STM32F103系列单片机中断总结：概念和使用方法 |
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STM32F103系列单片机中断总结：概念和使用方法
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文章目录
前言一、中断の概念1.术语解释2.F103系列单片机的中断及其管理器
二、中断相关的寄存器及其设置方法三、配置中断的步骤及其库函数四、中断配置的模板总结
前言
随富随贫且欢乐，不开口笑是痴人。-----白居易
中断是学习单片机必须掌握的内容！正因为有了中断，单片机即使不搭载操作系统运行大型程序也一样的纵享丝滑。正因为有了中断，我们才能快速便捷的编写出有多线程那味儿的程序。STM32F103系列单片机中断非常强大，每个外设都可以产生中断，F103 在内核水平上搭载了一个中断响应系统， 支持为数众多的系统中断和外部中断。本文对其稍微总结一下下，包括其相关寄存器及其相应的库函数设置方法（了解即可），中断的设置步骤（掌握），最后给出一个模板给套。希望大家争取看一遍便会完全了解并使用。 一、中断の概念 1.术语解释单片机中断：指单片机处理程序运行中出现的“紧急事件”的整个过程，程序运行过程中，系统外部、系统内部或者现行程序本身若出现紧急事件，单片机立即中止现行程序的运行，自动转入相应的处理程序(中断服务程序)，待处理完后，再返回原来的程序运行，这整个过程称为程序中断。 中断可分为可屏蔽中断和不可屏蔽中断两类：可由程序控制其屏蔽的中断称为可屏蔽中断，屏蔽时，单片机将不接受中断（即不进入中断服务程序），反之，不能由程序控制其屏蔽，单片机一定要立即处理的中断称为不可屏蔽中断。 个人理解： 众所周知，学习过程中使用类比学习法，通过对比新知识和旧知识的区别和联系，可以加深印象。 其支持的系统中断有 8 个 ，外部中断有 60个，除了个别中断的优先级被定死外，其它中断的优先级都是可编程的。想知道所有的的系统中断和外部中断吗？那么请在标准库文件 stm32f10x.h 这个头文件查询IRQn_Type 这个枚举定义，里面包含了 F103 系列全部的中断声明。可以清楚地看到内核使用的，F103系列通用的中断号，再往下面便是不同容量的子产品特有的中断。 NVIC：嵌套向量中断控制器，控制着整个芯片中断相关的功能，是Cortex-M3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，即 STM32F103系列的 NVIC 是阉割过得。 二、中断相关的寄存器及其设置方法参看库文件 core_cm3.h ，找到NVIC_Type结构体，查看其封装的寄存器： typedef struct { __IO uint32_t ISER[8]; // 中断使能寄存器 uint32_t RESERVED0[24]; __IO uint32_t ICER[8]; // 中断清除寄存器 uint32_t RSERVED1[24]; __IO uint32_t ISPR[8]; // 中断使能悬起寄存器 uint32_t RESERVED2[24]; __IO uint32_t ICPR[8]; // 中断清除悬起寄存器 uint32_t RESERVED3[24]; __IO uint32_t IABR[8]; // 中断有效位寄存器 uint32_t RESERVED4[56]; __IO uint8_t IP[240]; // 中断优先级寄存器(8Bit wide) uint32_t RESERVED5[644]; __O uint32_t STIR; // 软件触发中断寄存器 } NVIC_Type;在配置中断的时候我们一般只用 ISER，ICER 和 IP 这三个寄存器， ISER 用来使能中断，ICER 用来失能中断，IP 用来设置中断优先级。 翻到固件库文件 core_cm3.h 的最后，看到了寄存器的设置方法，如下： void NVIC_EnableIRQ(IRQn_Type IRQn) 使能中断 void NVIC_DisableIRQ(IRQn_Type IRQn) 失能中断 void NVIC_SetPendingIRQ(IRQn_Type IRQn) 设置中断悬起位 void NVIC_ClearPendingIRQ(IRQn_Type IRQn) 清除中断悬起位 uint32_t NVIC_GetPendingIRQ(IRQn_Type IRQn) 获取悬起中断编号 void NVIC_SetPriority(IRQn_Type IRQn, uint32_t priority) 设置中断优先级 uint32_t NVIC_GetPriority(IRQn_Type IRQn) 获取中断优先级 void NVIC_SystemReset(void) 系统复位 中断优先级： 当同时有两个及以上的中断时，就必须设置中断优先级了，在 NVIC 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，其宽度为 8bit，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 4bit。 分成抢占优先级（主优先级）和子优先级。而且为了管理这用于表达优先级的这高4bit，于是又封装了一个优先级组，通过选择不同的组可以得到不同的优先级数目的比例，参看库文件misc.h： ============================================================================================================================ NVIC_PriorityGroup | NVIC_IRQChannelPreemptionPriority | NVIC_IRQChannelSubPriority | Description ============================================================================================================================ NVIC_PriorityGroup_0 | 0 | 0-15 | 0 bits for pre-emption priority | | | 4 bits for subpriority ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- NVIC_PriorityGroup_1 | 0-1 | 0-7 | 1 bits for pre-emption priority | | | 3 bits for subpriority ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- NVIC_PriorityGroup_2 | 0-3 | 0-3 | 2 bits for pre-emption priority | | | 2 bits for subpriority ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- NVIC_PriorityGroup_3 | 0-7 | 0-1 | 3 bits for pre-emption priority | | | 1 bits for subpriority ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- NVIC_PriorityGroup_4 | 0-15 | 0 | 4 bits for pre-emption priority | | | 0 bits for subpriority ============================================================================================================================显然，大多数时候， 人们都喜欢选择折中的，即 NVIC_PriorityGroup_2。 当有多个中断同时请求（注意是还没执行中断服务函数）时，抢占优先级（主优先级）高的就会先得到执行，如果抢占优先级（主优先级）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，就比较他们的硬件中断编号，编号越小，就越先响应。 中断嵌套： 假定在选定了优先级组后，在组里添加了两个中断，当单片机正在执行中断1的服务函数过程中，突然，又来一个中断2的请求，那么： 若中断2的主优先级比中断1的主优先级小，那么单片机暂停中断1的服务函数，进入中断2的服务函数，执行完之后，才返回中断1的服务函数。形成了所谓的嵌套。 若中断2的主优先级比中断1的主优先级大，那么就必须等待中断1的服务函数执行完毕才能响应中断2。不能形成嵌套。 三、配置中断的步骤及其库函数好了，如果前面不太彻底明白的话也没关系，搬砖的只需要记住在哪里搬，搬去哪里，怎么搬就行了，至于这块砖是怎么生产的就不需要了解了。进入正题 2、 初始化 NVIC_InitTypeDef 结构体，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。参看固件库文件 misc.h： typedef struct { uint8_t NVIC_IRQChannel; //用来设置中断源 uint8_t NVIC_IRQChannelPreemptionPriority; //抢占优先级（主优先级） uint8_t NVIC_IRQChannelSubPriority; //子优先级 FunctionalState NVIC_IRQChannelCmd; //中断使能（ ENABLE）或者失能（ DISABLE） } NVIC_InitTypeDef;此结构体配置完后，使用库函数 void NVIC_Init(NVIC_InitTypeDef* NVIC_InitStruct);配置NVIC。 3、 编写中断服务函数，在固件库启动文件 startup_stm32f10x_md.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： WWDG_IRQHandler PVD_IRQHandler TAMPER_IRQHandler RTC_IRQHandler FLASH_IRQHandler RCC_IRQHandler EXTI0_IRQHandler EXTI1_IRQHandler EXTI2_IRQHandler EXTI3_IRQHandler EXTI4_IRQHandler DMA1_Channel1_IRQHandler DMA1_Channel2_IRQHandler DMA1_Channel3_IRQHandler DMA1_Channel4_IRQHandler DMA1_Channel5_IRQHandler DMA1_Channel6_IRQHandler DMA1_Channel7_IRQHandler ADC1_2_IRQHandler USB_HP_CAN1_TX_IRQHandler USB_LP_CAN1_RX0_IRQHandler CAN1_RX1_IRQHandler CAN1_SCE_IRQHandler EXTI9_5_IRQHandler TIM1_BRK_IRQHandler TIM1_UP_IRQHandler TIM1_TRG_COM_IRQHandler TIM1_CC_IRQHandler TIM2_IRQHandler TIM3_IRQHandler TIM4_IRQHandler I2C1_EV_IRQHandler I2C1_ER_IRQHandler I2C2_EV_IRQHandler I2C2_ER_IRQHandler SPI1_IRQHandler SPI2_IRQHandler USART1_IRQHandler USART2_IRQHandler USART3_IRQHandler EXTI15_10_IRQHandler RTCAlarm_IRQHandler USBWakeUp_IRQHandler TIM8_BRK_IRQHandler TIM8_UP_IRQHandler TIM8_TRG_COM_IRQHandler TIM8_CC_IRQHandler ADC3_IRQHandler FSMC_IRQHandler SDIO_IRQHandler TIM5_IRQHandler SPI3_IRQHandler UART4_IRQHandler UART5_IRQHandler TIM6_IRQHandler TIM7_IRQHandler DMA2_Channel1_IRQHandler DMA2_Channel2_IRQHandler DMA2_Channel3_IRQHandler DMA2_Channel4_5_IRQHandler实际的中断服务函数都需要我们重新编写， 放在 stm32f10x_it.c 这个库文件中，可以看到那里面已经有了一些写好的系统中断的服务函数，我们只需跟着在文件末尾继续写就行了。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，实现不了中断。 注意：中断服务函数里不应该处理耗时的操作！ 4.使能外设的某个中断，具体由此外设的相关中断使能函数控制，在此外设的固件库文件找到函数原型： void xxx_ITConfig(xxx_TypeDef* xxx, uint16_t xxx_IT, FunctionalState NewState); 四、中断配置的模板这个中断配置函数放在自己的外设初始化相关的文件里，在外设引脚初始化后调用即可。 /** * @brief 配置嵌套向量中断控制器NVIC * @param 无 * @retval 无 */ static void NVIC_Configuration(void) { NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure; /* 配置NVIC为优先级组1 */ NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); /* 配置中断源：按键1 */ NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel =（中断源）; /* 配置抢占优先级 */ NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1; /* 配置子优先级 */ NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1; /* 使能中断通道 */ NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); }接下来这个中断服务函数需要放在stm32f10x_it.c里 /** * @brief 中断服务函数 * @param 无 * @retval 无 */ void (需要的外设名)_IRQHandler(void) { //确保是否产生了中断 if((需要的外设名)_GetITStatus(中断标志位) != RESET) { //TODO: /*别放置耗时间的操作！！！！!!！!*/ //清除中断标志位 (需要的外设名)_ClearITPendingBit(中断标志位); } }最后这条语句在外设初始完成后调用：（在外设的固件库找到具体的函数原型） xxx_ITConfig( xxx, xxx, ENABLE); 总结本文包括中断相关寄存器及其相应的库函数设置方法（了解即可），中断的设置步骤（掌握）。 最后问大家一个问题：什么条件下，孤立小系统里的时间可以倒流？ |
委托式事件模型见下图： 
委托式事件处理：我们通过为组件注册特定的事件监听器，当发生事件后，组件就可以由自己动态解决发生的事件，然后把大量的组件有机的组合起来，从而提高响应速度，同时解放生产力。 中断可以类比委托式事件处理：为单片机的特定组件指定中断的触发条件，编写中断服务函数处理发生的中断，这样编写单片机程序时即可站得高，望得远，把握主流程，从细枝末节中抽身。
在配置每个中断的时候一般有4个步骤： 1、结合当前使用的外设，确定自己需要的中断源（单片机外设）。比如单片机用于通信的固件外设（I2C,SPI,USART等）有发送完成，接收完成中断。GPIO引脚也可设置上升沿，下降沿中断。定时器的计时中断。。。所有的中断类型参看stm32f10x.h 这个头文件IRQn_Type 这个枚举定义。
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