STM32 Hal库版—NVIC、外部中断（EXTI）

一、中断

1.1.什么是中断

STM32中的中断是指在程序正常运行时，外部事件或内部异常强行打断当前执行流程，转而执行相应处理程序，完成后再返回原流程的机制。在STM32中，中断是指当外设或处理器内部发生某些事件时，处理器暂停当前执行的程序，转而执行预定义的中断服务程序，处理完毕后再返回原程序继续执行的机制。

1.2.中断的意义与作用

中断的意义就是能高效处理紧急程序，不会一直占用CPU资源。
作用：

• 实时控制：在确定时间内对相应事件做出响应。
• 故障处理：检测到故障，需要第一时间处理。
• 数据传输：为了不确定到来的数据提供保障

1.3.中断优先级基本概念

• 抢占优先级（pre）：高抢占优先级可以打断正在执行的低抢占优先中断
• 响应优先级（sub）：当抢占优先级相同时，响应优先级高的先执行，但是不能相互打断
• 抢占和响应都相同的情况下，自然优先级越高的先执行
• 自然优先级：中断向量表的优先级
• 数值越小，表示优先级越高越先执行

1.4.中断优先级分组

以下表格是中断优先级分组，优先级分组为5组，是因为STM32的IPR（中断优先级寄存器）只使用高四位。

优先级分组	AIRCR[10:8]	IPRx bit[7:4]	分配结果
0	111	None ：[7:4]	0位抢占优先级，4位响应优先级
1	110	[7] ：[6:4]	1位抢占优先级，3位响应优先级
2	101	[7:6] ：[5:4]	2位抢占优先级，2位响应优先级
3	100	[7:5] ：[4]	3位抢占优先级，1位响应优先级
4	011	[7:4] ：None	4位抢占优先级，0位响应优先级

下表为中断优先级举例：（假设分组是2）
首先看抢占优先级，抢占优先级数值越低，越先执行，因此编号3和7排到前二名；再看响应优先级，响应优先级数值越低，越先执行，因此编号7最先执行；再看编号6和-1，它们的抢占优先级和响应优先级都一样，就要看自然优先级，自然优先级数值越低，越先执行，因此编号-1要排到第3个执行，编号6要排到最后执行。总结，先考虑抢占优先级，再考虑响应优先级，最后考虑自然优先级。

编号	自然优先级	对应外设	抢占	响应	执行顺序
3	10	RTC	2	1	2
6	13	EXTI0	3	0	4
7	14	EXTI1	2	0	1
-1	6	Systick	3	0	3

PS：如果EXTI0或Systick正在执行，RTC或EXTI1可以打断它；如果EXTI0正在执行，Systick不可以打断它。

二、NVIC

2.1.NVIC的基本概念

NVIC全称：Nested vectored interrupt controller（嵌套向量中断控制器）是STM32中用于管理和控制中断的核心组件，负责中断优先级分配、使能/禁用控制以及中断嵌套处理等功能。NVIC是STM32处理器中负责处理和管理中断的核心组件，它通过配置中断优先级、使能中断源以及处理中断嵌套等功能，确保系统能够高效响应各类中断请求。NVIC支持256个中断（16内核+240外部），支持256个优先级，并允许裁剪，ST公司把256个优先级裁剪为16个。下图是F1和F4型号的中断和中断优先级对比：

型号	内核中断	外部中断	中断优先级
STM32F103xx	10	60	16
STM32F407xx	10	82	16

图中内核中断为10，意味着有6个中断被保留。无论是内核中断还是外部中断，它都有相应的中断服务函数，也就是中断发生时，CPU需要执行相应的中断程序，中断服务函数就是该中断程序的一个入口。这些中断服务函数被定义在中断向量表里。

2.2.中断向量表

中断向量表是指在一块固定的内存，以4字节对齐，存放各个中断服务函数程序的首地址，当发生中断时，CPU会自动执行对应的中断服务函数，main函数往往是最后执行的，也就是优先级最低。
下图是内核中断服务函数（10个）：


下图是外部中断服务函数（60个）：

2.3.NVIC相关寄存器

NVIC相关寄存器	位数	寄存器个数	备注
中断使能寄存器（ISER）	32	8	32*8=240个外部中断，每个位控制一个中断置1
中断除能寄存器（ICER）	32	8	32*8=240个外部中断，每个位控制一个中断置0
应用程序中断及复位控制寄存器（AIRCR）	32	1	位[10:8]只有这三个位控制优先级分组
中断优先级寄存器（IPR）	8	240	8个位对应一个，而STM32只使用高4位

2.4.NVIC的工作原理

下图是NVIC的工作原理，假设有4个外部中断来影响程序执行，外部中断进入NVIC后首先经过ISER和ICER寄存器来决定是否给该中断使能，如下图可知只有外部中断2、3、4使能，并进入IPR（中断优先级寄存器），STM32只使用高4位来控制一个优先级，再由AIRCR（应用程序中断及复位控制寄存器）控制优先级分组，最后到CPU来处理，其中内核中断最后一个到来，内核中断不用经过使能或失能，直接来到SHPR（系统异常优先级寄存器），该寄存器与IPR同一级别，最后CPU再处理内核中断。

2.5.NVIC的使用

• 设置中断分组：寄存器AIRCR[10:8]，HAL_NVIC_SetPriorityGrouping
• 设置中断优先级：寄存器IPRx bit[7:4]，HAL_NVIC_SetPriority
• 使能中断：寄存器ISERx，HAL_NVIC_EnableIRQ

2.5.1.HAL_NVIC_SetPriorityGrouping

设置中断分组，大概是通过以下流程来操控AIRCR寄存器来设置分组。

2.5.2.HAL_NVIC_SetPriority

该函数有三个参数，第一个填入外部中断的位置（该编号可查阅STM32F10xxx参考手册_V10（中文版）第132页）；第二个填入抢占优先级；第三个填入响应优先级。主要操作的是IPR（中断优先级寄存器）。

2.5.3.HAL_NVIC_EnableIRQ

该函数主要实现请求使能该中断，通过ISER（中断使能寄存器）控制特定位置1使能。