦恼，简单快速！

//位带操作,实现51类似的GPIO控制功能

//IO口操作宏定义

#define BITBAND(addr, bitnum) ((addr & 0xF0000000)+0x2000000+((addr &0xFFFFF)<<5)+(bitnum<<2)) 

#define MEM_ADDR(addr)  *((volatile unsigned long  *)(addr)) 

#define BIT_ADDR(addr, bitnum)   MEM_ADDR(BITBAND(addr, bitnum)) 

GPIO_SetBits(GPIOF,GPIO_Pin_9);

修改为

PFout(9)=1;

公式如下：

寄存器的位带别名 = 0x42000000 + （寄存器的地址- 0x40000000）*8*4 + 引脚编号*4

M4中，有两个地方实现了位带，一个是SRAM最低的1MB，一个是外设区最低1MB

1、外设区位带

ADDR = 0x42000000 + (A - 0x40000000) * 8 * 4 + n*4

2、SRAM区

ADDR = 0x22000000 + (A - 20000000) * 8 * 4 + n*4

统一公式#define BITBAND(addr, bitnum) ((addr & 0xF000 0000)+0x200 0000+((addr &0xFFFFF)<<5)+(bitnum<<2)) 

volatile关键字分析，往往应用在三种场合

1）多线程编程共享全局变量的时候，该全局变量要加上volatile进行修饰，让编译器不要优化该变量。

2）裸机编程的时候，某函数与中断服务函数共享全局变量的时候，该全局变量要加上volatile进行修饰，让编译器不要优化该变量

3）ARM定义寄存器的时候，寄存器是指向一个地址，要加上volatile进行修饰，让编译器不要优化该变量。

编译器不要优化该变量也就是不对该资源进行保护，让任何程序随时都可以对它修改。

加上volatile关键字生成的汇编代码会发生明显的变化，同样调用delay函数，灯的速度发生变化！

#include "stm32f4xx.h"

//使用结构体的初始化，可以增强代码的阅读性

static GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;

int main(void)

{

//获取GPIOF的ODR寄存器的地址

uint32_t PF_ODR_ADDR = GPIOF_BASE + 0x14;

//转换为别名地址

uint32_t *PF9_BitBand = (uint32_t *)(0x42000000+(PF_ODR_ADDR-0x40000000)*32+9*4);

/* GPIOF Peripheral clock enable，使能GPIOF端口工作，让GPIOF设备时钟使能（上电） */

RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOF, ENABLE);

/* 让PF9引脚设置为输出模式 */

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9; //GPIO哪一根引脚，当前是使用第9号引脚

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT; //设置PF9引脚为输出模式，具有输出高电平或低电平的功能

GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP; //推挽输出，让PF9引脚输出的电流更大[可选]

GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz; //PF9引脚工作的速度为100MHz，当前的频率可以是2MHz/25MHz/50MHz/100MHz，频率越高，对应的功耗就越高

GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL; //不需要上下拉电阻，如果发现PF9引脚需要更大的输出电流，可以使用上拉电阻，设置为GPIO_PuPd_UP，对应的功耗就越高

GPIO_Init(GPIOF, &GPIO_InitStructure);

while(1)

{

//点灯，PF9引脚为低电平

//GPIO_ResetBits(GPIOF,GPIO_Pin_9);

*PF9_BitBand=0;

//延时，灯亮一会儿

delay();

//灭灯，PF9引脚为高电平

//GPIO_SetBits(GPIOF,GPIO_Pin_9);

*PF9_BitBand=1;

//延时，灯灭一会儿

delay();

}

return 0;

}

二、M4的中断体系

嵌套向量中断控制寄存器

1、NVIC特性

无论是ARM Cortex M0/M3/M4 还是 ARM Cortex-A8/A53/A72/A73等等内核，都有NVIC。

STM32F405xx/07xx 和 STM32F415xx/17xx 具有 82 个可屏蔽（能够通过代码进行开和关中断）中断通道，10个不可屏蔽（无法通过代码关闭该中断）的中断，16 个可编程优先级。

向量vector意味就是中断源。

向量表，也就是中断源表。

2、外部中断/事件控制器 (EXTI)

多达 140 个 GPIO（STM32F405xx/07xx 和 STM32F415xx/17xx）通过以下方式连接到 16 个外部中断/事件线：

另外七根 EXTI 线连接方式如下：

● EXTI 线 16 连接到 PVD 输出

● EXTI 线 17 连接到 RTC 闹钟事件

● EXTI 线 18 连接到 USB OTG FS 唤醒事件

● EXTI 线 19 连接到以太网唤醒事件

● EXTI 线 20 连接到 USB OTG HS（在 FS 中配置）唤醒事件

● EXTI 线 21 连接到 RTC 入侵和时间戳事件

● EXTI 线 22 连接到 RTC 唤醒事件

3.库函数

a.选择对应的GPIO引脚连接到相应的中断控制线

   void SYSCFG_EXTILineConfig(uint8_t EXTI_PortSourceGPIOx, uint8_t EXTI_PinSourcex)

b.根据EXTI_InitTypeDef结构体进行外部中断控制线0初始化

    void EXTI_Init(EXTI_InitTypeDef* EXTI_InitStruct)

c.根据NVIC_InitTypeDef结构体对中断向量进行配置

   void NVIC_Init(NVIC_InitTypeDef* NVIC_InitStruct)

4、中断优先级

中断优先级的一个意义：出现多个中断同时触发，但是不能同时处理，所以先后顺序之分，要根据实际上的运行环境优先处理重要的中断。

a.概述

STM32对中断进行分组，共5组，组0~4。同时，对每个中断设置一个抢占优先级和一个响应优先级级。

函数原型如下：

/**

  * @brief  Configures the priority grouping: pre-emption priority and subpriority.

  * @param  NVIC_PriorityGroup: specifies the priority grouping bits length.

  *   This parameter can be one of the following values:

  *     @arg NVIC_PriorityGroup_0: 0 bits for pre-emption priority //没有抢占优先级

  *                                4 bits for subpriority //4位设置响应优先级

  *     @arg NVIC_PriorityGroup_1: 1 bits for pre-emption priority //1位抢占优先级，能设置2个中断抢占优先级

  *                                3 bits for subpriority //3位设置响应优先级

  *     @arg NVIC_PriorityGroup_2: 2 bits for pre-emption priority //2位抢占优先级，能设置4个中断抢占优先级

  *                                2 bits for subpriority //2位设置响应优先级

  *     @arg NVIC_PriorityGroup_3: 3 bits for pre-emption priority //3位抢占优先级，能设置8个中断抢占优先级

  *                                1 bits for subpriority //1位设置响应优先级

  *     @arg NVIC_PriorityGroup_4: 4 bits for pre-emption priority //4位抢占优先级，能设置16个中断抢占优先级

  *                                0 bits for subpriority //没有响应优先级

  * @note   When the NVIC_PriorityGroup_0 is selected, IRQ pre-emption is no more possible.

  *         The pending IRQ priority will be managed only by the subpriority.

  * @retval None

  */

void NVIC_PriorityGroupConfig(uint32_t NVIC_PriorityGroup)

只要开机初始化一次就可以了。

b.抢占优先级与响应优先级区别

1)高优先级的抢占优先级是可以打断正在进行的低抢占优先级中断的。

2)抢占优先级相同的中断，高响应优先级不可以打断低响应优先级的中断。

3)抢占优先级相同的中断，当两个中断同时发生的情况下，哪个响应优先级高，哪个先执行。

4)抢占优先级相同且响应优先级相同的中断，假如同时发生，会按照硬件内部固定的优先级执行，如下图。

5)无论是抢占优先级还是响应优先级，优先级数值越小，就代表优先级越高。

//GPIO初始化的结构体

static GPIO_InitTypeDef   GPIO_InitStructure;

static EXTI_InitTypeDef   EXTI_InitStructure;

static NVIC_InitTypeDef   NVIC_InitStructure;

void Exit_Init(void)

{

     /* Enable SYSCFG clock */

    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SYSCFG, ENABLE);

    /* Enable GPIOA clock */

    RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA, ENABLE);

    RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOE, ENABLE);

    /* Configure PA0 pin as input floating */

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;

    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN;

    GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;

    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN;

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2 | GPIO_Pin_3| GPIO_Pin_4 ;

    GPIO_Init(GPIOE, &GPIO_InitStructure);

    /* Connect EXTI Line0 to PA0 PE2 PE3 PE4pin */

    SYSCFG_EXTILineConfig(EXTI_PortSourceGPIOA, EXTI_PinSource0);

    SYSCFG_EXTILineConfig(EXTI_PortSourceGPIOE, EXTI_PinSource2);

    SYSCFG_EXTILineConfig(EXTI_PortSourceGPIOE, EXTI_PinSource3);

    SYSCFG_EXTILineConfig(EXTI_PortSourceGPIOE, EXTI_PinSource4);

    NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);

    /* Configure EXTI Line0 2 3 4 */

    EXTI_InitStructure.EXTI_Line = EXTI_Line0 | EXTI_Line2 | EXTI_Line3 | EXTI_Line4;

    EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;

    EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Rising;  

    EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE;

    EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);

    /* Enable and set EXTI Line0 Interrupt to the lowest priority */

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI0_IRQn;

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0x01;

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0x03;

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;

    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI2_IRQn;

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0x02;

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0x03;

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;

    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI3_IRQn;

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0x03;

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0x03;

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;

    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI4_IRQn;

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0x03;

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0x02;

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;

    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

}