STM32F7学习笔记13：中断详解

1. 中断类型

F767在内核水平上搭载了一个异常响应系统， 支持为数众多的系统异常和外部中断。 其中系统异常有10个，F767外部中断有110个，其余F7系列外部中断有150个。除了个别异常的优先级被定死外，其它异常的优先级都是可编程的。

有关具体的系统异常和外部中断可在标准库文件举例为F767的stm32f767xx.h这个头文件查询到，在IRQn_Type这个结构体里面包含了F7系列全部的异常声明。

系统异常如下表所示

外部中断如下表：

2. NVIC

NVIC（Nested Vectored Interrupt Controller）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-M7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-M7的NVIC的一个子集。

NVIC结构体定义，在 core_cM7.h文件中定义如下：

typedef struct {
    __IO uint32_t ISER[8U];       // 中断使能寄存器
    uint32_t RESERVED0[24U];
    __IO uint32_t ICER[8U];       // 中断清除寄存器
    uint32_t RSERVED1[24U];
    __IO uint32_t ISPR[8U];       // 中断使能悬起寄存器
    uint32_t RESERVED2[24U];
    __IO uint32_t ICPR[8U];       // 中断清除悬起寄存器
    uint32_t RESERVED3[24U];
    __IO uint32_t IABR[8U];       // 中断有效位寄存器
    uint32_t RESERVED4[56U];
    __IO uint8_t  IP[240U];       // 中断优先级寄存器(8Bit wide)
    uint32_t RESERVED5[644U];
    __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。

3. 优先级

3.1优先级定义

在NVIC 有一个专门的寄存器：中断优先级寄存器NVIC_IPRx（在F7中，x=0…100）用来配置外部中断的优先级，IPR宽度为8bit，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CM7芯片都会精简设计，以致实际上支持的优先级数减少，在F767中，只使用了高4bit，

用于表达优先级的这4bit，又被分组成抢占优先级和子优先级。如果有多个中断同时响应，抢占优先级高的就会抢占，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，就比较他们的硬件中断编号，编号越小，优先级越高。

3.2 优先级分组

优先级的分组由内核外设SCB的应用程序中断及复位控制寄存器AIRCR的PRIGROUP[10:8]位决定，F7分为了5组，具体如下：主优先级=抢占优先级

4. 中断编程

在配置每个中断的时候一般有3个编程要点：

1. 使用 HAL\_NVIC\_SetPriorityGrouping(uint32\_t PriorityGroup)函数配置中断优先级分组。一般默认是 NVIC\_PRIORITYGROUP\_4分组4。
2. 使用 HAL\_NVIC\_SetPriority(IRQn\_Type IRQn, uint32\_t PreemptPriority, uint32\_t SubPriority)函数配置具体外设中断通道的抢占优先级和子优先级。
3. 使用 HAL\_NVIC\_EnableIRQ函数使能中断请求。

IRQn\_Type中断源结构体代码如下：

typedef enum IRQn {
    //Cortex-M7 处理器异常编号
    NonMaskableInt_IRQn      = -14,
    MemoryManagement_IRQn    = -12,
    BusFault_IRQn            = -11,
    UsageFault_IRQn          = -10,
    SVCall_IRQn              = -5,
    DebugMonitor_IRQn        = -4,
    PendSV_IRQn              = -2,
    SysTick_IRQn             = -1,
    //STM32 外部中断编号
    WWDG_IRQn                = 0,
    PVD_IRQn                 = 1,
    TAMP_STAMP_IRQn          = 2,

    // 限于篇幅，中间部分代码省略，具体的可查看库文件

} IRQn_Type;

• PreemptPriority：抢占优先级，具体的值要根据优先级分组来确定
• SubPriority：子优先级，具体的值要根据优先级分组来确定

5. 外部中断

外部中断/事件控制器(EXTI)管理了控制器的25个中断/事件线。每个中断/事件线都对应有一个边沿检测器，可以实现输入信号的上升沿检测和下降沿的检测。EXTI可以实现对每个中断/事件线进行单独配置，可以单独配置为中断或者事件，以及触发事件的属性。

EXTI功能框图如下：

EXTI可分为两大部分功能，一个是产生中断，另一个是产生事件，这两个功能从硬件上就有所不同。

5.1 产生中断流程

红色虚线指示的电路流程。它是一个产生中断的线路，最终信号流入到NVIC控制器内。

编号1是输入线，EXTI控制器有25个中断/事件输入线，这些输入线可以通过寄存器设置为任意一个GPIO，也可以是一些外设的事件。输入线一般是存在电平变化的信号。

编号2是一个边沿检测电路，它会根据上升沿触发选择寄存器(EXTI_RTSR)和下降沿触发选择寄存器(EXTI_FTSR)对应位的设置来控制信号触发。边沿检测电路以输入线作为信号输入端，如果检测到有边沿跳变就输出有效信号1给编号3电路，否则输出无效信号0。

编号3电路实际就是一个或门电路，它一个输入来自编号2电路，另外一输入来自软件中断事件寄存器(EXTI_SWIER)。EXTI_SWIER允许通过程序控制就可以启动中断/事件线，这在某些地方非常有用。

编号4电路是一个与门电路，它一个输入编号3电路，另外一个输入来自中断屏蔽寄存器(EXTI_IMR)。与门电路要求输入都为1才输出1。

编号5是将EXTI_PR寄存器内容输出到NVIC内，从而实现系统中断事件控制。

5.2 产生事件流程

绿色虚线指示的电路流程。它是一个产生事件的线路，最终输出一个脉冲信号。

产生事件线路是在编号3电路之后与中断线路有所不同，之前电路都是共用的。

编号6电路是一个与门，它一个输入编号3电路，另外一个输入来自事件屏蔽寄存器(EXTI_EMR)。

编号7是一个脉冲发生器电路，当它的输入端，即编号6电路的输出端，是一个有效信号1时就会产生一个脉冲；如果输入端是无效信号就不会输出脉冲。

编号8是一个脉冲信号，就是产生事件的线路最终的产物，这个脉冲信号可以给其他外设电路使用，比如定时器TIM、模拟数字转换器ADC等等，这样的脉冲信号一般用来触发TIM或者ADC开始转换。

5.3 区别

• 产生中断线路目的是把输入信号输入到NVIC，进一步会运行中断服务函数，实现功能，这是软件级的。
• 产生事件线路目的就是传输一个脉冲信号给其他外设使用，并且是电路级别的信号传输，这是硬件级的。

6. 中断/事件线

EXTI有25个中断/事件线，每个GPIO都可以被设置为输入线，占用EXTI0至EXTI15，还有另外七根用于特定的外设事件。

EXTI中断/事件线如下表所示：

EXTI0至EXTI15用于GPIO，通过编程控制可以实现任意一个GPIO作为EXTI的输入源。由EXTI有25个中断/事件线，每个GPIO都可以被设置为输入线， 占用EXTI0至EXTI15，还有另外七根用于特定的外设事件。

EXTI0可以通过SYSCFG外部中断配置寄存器1(SYSCFG_EXTICR1)的EXTI0[3:0]位选择配置为PA0、PB0、PC0、PD0、 PE0、PF0、PG0、PH0或者PI0

7. HAL中断编程

7.1 EXTI初始化详解

HAL库函数的EXIT初始化非常简单，只需配置好IO口的模式，然后配置中断源、中断优先级、使能中断。

1. HAL_NVIC_SetPriority：该函数负责EXTI中断/事件线选择，可选EXTI0至EXTI25，可参考表 17-1选择，配置优先级。
2. HAL_NVIC_EnableIRQ：该函数负责控制使能中断。

7.2 中断编程示例

使用外部按键1作为中断源

其他配置不再赘述

1. 使能外部中断

2. 使能中断

然后生成代码。

3. 添加中断代码

在 stm32f7xx_it.c中断设置代码如下：

/**
  * @brief This function handles EXTI line[15:10] interrupts.
  */
void EXTI15_10_IRQHandler(void)
{
  /* USER CODE BEGIN EXTI15_10_IRQn 0 */

  /* USER CODE END EXTI15_10_IRQn 0 */
  HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(KEY2_PIN_Pin);
  /* USER CODE BEGIN EXTI15_10_IRQn 1 */

  /* USER CODE END EXTI15_10_IRQn 1 */
}

在该代码下添加Callback方法：

void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin) {
  if (GPIO_Pin== KEY2_PIN_Pin) {
    HAL_GPIO_TogglePin(LED_G_GPIO_Port, LED_G_Pin);
  }
}

该回调函数的原型为：

/**
  * @brief  EXTI line detection callbacks.
  * @param  GPIO_Pin Specifies the pins connected EXTI line
  * @retval None
  */
__weak void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin)
{
  /* Prevent unused argument(s) compilation warning */
  UNUSED(GPIO_Pin);
  
  /* NOTE: This function Should not be modified, when the callback is needed,
           the HAL_GPIO_EXTI_Callback could be implemented in the user file
   */
}

#if defined (__ARMCC_VERSION) && (__ARMCC_VERSION >= 6010050) /* ARM Compiler V6 */
  #ifndef __weak
    #define __weak  __attribute__((weak))
  #endif
  #ifndef __packed
    #define __packed  __attribute__((packed))
  #endif
#elif defined ( __GNUC__ ) && !defined (__CC_ARM) /* GNU Compiler */
  #ifndef __weak
    #define __weak   __attribute__((weak))
  #endif /* __weak */
  #ifndef __packed
    #define __packed __attribute__((__packed__))
  #endif /* __packed */
#endif /* __GNUC__ */

使用 __attribute__((weak)) 修饰函数，告诉编译器此函数为同名函数的备选，如果定义了其他同名函数，让编译器优先使用其他同名函数，如果未定义其他同名函数，那么就使用此函数。

7.3 测试

略