【嵌入式学习笔记】嵌入式入门2——中断(外部中断)

1.什么是中断

打断CPU执行正常的程序,转而处理紧急程序,然后返回原暂停的程序继续运行,就叫中断

1.1.中断的作用与意义

  • 作用1:实时控制在确定时间内对相应事件作出响应——定时器中断
  • 作用2:故障处理检测到故障,需要第一时间处理——外部中断
  • 作用3:数据传输不确定数据何时会来——串口中断
  • 意义:高效处理紧急程序,不会一直占用CPU资源

【注】本篇博客重点介绍外部NVIC和外部中断,其他中断后面的博客再介绍

1.2.GPIO外部中断简图

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2.NVIC

2.1.NVIC基本概念

Nested vectored interrupt controller,嵌套向量中断控制器,属于内核(M3/4/7),NVIC支持256个中断(16内核 + 240外部),支持256个优先级,允许裁剪,裁剪后具体到各个型号如下:
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  • 中断向量表:定义一块固定的内存,以4字节对齐,存放各个中断服务函数程序的首地址,中断向量表定义在启动文件,当发生中断,CPU会自动执行对应的中断服务函数。
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2.2.NVIC相关寄存器介绍

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NVIC还有中断挂起,解挂,激活标志等非常用功能,不做介绍。

2.3.NVIC工作原理

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2.4.STM32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级中断
  • 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,但是不能互相打断
  • 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

举例:
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2.5.STM32中断优先级分组

AIRCR寄存器的8-10位可以设置优先级分组(一般只设置一次),设置完成后优先级分组就固定了,随后就可以设置IPR的4-7位设置抢断优先级和相应优先级的数值,数值越小,优先级越高。

例如,AIRCR设置优先级分组为2(2位抢占,2位相应),则IPR的6-7位设置可设置0-3的抢占优先级,4-5位可以设置0-3的相应优先级。
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2.6.STM32 NVIC的使用

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

在HAL库开发中,中断分组一般在HAL_Init()函数中设置分组2。

3.EXTI

3.1.EXTI基本概念

External(Extended) interrupt/event Controller,外部(扩展)中断事件控制器,包含20个产生事件/中断请求的边沿检测器,即总共:20条EXTI线(F1)
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中断和事件的理解:

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

3.2.EXTI主要特性

  • F1/F4/F7系列
    每条EXTI线都可以单独配置:选择类型(中断或者事件)、触发方式(上升沿,下降沿或者双边沿触发)、支持软件触发、开启/屏蔽、有挂起状态位
  • H7系列:
    由其它外设对 EXTI 产生的事件分为可配置事件和直接事件。
    可配置事件:简单概括,基本和F1/F4/F7系列类似
    直接事件:固定上升沿触发、不支持软件触发、无挂起状态位(由其它外设提供)

3.3.EXTI工作原理(F1/F4/F7)

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3.4.EXTI工作原理(H7)

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4.EXTI和IO映射关系

4.1.AFIO简介(F1)

Alternate Function IO,即复用功能IO,主要用于重映射和外部中断映射配置。

  • 调试IO配置AFIO_MAPR[26:24],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对应具体哪个IO口

特别注意:配置AFIO寄存器之前要使能AFIO时钟,方法如下:
__HAL_RCC_AFIO_CLK_ENABLE(); 对应RCC_APB2ENR寄存器 位0

4.2.SYSCFG简介(F4/F7/H7)

System configuration controller,即系统配置控制器,用于外部中断映射配置等

  • 外部中断配置SYSCFG_EXTICR1-4,配置EXTI中断线0~15对应具体哪个IO口

特别注意:配置SYSCFG寄存器之前要使能SYSCFG时钟,方法如下:
__HAL_RCC_SYSCFG_CLK_ENABLE();

4.3.EXTI与IO的对应关系

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5.如何使用中断

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6.通用外设驱动模型(四步法)

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7.HAL库中断回调处理机制介绍

HAL库中有很多回调机制,比如中断回调,定时器初始化回调等,HAL推荐在回调函数中写具体的语句,但是在回调函数中写可能会导致多中断冲突,建议在在中断服务函数中处理中断逻辑,不使用HAL库提供的回调机制。
在这里插入图片描述

8.编程实战:通过外部中断控制一个灯亮灭

与上一节GPIO输入相似,代码暂不贴出

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