STM32 Hal库版—NVIC、外部中断（EXTI）、AFIO

原创 已于 2025-07-17 10:08:50 修改 · 1.2k 阅读 · 16 ·
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#stm32 #单片机 #嵌入式硬件

于 2025-06-30 00:31:23 首次发布

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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
0111None ：[7:4]0位抢占优先级，4位响应优先级
1110[7] ：[6:4]1位抢占优先级，3位响应优先级
2101[7:6] ：[5:4]2位抢占优先级，2位响应优先级
3100[7:5] ：[4]3位抢占优先级，1位响应优先级
4011[7:4] ：None4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
310RTC212
613EXTI0304
714EXTI1201
-16Systick303

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
STM32F103xx106016
STM32F407xx108216

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）：

在这里插入图片描述
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下图是外部中断服务函数（60个）：

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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）32832*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）32832*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）321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）82408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。

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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。

在这里插入图片描述
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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）。

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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。

在这里插入图片描述
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三、EXTI

3.1.EXTI基本概念和主要特性

EXTI全称是External interrupt / event Controller，外部（扩展）中断事件控制器。可管理 20 个中断请求 / 生产事件线，即F1系列共有20条EXTI线，支持 GPIO 引脚及内部外设信号触发，实现中断响应或事件触发功能。每一条EXTI线都可以单独配置：选择类型（中断或事件）、触发方式（上升沿、下降沿或双边沿触发）、支持软件触发、开启 / 屏蔽、有挂起状态位。

3.1.1.中断和事件的理解

  • 中断：需要进入NVIC，有相应的中断服务函数，需要CPU处理
  • 事件：不需要进入NVIC，仅用于内部硬件自动控制，如：TIM、DMA、ADC

3.2.EXTI支持的外部中断 / 事件请求

  • EXTI线0 ~ 15：对应GPIO PIN0 ~ 15
  • EXTI线16：PVD输出
  • EXTI线17：RTC闹钟事件
  • EXTI线18：USB OTG FS唤醒事件
  • EXTI线19：以太网唤醒事件（互联型板子）

3.3.EXTI工作原理

下图是EXTI的工作原理图，当有一个外部信号由输入线进入EXTI，来到边沿检测电路，由上升沿或下降沿触发选择器寄存器决定，并在寄存器里相应位置置1来决定，双边沿触发就由两个寄存器相同位置置1，通过边沿检测电路，来到或门电路，无论是软件中断事件寄存器是否置1，只要有信号即可通过这个或门电路，该外部信号通过或门电路后来到请求挂起寄存器，并在相应位置置1，说明有中断来了，该中断是否能来到NVIC，由中断屏蔽寄存器来决定，因此需要经过一个与门电路；该外部型号也有可能来到事件屏蔽寄存器，是否让设备发生事件触发是由时间屏蔽寄存器来决定。

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①：边沿检测
②：软件触发
③：中断屏蔽 / 清除
④：事件屏蔽

3.4.EXTI相应的寄存器

3.4.1.下降沿触发选择寄存器（EXTI_FTSR）

在这里插入图片描述
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注意：

  • 外部唤醒线是边沿触发的，这些线上不能出现毛刺信号
  • 在写EXTI_FTSR寄存器时，在外部中断线上的上升沿信号不能被识别，挂起位也不会被置位
  • 在同一中断线上，可以同时设置上升沿和下降沿触发。即任一边沿都可触发中断

3.4.2.上升沿触发选择寄存器（EXTI_RTSR）

在这里插入图片描述
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注意：

  • 外部唤醒线是边沿触发的，这些线上不能出现毛刺信号
  • 在写EXTI_RTSR寄存器时，在外部中断线上的上升沿信号不能被识别，挂起位也不会被置位
  • 在同一中断线上，可以同时设置上升沿和下降沿触发。即任一边沿都可触发中断

3.4.3.中断屏蔽寄存器（EXTI_IMR）

在这里插入图片描述
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3.4.5.挂起寄存器（EXTI_PR）

该寄存器自动置1挂起等待中断屏蔽寄存器的允许，如果手动置1就是清除当前挂起。

在这里插入图片描述
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四、AFIO

4.1.AFIO简介

AFIO全称Alternate Function IO，复用功能IO，主要用于重映射和外部中断映射配置。配置AFIO寄存器之前，要使能AFIO时钟：__HAL_RCC_AFIO_CLK_ENABLE();对应RCC_APB2ENR寄存器位0。下面是常用的AFIO寄存器：

  • 调试IO配置：AFIO_MAPR[26:24]，这三个位配置JTAG / SWD的开关状态
  • 重映射配置：AFIO_MAPR，部分外设IO重映射配置
  • 外部中断配置：AFIO_EXTICR1~4，配置EXTI中断线0 ~ 15对应到哪个具体IO口

4.2.EXTI和IO

EXTI和IO口的关系如下图所示，AFIO_EXTICRx寄存器一共有4个（1 ~ 4），一个AFIO_EXTICRx寄存器里面只有4个EXTIx，因此4个AFIO_EXTICRx和4个EXTIx一共控制16个IO口（0 ~ 15），EXTI的尾缀与IO口的引脚号有关。

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4.3.外部中断配置寄存器 1（AFIO_EXTICR1）

该寄存器高16位保留，只用到低16位，里面的EXTIx只用[3:0]这三位来控制A ~ G组的IO。还有剩下三个一样的寄存器以此类推。

在这里插入图片描述
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AFIO_EXTICR1：EXTI0、EXTI1、EXTI2、EXTI3
AFIO_EXTICR2：EXTI4、EXTI5、EXTI6、EXTI7
AFIO_EXTICR3：EXTI8、EXTI9、EXTI10、EXTI11
AFIO_EXTICR4：EXTI12、EXTI13、EXTI14、EXTI15

五、使用中断

5.1.如何使用中断

下图是使用中断的大致步骤：

在这里插入图片描述

5.2.EXTI的配置步骤（GPIO外部中断）

  1. 使能GPIO时钟
  2. 设置GPIO输入模式：上拉/下拉/浮空
  3. 使能AFIO时钟
  4. 设置EXTI和IO对应关系：选择PA ~ PK组，和EXTI输入线，AFIO_EXTICR / SYSCFG_EXTICR
  5. 设置EXTI屏蔽，上/下沿
  6. 设置NVIC：设置优先级分组、设计优先级、使能中断
  7. 设计中断服务函数：编写对应中断的中断服务函数，清中断标志

步骤2 ~ 5使用HAL_GPIO_Init即可完成。

5.3.EXTI的HAL库设置步骤（GPIO外部中断）

  1. 使能GPIO时钟：使用__HAL_RCC_GPIOx_CLK_ENABLE
  2. GPIO / AFIO / EXTI：使用HAL_GPIO_Init，一步到位
  3. 设置中断分组：使用HAL_NVIC_SetPriorityGrouping，此函数仅需设置一次
  4. 设置中断优先级：使用HAL_NVIC_SetPriority
  5. 使能中断：使用HAL_NVIC_EnableIRQ
  6. 设计中断服务函数：编写EXTIx_IRQHandler，中断服务函数，清除中断标志

STM32仅有：EXTI0 ~ 4、EXTI9_5、EXTI15_10，7个外部中断服务函数。

5.4.HAL库中断回调处理机制介绍

在这里插入图片描述

六、通过按键来控制灯的亮灭

6.1.按键

以下是STM32F103zet6精英版的按键电路图，KEY_UP是按下输出高电平，上升沿，不按下的时候为高阻态，电平不稳定，因此要接一个下拉电阻；KEY0、KEY1与KEY_UP相反。

在这里插入图片描述

6.2.EXTI初始化函数

下面是代码EXTI.h，重新定义了一些引脚名称、中断编号和中断服务函数：

#ifndef __EXTI_H
#define __EXTI_H

#include "./SYSTEM/sys/sys.h"

#define KEY0_INT_GPIO_PORT              GPIOE
#define KEY0_INT_GPIO_PIN               GPIO_PIN_4
#define KEY0_INT_GPIO_CLK_ENABLE()      do{ __HAL_RCC_GPIOE_CLK_ENABLE(); }while(0)   
#define KEY0_INT_IRQn                   EXTI4_IRQn
#define KEY0_INT_IRQHandler             EXTI4_IRQHandler

#define KEY1_INT_GPIO_PORT              GPIOE
#define KEY1_INT_GPIO_PIN               GPIO_PIN_3
#define KEY1_INT_GPIO_CLK_ENABLE()      do{ __HAL_RCC_GPIOE_CLK_ENABLE(); }while(0)  
#define KEY1_INT_IRQn                   EXTI3_IRQn
#define KEY1_INT_IRQHandler             EXTI3_IRQHandler

#define WKUP_INT_GPIO_PORT              GPIOA
#define WKUP_INT_GPIO_PIN               GPIO_PIN_0
#define WKUP_INT_GPIO_CLK_ENABLE()      do{ __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE(); }while(0) 
#define WKUP_INT_IRQn                   EXTI0_IRQn
#define WKUP_INT_IRQHandler             EXTI0_IRQHandler

void extix_init(void);

#endif

下面代码是EXTI.c：

void extix_init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef gpio_init_struct;

    KEY0_GPIO_CLK_ENABLE();	//使能三个按键的时钟                          
    KEY1_GPIO_CLK_ENABLE();                                  
    WKUP_GPIO_CLK_ENABLE();                                 

    gpio_init_struct.Pin = KEY0_INT_GPIO_PIN;	   //KEY0 的初始化
    gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_IT_FALLING;  //中断模式的下降沿触发         
    gpio_init_struct.Pull = GPIO_PULLUP;		   //上拉输入
    HAL_GPIO_Init(KEY0_INT_GPIO_PORT, &gpio_init_struct);  

    gpio_init_struct.Pin = KEY1_INT_GPIO_PIN;		//KEY1 的初始化
    gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_IT_FALLING;   //中断模式的下降沿触发          
    gpio_init_struct.Pull = GPIO_PULLUP;			//上拉输入
    HAL_GPIO_Init(KEY1_INT_GPIO_PORT, &gpio_init_struct);    
    
    gpio_init_struct.Pin = WKUP_INT_GPIO_PIN;		//KEYUP 的初始化
    gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_IT_RISING;    //中断模式上升沿触发          
    gpio_init_struct.Pull = GPIO_PULLDOWN;			//下拉输入
    HAL_GPIO_Init(WKUP_GPIO_PORT, &gpio_init_struct);        

	//下面优先级最高的是KEY0>KEY1>KEYUP
    HAL_NVIC_SetPriority(KEY0_INT_IRQn, 0, 2);              
    HAL_NVIC_EnableIRQ(KEY0_INT_IRQn);                      
    HAL_NVIC_SetPriority(KEY1_INT_IRQn, 1, 2);              
    HAL_NVIC_EnableIRQ(KEY1_INT_IRQn);                      
    HAL_NVIC_SetPriority(WKUP_INT_IRQn, 2, 2);               
    HAL_NVIC_EnableIRQ(WKUP_INT_IRQn);                    
}

三个中断函数共用一个回调函数，按下KEY0，实现LED0亮5秒钟然后熄灭；按下KEY1，实现LED0电平翻转；按下KEYUP，实现蜂鸣器电平翻转；由上面优先级可知，如果按下KEY0，在LED0亮的5秒之内，按其他两个按键是没有反应的；按下KEY1，再按下KEY0，KEY0就会抢占CUP操作权，这时再次按下KEY1也实现不了电平翻转了，蜂鸣器也同理。

void KEY0_INT_IRQHandler(void)						 //中断服务函数
{
    HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(KEY0_INT_GPIO_PIN);     //HAL库中断处理公共函数，里面包含HAL库数据处理回调函数
    __HAL_GPIO_EXTI_CLEAR_IT(KEY0_INT_GPIO_PIN);     //清除中断标志位
}

void KEY1_INT_IRQHandler(void)						 //中断服务函数
{ 
    HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(KEY1_INT_GPIO_PIN);	//HAL库中断处理公共函数，里面包含HAL库数据处理回调函数
    __HAL_GPIO_EXTI_CLEAR_IT(KEY1_INT_GPIO_PIN);	//清除中断标志位
}

void WKUP_INT_IRQHandler(void)						//中断服务函数
{ 
    HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(WKUP_INT_GPIO_PIN);    //HAL库中断处理公共函数，里面包含HAL库数据处理回调函数
    __HAL_GPIO_EXTI_CLEAR_IT(WKUP_INT_GPIO_PIN); 	//清除中断标志位      
}


void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin)
{
    delay_ms(20);    
    switch(GPIO_Pin)
    {
        case KEY0_INT_GPIO_PIN:
            if (KEY0 == 0)
            {
                HAL_GPIO_WritePin(LED1_GPIO_PORT, LED1_GPIO_PIN, GPIO_PIN_RESET);
                delay_ms(5000);
                HAL_GPIO_WritePin(LED1_GPIO_PORT, LED1_GPIO_PIN, GPIO_PIN_SET);
            }
            break;
        case KEY1_INT_GPIO_PIN:
            if (KEY1 == 0)
            {
                LED0_TOGGLE();  //LED0电平翻转
            }
            break;
        case WKUP_INT_GPIO_PIN:
            if (WK_UP == 1)
            {
                BEEP_TOGGLE(); 	//蜂鸣器电平翻转
            }
            break;
    }
}

6.3.主函数

#include "./stm32f1xx_it.h"
#include "./SYSTEM/sys/sys.h"
#include "./SYSTEM/usart/usart.h"
#include "./SYSTEM/delay/delay.h"
#include "./BSP/LED/led.h"
#include "./BSP/BEEP/beep.h"
#include "./BSP/EXTI/exti.h"


int main(void)
{
    HAL_Init();                           
    sys_stm32_clock_init(RCC_PLL_MUL9);   
    delay_init(72);                       
    usart_init(115200);                    
    led_init();                           
    beep_init();                          
    extix_init();                        
    LED0(0);                               

    while (1)
    {
        printf("OK\r\n");
        delay_ms(1000);
    }
}
HAL库(STM32CubeMX)之外部中断（STM32F103C8T6）
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不同IO时钟对应的总线：（简单利用HAL库找一下，具体的还要看stm32的参考手册）这里的函数名字有些奇怪：EXTI15_10_IRQHandler。标准库还是需要自己明白许多外部中断线与IO口，时钟线对应关系的。仍然是weak定义的，可以自己重新定义编写该函数。在NVIC中使能外部中断，并分配优先级。如图，只有0-4是单独的。
HAL库学习笔记03——外部中断
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基于STM32_HAL库的外部中断应用
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本文介绍了基于银杏科技GT7000双核心开发板和iToolXE仿真器的STM32H7实验平台，重点讲解了HAL库及其在STM32开发中的应用。硬件平台采用STM32H743XIH6芯片，软件环境包括STM32CubeH7固件库、STM32CubeMX和MDK开发工具。文章详细阐述了HAL库作为硬件抽象层的作用及其与CMSIS标准的关系，指出HAL库通过提供统一API简化了STM32外设驱动开发。此外，还介绍了获取HAL库固件包的官方途径，包括通过ST官网和STM32CubeMX工具下载的方法。全文为STM3
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2301_79330491的博客
04-19 5368
中断的意义：高效处理紧急程序，不会一直占用CPU资源NVIC：嵌套向量中断控制器，属于内核，支持256个中断（16内核，240外部），支持256个优先级，允许裁剪为16个（ST的）中断向量表：定义一块固定的内存，以四字节对齐，存放在各个中断服务函数程序的首地址，定义在启动文件中EXTI：外部（扩展）中断事件控制器，F1包含20个产生事件中断请求的边沿检测器，即F1有20条EXTI线中断：进NVIC，有服务函数，需要CPU处理事件：不进。
HAL库开发——外部中断
weixin_66275497的博客
07-06 4108
2.16个中断通道，相同数字的GPIO口公用一个中断通道，即PA0~PG0只能有一个配置为外部中断 ​​​​​​​ ​​​​​​​ ​​​​​​​。1.外部中断不需要程序去读取外部端口的电平状态，当开启外部中断后，对应的GPIO口(被配置为数字输入)上的电平按照预设的方式(上升沿，下降沿或高低电平)发生变化时就会产生中断信号。外部中断的初始化函数不在主程序中而是在GPIO的初始化函数中完成。3.设置NVIC，勾选EXTI0表示允许中断。
【STM32】HAL库——按键外部中断
Q大帅
04-30 1万+
前期准备： STM32CubeMX Proteus 8 IDE Keil（MDK-ARM） STM32CubeMX部分 1. 配置时钟 依旧是选择STM32F103C4系列芯片，选择高速外部时钟，配置晶振。 将HCLK设置为最大频率72MHz 2. 选择IO口 PA1、PA2选择GPIO_Output模式，用作点灯 PA3、PA4选择GPIO_EXTI模式，用作外部中断 3. 引脚模式设置 GPIO： level：高电平 mode：推挽输出 是否上下拉：不上下拉 引脚速度：中 关于Outp
hal库学习笔记（三）：外部中断
happy_yummy的博客
08-05 4585
外部中断
【STM32】外部中断(HAL库)
C/C++软件工程师、嵌入式软件工程师、物联网研发工程师、C/C++讲师、物联网讲师、嵌入式讲师、鸿蒙讲师---欢迎大家一起交流(私信添加博主微信)
07-19 3330
STM32是一款由意法半导体（STMicroelectronics，简称ST）公司制造的微控制器（MCU），它基于ARM Cortex-M内核设计，专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用而设计。产品概述内核：STM32采用了ARM Cortex-M系列内核，包括M0、M0+、M3、M4和M7等多种系列，能够满足不同应用场景的需求。特点：高性能、低成本、低功耗、可裁剪，这些特点使得STM32在嵌入式开发领域具有广泛的应用前景。应用领域。
HAL库教程4：外部中断
热门推荐
geekYatao
04-09 2万+
外部中断机制   本章我们仍然是通过按键来控制LED，只不过实现方式由轮询变为了外部中断。为什么需要外部中断？为了给CPU减轻负担。   举个例子   比如你今天有个快递，快递一般放在前台或是门卫。你有两种方法，1、不停问前台，你的快递到了没有；2、等快递到了，让前台告诉你。   前者就是轮询，后者就是外部中断。   外部中断是由引脚检测到的中断。中断可以由上升沿、下降沿或双边沿触发。换句话说，中...
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