一、关于 STM32 的 EXTI
前面“第10章 基础重点—中断系统”介绍了STM32的中断和中断优先级，知道了所有外设中断都由 NVIC管理，比如USART、ADC、I2C、SPI等。GPIO产生的中断也不例外，但在给NVIC管理之前，还有一个EXTI（External interrupt/event controller，外部中断/事件控制器）先处理一下，如图 13.1.1 所示。
STM32F103系列的EXTI支持19个外部中断/事件请求（互联型系列的STM32支持20个），每个中断/事件都有独立的触发和屏蔽设置，支持中断模式和事件模式。
中断模式是指外部信号产生电平变化时，EXTI将该信号给NVIC处理，从而触发中断，执行中断服务函数，完成对应操作。
事件模式是指外部信号产生电平变化时，EXTI根据配置，联动ADC或TIM执行相关操作。
中断和事件的产生源是一样的，中断需要软件实现相应功能，而事件是由硬件触发后执行相应操作。前者需要CPU参与功能实现，可以实现的功能更多，后者无需CPU参与，具有更高的响应速度。
EXTI的结构如图 13.1.2 所示，图中画斜线“/”的信号线表示这样的线共有19根。外部信号输入后，首先经过边缘检测电路，可以实现对上升沿或下降沿信号进行检测，从而得到硬件触发，也可由软件中断事件寄存器产生软件触发信号。无论是硬件触发还是软件触发，如果中断屏蔽寄存器允许，则产生中断给NVIC处理（绿色路线）；如果事件屏蔽寄存器允许，则产生事件，脉冲发生器产生脉冲供其它模块使用（黄色路线）。
STM32F103的GPIO挂载APB总线上，如果要使用GPIO引脚作为外部中断/事件功能，则必须使能APB总 线上该引脚对应端口的时钟和AFIO复用功能。
STM32F103ZET6有7组GPIO，每组16个引脚，即112个GPIO引脚，但EXTI只支持19个外部中断/事件请求，因此需要将多个GPIO合成一组，共用一个中断线，STM32F103系列中断线分组如表 13.1.1 所示。
结合图 13.1.1 所示，EXTI0~EXTI15作为GPIO中断线使用，同组的GPIO共享一条中断线，比如EXTI0组，PA0作为了中断源，则此时PB0~PG0不能作为中断源。
总结
STM32有众多异常和中断，其中内部中断源（USART、ADC等）直接由NVIC处理。GPIO引脚可以产生外部中断或事件，如是中断则交由NVIC处理，如果是事件则产生脉冲信号联动其它模块工作。
无论是内部中断源，还是GPIO产生的中断，都由NVIC管理分组，然后根据中断优先级分组确定抢占优先级级数和子优先级级数。
GPIO引脚众多，将引脚数字相同的作为一组，共享一个中断线。
二、硬件设计
三、软件设计
3.1 软件设计思路
实验目的：本实验通过使用外部中断功能去判断按键的状态，通过中断的形式能够更加灵敏的读取到GPIO的电平，让用户更加直观的感受到STM32F103的中断，并学会如何使用和开发其中断功能。
- 按键初始化：GPIO端口时钟使能、AFIO复用功能时钟使能、GPIO引脚设置为下降沿触发中断（PA0，PG15， PC13， PE3）；
- 填充每个按键中断处理函数：读取按键GPIO状态，操作对应LED灯亮灭；
- 主函数调用LED和按键初始化后，无需任何操作；
3.2 软件设计讲解
3.2.1 GPIO宏定义与接口宏定义
/*********************
* 按键引脚状态定义
**********************/
#define PUSH_DOWN GPIO_PIN_RESET
#define SPRING_UP GPIO_PIN_set
/*********************
* 引脚宏定义
**********************/
#define KEY_UP_GPIO_PIN GPIO_PIN_0
#define KEY_UP_GPIO_PORT GPIOA
#define KEY_UP_GPIO_CLK_EN() __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE()
#define KEY_DOWN_GPIO_PIN GPIO_PIN_15
#define KEY_DOWN_GPIO_PORT GPIOG
#define KEY_DOWN_GPIO_CLK_EN() __HAL_RCC_GPIOG_CLK_ENABLE()
#define KEY_LEFT_GPIO_PIN GPIO_PIN_13
#define KEY_LEFT_GPIO_PORT GPIOC
#define KEY_LEFT_GPIO_CLK_EN() __HAL_RCC_GPIOC_CLK_ENABLE()
#define KEY_RIGHT_GPIO_PIN GPIO_PIN_3
#define KEY_RIGHT_GPIO_PORT GPIOE
#define KEY_RIGHT_GPIO_CLK_EN() __HAL_RCC_GPIOE_CLK_ENABLE()
/*********************
* 函数宏定义
**********************/
/*
* 按键状态读取函数宏定义
*/
#define KEY_UP HAL_GPIO_ReadPin(KEY_UP_GPIO_PORT, KEY_UP_GPIO_PIN)
#define KEY_DOWN HAL_GPIO_ReadPin(KEY_DOWN_GPIO_PORT, KEY_DOWN_GPIO_PIN)
#define KEY_LEFT HAL_GPIO_ReadPin(KEY_LEFT_GPIO_PORT, KEY_LEFT_GPIO_PIN)
#define KEY_RIGHT HAL_GPIO_ReadPin(KEY_RIGHT_GPIO_PORT, KEY_RIGHT_GPIO_PIN)
3.2.2 GPIO初始化
/*
* 函数名：void KeyInit(void)
* 输入参数：无
* 输出参数：无
* 返回值：无
* 函数作用：初始化按键的引脚，配置为下降沿触发外部中断
*/
void KeyInit(void)
{
// 定义GPIO的结构体变量
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
// 使能按键的GPIO对应的时钟
KEY_UP_GPIO_CLK_EN();
KEY_DOWN_GPIO_CLK_EN();
KEY_LEFT_GPIO_CLK_EN();
KEY_RIGHT_GPIO_CLK_EN();
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_IT_FALLING; // 设置为下降沿触发外部中断 设置为下降沿触发外部中断，即按键按下瞬间触发中断。可根据需求设置为上升沿触发，即松开按
键触发中断，双边缘触发，即按下松开都触发中断;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP; // 默认上拉
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH; // 引脚反转速度设置为快
// 初始化'Up'键引脚配置
GPIO_InitStruct.Pin = KEY_UP_GPIO_PIN; // 选择按键的引脚
HAL_GPIO_Init(KEY_UP_GPIO_PORT, &GPIO_InitStruct);
// 初始化'Down'键引脚配置
GPIO_InitStruct.Pin = KEY_DOWN_GPIO_PIN; // 选择按键的引脚
HAL_GPIO_Init(KEY_DOWN_GPIO_PORT, &GPIO_InitStruct);
// 初始化Left'键引脚配置
GPIO_InitStruct.Pin = KEY_LEFT_GPIO_PIN; // 选择按键的引脚
HAL_GPIO_Init(KEY_LEFT_GPIO_PORT, &GPIO_InitStruct);
// 初始化'Right'键引脚配置
GPIO_InitStruct.Pin = KEY_RIGHT_GPIO_PIN; // 选择按键的引脚
HAL_GPIO_Init(KEY_RIGHT_GPIO_PORT, &GPIO_InitStruct);
/* EXTI interrupt init*/
HAL_NVIC_SetPriority(EXTI0_IRQn, 0, 0);
HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI0_IRQn);
HAL_NVIC_SetPriority(EXTI3_IRQn, 0, 0);
HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI3_IRQn);
HAL_NVIC_SetPriority(EXTI15_10_IRQn, 0, 0);
HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI15_10_IRQn);
}
3.2.3 中断处理函数
当中断发生后，则自动跳到代码段 10.2.1 中所对应的中断函数所在位置，执行中断函数的内容，因此我们需要编写中断函数的内容。
此处有四个按键，理论上也就应该有4个中断处理函数。但在HAL库中，EXTI0~4这五个中断是各自独立的中断服务函数，EXTI5~9共用一个中断服务函数，EXTI10~15共用一个中断服务函数。
/* 说明：如下的四个外部中断函数均可放在stm32f1xx_it.c中，
* 如果放在其中需要注意包含本文件的.h头文件，此处将中断函数放在本文件只是为了方便理清逻辑
*/
/*
* 函数名：void EXTI0_IRQHandler(void)
* 输入参数：无
* 输出参数：无
* 返回值：无
* 函数作用：外部中断0的中断处理函数
*/
void EXTI0_IRQHandler(void)
{
HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(KEY_UP_GPIO_PIN);
}
/*
* 函数名：void EXTI3_IRQHandler(void)
* 输入参数：无
* 输出参数：无
* 返回值：无
* 函数作用：外部中断3的中断处理函数
*/
void EXTI3_IRQHandler(void)
{
HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(KEY_RIGHT_GPIO_PIN);
}
/*
* 函数名：void EXTI15_10_IRQHandler(void)
* 输入参数：无
* 输出参数：无
* 返回值：无
* 函数作用：外部中断10-15的中断处理函数
*/
void EXTI15_10_IRQHandler(void)
{
HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(KEY_DOWN_GPIO_PIN);
HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(KEY_LEFT_GPIO_PIN);
}
每个中断处理函数里，都调用的“HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler()”准备后续处理，传入参数为外部中断的引脚号。
/**
* @brief This function handles EXTI interrupt request.
* @param GPIO_Pin: Specifies the pins connected EXTI line
* @retval None
*/
void HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(uint16_t GPIO_Pin)
{
/* EXTI line interrupt detected */
if (__HAL_GPIO_EXTI_GET_IT(GPIO_Pin) != 0x00u)
{
__HAL_GPIO_EXTI_CLEAR_IT(GPIO_Pin);
HAL_GPIO_EXTI_Callback(GPIO_Pin);
}
}
/*
* 函数名：void HAL_GPIO_EXTI_Callback(void)
* 输入参数：无
* 输出参数：无
* 返回值：无
* 函数作用：外部中断处理函数的回调函数，用以处理不同引脚触发的中断服务最终函数
*/
static volatile bool up_flag = false; // 定义一个全局静态标志，用以判断按键按下的次数，上下左右键类似
static volatile bool down_flag = false;
static volatile bool left_flag = false;
static volatile bool right_flag = false;
void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin)
{
switch(GPIO_Pin) // 判断是哪个按键
{
case KEY_UP_GPIO_PIN: // 如果是上键
{
up_flag = !up_flag; // 按下一次标志翻转一次
RLED(OFF);
GLED(up_flag?OFF:ON); // 根据标志控制绿灯的亮灭
BLED(OFF);
break;
}
case KEY_DOWN_GPIO_PIN: // 如果是下键
{
down_flag = !down_flag; // 按下一次标志翻转一次
RLED(down_flag?OFF:ON); // 三色灯全灭或全亮
GLED(down_flag?OFF:ON);
BLED(down_flag?OFF:ON);
break;
}
case KEY_LEFT_GPIO_PIN: // 如果是左键
{
left_flag = !left_flag; // 按下一次标志翻转一次
RLED(left_flag?OFF:ON); // 根据标志控制红灯的亮灭
GLED(OFF);
BLED(OFF);
break;
}
case KEY_RIGHT_GPIO_PIN: // 如果是右键
{
right_flag = !right_flag; // 按下一次标志翻转一次
RLED(OFF); // 根据标志控制蓝灯的亮灭
GLED(OFF);
BLED(right_flag?OFF:ON);
break;
}
default:break;
}
}
3.2.4 主函数测试
// 初始化按键
KeyInit();
//初始化LED
LedGpioInit();
while(1)
{
}
四、代码工程
工程链接：GPIO-按键中断
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