STM32学习笔记（2）外部中断

一、中断

1.什么是中断

操作系统需要管理外设，但是外设的速度远远低于CPU的速度，所以我们需要一种机制来弥补这种速度鸿沟，提高CPU的效率。

为此我们引入了中断机制，让外设在需要操作系统处理外设相关事件的时候，能够主动通知操作系统，即当CPU收到中断或者异常的事件时，打断操作系统和应用的正常执行，暂停执行当前的程序或任务，让操作系统完成外设的相关处理，在完成对这个事件的处理后，再恢复操作系统和应用的正常执行。

举个栗子，当你在读文章时忽然来了一个电话，你会先去接电话，等电话挂断后你又接着回来读文章，接电话这一过程就是执行中断。

正是由于中断机制，计算机系统才能有条不紊地“同时”完成多个任务，中断机制实质上帮助提高了并发“处理”能力。

2.名词区分

中断：处理器运行的一个状态，该状态会打断处理器当前正常的进程。

事件：就是事件，其可能触发中断。

中断事件：触发中断的事件。

举个栗子，一老师在教室里给学生们上课。课堂上的学生可能做出各种行为动作，比方做笔记、打哈气、翻书包、讲小话等，我们把这些行为统称为事件，其中有些行为老师往往只是视而不见，继续他的上课；而有些行为可能导致老师的上课中止，比方讲小话，并对学生的相关行为予以警告、批评或纠正等，然后继续上课。我们把老师因为学生的某些行为而中止授课，并产生后续动作，之后接着上课的这个过程理解为中断或中断响应。我们把可能导致老师上课中断的学生行为理解为中断事件。

结合上面，不难理解中断事件是一种可以导致中断发生的事件，中断则是因为中断事件的发生而导致的后续行为过程。事件与中断事件是包含关系，中断事件属于事件，即事件可分为中断事件或非中断事件，中断是中断事件发生的结果。

3.系统简介

STM32F103 是基于 Cortex‐M3处理器内核设计的，ST 公司（芯片制造商）在原有 CM3 内核基础上，添加了储如定时器、串口、DMA等外设，最终组合成一个STM32单片机。其中 CM3 内核是单片机（MCU）的核心，是单片机的中央处理单元（CPU）。

CM3 的所有中断机制都由 NVIC 实现。 CM3内核支持256个中断，16个内核中断，240个外部中断，并且拥有256级的可编程中断设置。但是STM32只用到了CM3内核的一部分，STM32有84个中断，包括16个内核中断和68个可屏蔽中断，具有16级可编程中断优先级。

STM32F103系列只有60个可屏蔽中断。

二、中断类型

中断包括内部中断和外部中断。

内部中断是通过数时钟脉冲所引起的中断，是不可屏蔽的中断。

外部中断就是通过外部信号所引起的中断，如通过判断引脚电平变化(高电平、低电平)、边沿变化(上升沿、下降沿)等。

1.定时器中断

STM32 的定时器功能十分强大，有 TIME1 和 TIME8 等高级定时器，也有 TIME2~TIME5 等通用定时器，还有 TIME6 和TIME7 等基本定时器。

定时器中断的用处

 1.时间切片，做操作系统时钟。

 2.硬件定时。如我们要做一个计时器就可以使用定时中断来做

 3.计数与目标计数。如检测计数产量计数动作计数等，不良超标提醒。

 4.外部中断扩展。

 5.脉冲发生器与脉冲计数器。如可同时控制几个步进电机。

 6.增强系统的实时性。

涉及知识较多，将专门写一篇文章介绍

2.串口中断

当发送寄存器中的数据被全部发送出去后，产生一个中断；当接受寄存器中的收满数据时，产生一个中断。

在这里中断的意义可以类比两个人搬运货物，当一个人把货物送给另一个人后，才能进行接下来的搬运。那如何判断货物是否被送出去了，就需要中断是否被执行来判断。

3.外部中断

STM32单片机的外部中断触发方式为边沿触发，即上升沿触发和下降沿触发。

STM32单片机的每一个GPIO都可以被设置为外部中断输入，根据引脚序号的不同可以将外部中断分为不同的组，分别为PA0-PG0为EXTI0组，以此类推，PA15-PG15为EXTI15组，共16组，并且每一组中同一个时刻只能有一个中断源工作，所以，STM32单片机最多允许同时有16个外部中断。

STM32F103 的中断控制器支持 19个外部中断/事件请求。每个中断设有状态位，每个中断/事件都有独立的触发和屏蔽设置。

STM32F103 的 19 个外部中断为：

EXTI 线 0~15：对应外部 IO 口的输入中断。

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 唤醒事件。

EXTI 线 19：连接到以太网唤醒事件。

STM32外部中断相关的寄存器

初始化GPIO时要用到如下寄存器：

APB2ENR:开启GPIO时钟和复用时钟

CRH：端口配置高寄存器

CRL：端口配置低寄存器

EXTICR[0]-EXTICR[3]：外部中断配置寄存器

IMR：中断屏蔽寄存器

EMR：事件屏蔽寄存器

FTSR：下降沿触发选择寄存器

RTSR：上升沿触发选择寄存器

三.NVIC

在介绍如何配置中断优先级之前，我们需要先了解下 NVIC。

NVIC 是嵌套向量中断控制器，控制着整个芯片中断相关的功能，它跟内核紧密耦合，是内核里面的一个外设。但是各个芯片厂商在设计芯片的时候会对 Cortex-M3 内核里面的 NVIC 进行裁剪，把不需要的部分去掉，所以说 STM32的 NVIC 是 Cortex-M3 的 NVIC 的一个子集。

四、中断优先级

1.优先级定义

在NVIC中有一个专门的寄存器：中断优先级寄存器NVIC_IPRx，用来配置外部中断的优先级，IPR宽度为8位，原则上每个外部中断可配置的优先级为0～255，数值越小，优先级越高。但是绝大多数CM3芯片都会精简设计，以致实际上支持的优先级数减少，在F103中，只使用了高4位。

用于表达优先级的这4bit，又被分成抢占优先级和子优先级两组。

如果有多个中断同时响应，抢占优先级高的就会先于抢占优先级低的，优先得到执行。

如果抢占优先级相同，就比较子优先级。

如果抢占优先级和子优先级都相同的话，就比较它们的硬件中断编号，编号越小，优先级越高。

2.抢占优先级和响应优先级的区别

高优先级的抢占优先级可以打断低抢占优先级的中断；而抢占优先级相同的中断，高优先级的响应优先级不可以打断低响应优先级的中断。

抢占优先级相同的中断，高响应优先级不能打断低响应优先级。

抢占优先级相同的中断，当中断同时发生时，响应级高的先执行。

抢占和响应优先级都一样则哪个中断先发生，则执行哪个。

表1

注意:一般优先级分组只设置一次，否则会出现中断管理混乱

五、配置外部中断（含CubeMX）

按键点灯实验

1.CubeMXSTM32外部中断配置步骤

1）晶振时钟等基础配置

2）NVIC

15和4bit那里有一定关系，和上方优先级那个表1有关3)引脚配置

有不同的模式，这里咱们选择上升沿

2.程序内 STM32外部中断实现步骤

1）使能 IO 口时钟。

2）调用函数 HAL_GPIO_Init 设置 IO 口模式，触发条件，初始化GPIO为输入。

3）使能 SYSCFG 时钟（开启复用时钟）以及设置 IO口与中断线的映射关系。

4）配置中断优先级（NVIC），并使能中断。

5）在中断服务函数中调用外部中断共用入口函数

HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler，设置触发条件。

6）编写外部中断回调函数 HAL_GPIO_EXTI_Callback（中断要做的事在此处执行）。

六、程序实现

在main.c中添加中断服务对象

/* USER CODE BEGIN 4 */

void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin)

{

if(GPIO_Pin == GPIO_PIN_3)

  {

HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC,GPIO_PIN_13);

  }

}

/* USER CODE END 4 */

注意:中断里不可以加延时HAL_Delay()，但可以用其他方法达到延时的效果