中斷的概述

4.1.1 什么是中斷

              程序在正常運行過程中發生了內部或外部事件時，打斷了正在執行的程序，轉到外部或內部事件中去執行中斷對應的代。

4.1.2 中斷的意義

              高效的去執行程序，不會一直占用MCU的資源。

4.1.3 中斷入口

中斷服務函數：芯片中固定了一段地址空間用來存儲程序代碼。這一段程序代碼是中斷執行的程序代碼

中斷的入口：中斷服務函數名。

4.1.4 中斷的優先級

              中斷優先級：指的是給中斷編號，用來區分那件事件先執行，那件事情后執行。編號越小優先級越高

4.1.5 中斷的嵌套

              中斷嵌套：在執行中斷服務函數代碼時，又發生中斷事件打斷了正在執行的程序。

4.1.6 補充

main函數與中斷服務函數的關系？

main函數、與中斷服務函數屬于同一級別，不存在的一個說法是main函數調用中斷服務函數。所以中斷服務函數不需要什么函數聲明啊，調用函數等，只需要重寫實現中斷服務函數就好。

中斷的執行流程？

發生中斷事件，找到中斷入口，搶占MCU資源執行中斷服務函數中的代碼（此時main函數失去MCU的使用權），如圖1所示。

圖1 中斷執行流程

              斷點：正常執行的程序，發生中斷事件時，被打斷的位置。MCU去執行中斷服務函數中的代碼前，存儲的該斷點的現場信息，我們把這一過程稱為：壓棧（入棧）。在執行完中斷服務函數后，回到斷點，從棧中讀出之前存入的現場信息，繼續執行，我們稱這一過程為彈棧（出棧）。

中斷嵌套的執行流程？

圖2嵌套中斷流程

中斷嵌套如圖2，（簡單理解：中斷中又發生了中斷）。

4.2 異常與中斷

4.2.1 異常的理解

異常：簡單理解，屬于內核的中斷（系統內部）稱為異常，如圖3所示。

中斷：不屬于內核的中斷，稱為外部中斷，簡稱中斷，如圖4所示。

如無特殊說明，可以不分辨“中斷”與“異常”這兩個術語，可以互換使用。

圖3 系統異常（中斷）

圖4 外部中斷

由圖可知，編號0沒有進行任何定義，編號為 1－15 的對應系統異常，大于等于 16 的則全是外部中斷。

4.2.2 優先級

懸起:

先理解一個概念：“懸起”。如果發生了一個中斷但是它不能馬上反應，稱為懸起。

優先級:

優先級的概念：優先級解決的問題是同時發生多個中斷請求時，先響應誰，把誰懸起的問題。被懸起的中斷，等待高優先級響應完，它們才能有機會正常執行響應中斷請求。

優先級的特點：

數值越小，優先級越高。

              高優先可搶占低優先級。

搶占優先級與子優先級：

為了使搶占機能變得更可控，CM3 還把256級優先級按位分成高低兩段，分別稱為搶占優先級和子優先級。

圖5優先級分組

由圖5可知，有8（0到7）個分組位置。

從分組位置0可知，搶占優先級最多可以使用7位（高七位—>7、6、5、4、3、2、1）表示，27=128，能表示128個搶占優先級，即：最多支持128層中斷嵌套。進而得出子優先級至少有1位，21=2，能表示2個子優先級。

從分組位置7可知道可以沒有搶占優先級，但必須有子優先級。

NVIC 中有一個寄存器是“應用程序中斷及復位控制寄存器”，如圖6，它里面有一個位段名為“優先級組”。該位段的值對每一個優先級可配置的異常都有影響——把其優先級分為 2 個位段： MSB 所在的位段（左邊的）對應搶占優先級，而 LSB 所在的位段（右邊的） 對應子優先級。

圖6應用程序中斷及復位控制寄存器AIRCR

舉個例子，如果只使用 3 個位來表達優先級[7:5]，并且優先級組的值是5,查表可知，如圖7、8所示，位7與位6表示搶占優先級。

圖7優先級分組值為5查表結果

圖83位表示優先級，分組值為5實際分組

4.2.3搶占優先級與子優先級

《1》高搶占優先級是可以打斷正在進行的低搶占優先級中斷的。

《2》搶占優先級相同的中斷，高子優先級不可以打斷低子優先級的中斷。

《3》 搶占優先級相同的中斷，當兩個中斷同時發生的情況下，哪個子優先級高，就先執行。

《4》如果兩個中斷的搶占優先級和響應優先級都是一樣的話，則看哪個中斷先發生就先執行；

4.2.4 補充

從需求理解中斷：

              中斷的發明是為了提高MCU執行程序的效率、讓程序變得更加靈活、高效。例如按鍵的掃描，需要MCU不斷的去輪詢，當程序的框架復雜，實現很多功能，代碼量多時，按鍵往往就沒那么靈敏了。可能有時按下有效果，有時按下沒效果。這時候就需要使用到中斷了，最簡單的做法把按鍵掃描函數，放在按鍵中斷服務函數中；當按鍵按下，發生中斷，找到中斷入口（按鍵中斷服務函數名），執行中斷服務函數中的按鍵掃描代碼，這使MCU執行程序的效率大大的提高。具體流程如下圖9。

圖9 按鍵外部中斷流程圖

              中斷如果只設計一個出來，那就不需要優先級的概念了，優先級就是為了解決多個中斷發送，先響應誰，把誰懸起的問題。而在執行中斷的過程中，又發生了中斷，稱為中斷嵌套；要弄清楚誰可以打斷誰，規律是什么，就需要明白搶占優先級與子優先級的，優先級分組的作用、意義。

4.3 NVIC

4.3.1 NVIC概述

              NVIC:嵌套向量中斷控制器，用于管理外部所有中斷

《1》NVIC 共支持 1 至 240 個外部中斷輸入（通常外部中斷寫作 IRQs）

《2》所有的中斷控制／狀態寄存器均可按字／半字／字節的方式訪問

《3》所有 NVIC 的中斷控制/狀態寄存器都只能在特權級下訪問。不過有一個例外——軟件觸發中斷寄存器可以在用戶級下訪問以產生軟件中斷

4.3.2 中斷的使能與除能

CM3中可以有240對使能位／除能位(SETENA 位/CLRENA 位)，每個中斷擁有一對。

欲使能一個中斷，我們需要寫 1 到對應 SETENA 的位中；欲除能一個中斷，你需要寫 1 到對應的 CLRENA 位中。如果往它們中寫 0，則不會有任何效果。

這240個對子分布在8對32位寄存器中，SETENA0, SETENA1…SETENA7，最后一對沒有用完，如圖10所示。

圖10 8對32位寄存器

4.4 軟件設計

4.4.1 USART中斷配置流程

              1.使能模塊級中斷

              2.使能NVIC中斷（使能前，可設置優先級分組、搶占優先級、響應優先級）

總體配置框圖如下圖11。

圖11 USART中斷配置框圖

4.4.2 中斷初始化代碼解讀

打開模塊級中斷：

找到控制寄存器相應中斷位，配置寄存器。

圖12 USART中斷配置相應位

USART1->CR1 |=1<<5;// 讀取數據寄存器不為空

USART1->CR1 |=1<<4;// 檢測到空閑線路

打開NVIC中斷：

找到密鑰

設置分組

圖13 打開NVIC中斷流程

SCB->AIRCR = 0x05FA0500;//優先級分組5

找到串口1中斷向量號，設置優先級

圖14串口1中斷向量號

分組為5,7-5=2，說明搶占優先級可以有2（7、6）位配置。USART1的向量號位37，可寫入下面代碼。如圖

NVIC->IP[37] = 0xf0;              //串口1 搶占優先級3 響應優先級3

圖14優先級配置

圖15串口1中斷使能寄存器

NVIC->ISER[1] = 1<<(37-32);//串口1使能 中斷號37

4.4.3 串口1中斷服務函數

圖16串口1中斷寄存器配置與代碼

一、接收中斷分析：

• 讀取數據寄存器，接收中斷標志位自動清零。
• 對接收中斷標志位，寫入0，將該位進行清零操作。
  

rc_w0的理解：

圖17 rc_w0的理解：

所以，當發生接收中斷，你在讀數據寄存器時，接收中斷標志位，已經自動清零了，無需手動清零。

圖18接收代碼的深入理解：

二、空閑中斷分析：

空閑中斷，第一次空閑，發生中斷，空閑標志位置1，讀入 USART_SR 寄存器，然后讀入 USART_DR 寄存器，可對空閑標志位清零。

注意：當有新的空閑時（相對于前一次），才會發生第二次空閑中斷，所以空閑中斷與接收中斷密不可分、相互聯系。接收就不會空閑，空閑就說明沒有數據發送過來，所以接收中斷常常與空閑中斷配合使用。

4.4.4 小結

中斷時STM32的靈魂，是一個難點、好用、靈活的東西，用好它能使能的程序變化很靈活、高效，用不好也可是你代碼性能變壞，本章只是簡單的介紹了STM32的中斷。NVIC是個內核的秘書，管理著全部的外部中斷，外部的模塊若想打開中斷，除了打開自己模塊的中斷開關，還有打NVIC對應的中斷開關。

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