【RoboMaster】细说单片机的中断系统！【STM32】

最新推荐文章于 2025-11-01 17:49:40 发布

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#单片机 #嵌入式 #stm32

同步博客地址：从STM32开始的RoboMaster生活：进阶篇 II [Interrupt]

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1.0 什么是Interrupt？

中断是指计算机运行过程中，出现某些意外情况需主机干预时，机器能自动停止正在运行的程序并转入处理新情况的程序，处理完毕后又返回原被暂停的程序继续运行。

Interrupt在STM32中大致分为两种，一种就是普通的Interrupt，由外部的外设来打断MCU，另一种名为Exception，是由内部的软件程序自行打断MCU。
要大致理解Interrupt，我们需要了解一下整个运行周期
1. 首先是，MCU接收到打断信号，但是还没有对该信号做出反应
2. 然后，当MCU运行完当前的指令后，在fetch下一个指令前，停止当前程序，进入中断
3. 保存被打断的程序的状态到系统栈，把发起中断的程序的预备状态载入到系统栈，进入该程序
4. 执行发起中断的程序
5. 完成后，再把被打断的程序的状态从系统栈加载回来，然后继续执行被打断的程序（全当做无事发生.JPG）

2.0 为什么需要Interrupt？

在将Interrupt前，必须提一下Polling。我打个比方，比如有个快递要今天送过来，但你现在正在做RoboMaster，而快递小哥也不知道你长啥样，如果在他来的时候没来人拿，那他就走了，包裹就没了（这个传来的数据是即时的，数据可不会等你）。
如果是Polling，那就是，你一直时不时盯着小区门口，看快递小哥来没来，结果可想而知，可能一整天都没做多少RoboMaster，甚至可能在做的时候，正好小哥来了又走了，结果快递也没拿到。
那有没有办法，可以既能够放心做RoboMaster，又不用担心错过快递呢？这就是Interrupt登场的时候了，方法也很简单，让快递小哥在快递送到的时候给你打个电话（中断信号），你放下手中的RoboMaster任务（被中断），去门口拿快递（执行中断程序），拿完后继续做RoboMaster（继续被中断的任务）就行了。

3.0 STM32内部实现线路 & NVIC

Interrupt Routine.png

NVIC全称为Nested Vectored Interrupt Controller，是STM32专门划分独立出来的模块，专门负责Interrupt事宜，其中技术细节和使用细节非常冗杂，但是实际在RoboMaster中能使用到的部分却是比较简单的，所以本文也不展开细说。

从上图中我们可以看到，NVIC并不是和每个GPIO有单独的线路相连，而是将GPIO分组的，这里与GPIO自己的外设分组不同，并不是PA0，PA1，PA2…为一组，而是PA0，PB0，PC0…为一组，每组共用一根Interrupt信号线，而且更为复杂和迷惑的是，有些特殊情况，比如EXTI10和EXTI15居然在NVIC里面是合并的，但这不用担心，因为就算合并了，STM32也是能分辨具体是从那个组发出的（HAL_GPIO_EXTI_Callback函数能够区分是那个组）。你很可能也猜到了，NVIC是没法分辨每个组内部是那个引脚发出的Interrupt信号，所以在设置芯片的时候，每个组只能有一个引脚能够使用Interrupt。

4.0 Interrupt的生命周期

要谈这个，避免不了要讲讲Priority 优先级

为使系统能及时响应并处理发生的所有中断，系统根据引起中断事件的重要性和紧迫程度，硬件将中断源分为若干个级别，称作中断优先级。

在实际系统中，常常遇到多个中断源同时请求中断的情况，这时MCU必须确定首先为哪一个中断源服务，以及服务的次序。解决的方法是中断优先排队，即根据中断源请求的轻重缓急，排好中断处理的优先次序即优先级( Priority )，又称优先权，先响应优先级最高的中断请求。另外，当MCU正在处理某一中断时，要能响应另一个优先级更高的中断请求，而屏蔽掉同级或较低级的中断请求，形成中断嵌套。
中断优先级原则
1. CPU首先响应高优先级的中断请求；
2. 如果优先级相同，MCU按查询次序响应排在前面的中断；
3. 正在进行的中断过程不能被新的同级或低优先级的中断请求所中断；
4. 正在进行的低优先级中断过程，能被高优先级中断请求所中断。
而在STM32中，又有两种不同的优先级
- Preempt Priority
  - 也就是我们最常说的常用的Priority，优先级小，越优先，比如优先级如果为负，那就是系统自己的系统中断，比任何用户代码的优先级都高，而用户能够设置的最高的优先级就是0级，其次是1级，2级…
- Subpriority
  - 主要针对当Preempt Priority相同的情况。
  - 比如，当某个0级程序正在运行时，有1个2级程序发出中断信号，但是因为2级程序的优先级比0级低，所以被Pending 延迟处理了，在0级程序还没运行完的时候，又有一个2级程序发出中断信号，因为同样的原因，也被Pending了，问题来了，当0级程序处理完后，请问先执行那个2级程序呢？当然是，子优先级小的那个。

5.0 如何使用Interrupt

首先是要在配置芯片的时候，给引脚选择EXTI模式

void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin){
   
   
	......
}

在写代码的时候，在main.c中创建HAL_GPIO_EXTI_Callback函数
在该函数中填写如果被中断，需要执行的代码

在<项目>/Drivers/STM32F4xx_HAL_Driver/Src的stm32f4xx_hal_gpio.c文件中，我们可以看到其定义
__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
   */
}
这里的__weak指明了，该函数如果没被用户创建，就使用上面的代码被默认创建，而如果用户在main.c中自主创建该函数，则用户创建的函数覆盖默认定义的函数。

值得注意的一点是，HAL_GPIO_EXTI_Callback中的uint16_t GPIO_Pin是给用户说明了发出中断信号的是哪个组，正如3.0里面所说，就算EXTI10和EXTI15在NVIC里面是合并的，这个参数也能区分到底是EXTI10还是EXTI15发出的信号，所以不用担心合并后无法区分的问题。