STM32學習筆記：外部中斷的使用

中斷對于開發嵌入式系統來講的地位絕對是毋庸置疑的，在C51單片機時代，一共只有5個中斷，其中2個外部中斷，2個定時/計數器中斷和一個串口中斷，但是在STM32中，中斷數量大大增加，而且中斷的設置也更加復雜。今天就將來探討一下關于STM32中的中斷系統。

1 基本概念

ARM Coetex-M3內核共支持256個中斷，其中16個內部中斷，240個外部中斷和可編程的256級中斷優先級的設置。STM32目前支持的中斷共84個（16個內部+68個外部），還有16級可編程的中斷優先級的設置，僅使用中斷優先級設置8bit中的高4位。

STM32可支持68個中斷通道，已經固定分配給相應的外部設備，每個中斷通道都具備自己的中斷優先級控制字節PRI_n(8位，但是STM32中只使用4位，高4位有效)，每4個通道的8位中斷優先級控制字構成一個32位的優先級寄存器。68個通道的優先級控制字至少構成17個32位的優先級寄存器。

4bit的中斷優先級可以分成2組，從高位看，前面定義的是搶占式優先級，后面是響應優先級。按照這種分組，4bit一共可以分成5組

第0組：所有4bit用于指定響應優先級；

第1組：最高1位用于指定搶占式優先級，后面3位用于指定響應優先級；

第2組：最高2位用于指定搶占式優先級，后面2位用于指定響應優先級；

第3組：最高3位用于指定搶占式優先級，后面1位用于指定響應優先級；

第4組：所有4位用于指定搶占式優先級。

所謂搶占式優先級和響應優先級，他們之間的關系是：具有高搶占式優先級的中斷可以在具有低搶占式優先級的中斷處理過程中被響應，即中斷嵌套。

當 兩個中斷源的搶占式優先級相同時，這兩個中斷將沒有嵌套關系，當一個中斷到來后，如果正在處理另一個中斷，這個后到來的中斷就要等到前一個中斷處理完之后 才能被處理。如果這兩個中斷同時到達，則中斷控制器根據他們的響應優先級高低來決定先處理哪一個；如果他們的搶占式優先級和響應優先級都相等，則根據他們 在中斷表中的排位順序決定先處理哪一個。每一個中斷源都必須定義2個優先級。

有幾點需要注意的是：

1）如果指定的搶占式優先級別或響應優先級別超出了選定的優先級分組所限定的范圍，將可能得到意想不到的結果；

2）搶占式優先級別相同的中斷源之間沒有嵌套關系；

3）如果某個中斷源被指定為某個搶占式優先級別，又沒有其它中斷源處于同一個搶占式優先級別，則可以為這個中斷源指定任意有效的響應優先級別。

2 GPIO外部中斷

STM32中，每一個GPIO都可以觸發一個外部中斷，但是，GPIO的中斷是以組位一個單位的，同組間的外部中斷同一時間只能使用一個。比如說，PA0，PB0，PC0，PD0，PE0，PF0，PG0這些為1組，如果我們使用PA0作為外部中斷源，那么別的就不能夠再使用了，在此情況下，我們智能使用類似于PB1，PC2這種末端序號不同的外部中斷源。每一組使用一個中斷標志EXTIx。EXTI0 – EXTI4這5個外部中斷有著自己的單獨的中斷響應函數，EXTI5-9共用一個中斷響應函數，EXTI10-15共用一個中斷響應函數。

對于中斷的控制，STM32有一個專用的管理機構：NVIC。對于NVIC的詳細解釋，可以參考《ARM Cortex-M3權威指南》，Joseph Yiu著，宋巖譯，北京航空航天大學出版社出版，第8章NVIC與中斷控制。中斷的使能，掛起，優先級，活動等等部都是NVIC在管理的。因為我學習STM32重點在于如何開發程序，所以內部的一些東西，在此我就不詳細說明了，有感興趣的可以參看上面提到的那本數。

3 程序開發

其實上面那些基本概念和知識只是對STM32的中斷系統有一個大概的認識，用程序說話將會更能夠加深如何使用中斷。使用外部中斷的基本步驟如下：

1.       設置好相應的時鐘；

2.       設置相應的中斷；

3.       IO口初始化；

4.       把相應的IO口設置為中斷線路（要在設置外部中斷之前）并初始化；

5.       在選擇的中斷通道的響應函數中中斷函數。

根據開發板的原理圖，K1/K2/K3連接的是PC5/PC2/PC3，因此我將用EXTI5/EXTI2/EXTI3三個外部中斷。PB5/PD6/PD3分別連接了三個LED燈。中斷的效果是按下按鍵，相應的LED燈將會被點亮。

1.       設置相應的時鐘

首先需要打開GPIOB、GPIOC和GPIOE（因為按鍵另外一端連接的是PE口）。然后由于是要用于觸發中斷，所以還需要打開GPIO復用的時鐘。相應的函數在GPIO的學習筆記中有了詳細了解釋。詳細代碼如下：

void RCC_cfg()

{

       //打開PE PD PC PB端口時鐘，并且打開復用時鐘

       RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOE | RCC_APB2Periph_GPIOC | RCC_APB2Periph_GPIOD | RCC_APB2Periph_GPIOB | RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);

}

    設置相應的時鐘所需要的RCC函數在stm32f10x_rcc.c中，所以要在工程中添加此文件。

2.       設置好相應的中斷

設置相應的中斷實際上就是設置NVIC，在STM32的固件庫中有一個結構體NVIC_InitTypeDef，里面有相應的標志位設置，然后再用NVIC_Init()函數進行初始化。詳細代碼如下：

void NVIC_cfg()

{

        NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

        NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);                          //選擇中斷分組2

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI2_IRQChannel;     //選擇中斷通道2

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0; //搶占式中斷優先級設置為0

        NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;        //響應式中斷優先級設置為0

        NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;                                   //使能中斷

        NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

        NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI3_IRQChannel;            //選擇中斷通道3

        NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1; //搶占式中斷優先級設置為1

        NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;  //響應式中斷優先級設置為1

        NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;                                   //使能中斷

        NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

        NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI9_5_IRQChannel;  //選擇中斷通道5

        NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2; //搶占式中斷優先級設置為2

        NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 2;  //響應式中斷優先級設置為2

        NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;                                   //使能中斷

        NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

}

由于有3個中斷，因此根據前文所述，需要有3個bit來指定搶占優先級，所以選擇第2組。又由于EXTI5-9共用一個中斷響應函數，所以EXTI5選擇的中斷通道是EXTI9_5_IRQChannel，詳細信息可以在頭文件中查詢得到。用到的NVIC相關的庫函數在stm32f10x_nivc.c中，需要將此文件復制并添加到工程中。具體位置可以查看關于GPIO的筆記。這段代碼編譯起來沒有任何問題，但是在鏈接的時候就會報錯，需要把STM32F10xR.LIB加入工程中，具體位置在…KeilARMRV31LIBSTSTM32F10xR.LIB。

3.       IO口初始化

void IO_cfg()

{

       GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

       GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2;                                             //選擇引腳2

       GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;           //輸出頻率最大50MHz

      GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;                  //帶上拉電阻輸出

       GPIO_Init(GPIOE,&GPIO_InitStructure);

       GPIO_ResetBits(GPIOE,GPIO_Pin_2);                              //將PE.2引腳設置為低電平輸出

       GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2 | GPIO_Pin_3 | GPIO_Pin_5; //選擇引腳2 3 5

       GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING; //選擇輸入模式為浮空輸入

       GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;          //輸出頻率最大50MHz

       GPIO_Init(GPIOC,&GPIO_InitStructure);                                 //設置PC.2/PC.3/PC.5

       GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_3 | GPIO_Pin_6;                  //選擇引腳3 6

       GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;           //輸出頻率最大50MHz

      GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;                  //帶上拉電阻輸出

       GPIO_Init(GPIOD,&GPIO_InitStructure);

       GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5;                                         //選擇引腳5

       GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;          //輸出頻率最大50MHz

      GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;                  //帶上拉電阻輸出

       GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);        

}

其中連接外部中斷的引腳需要設置為輸入狀態，而連接LED的引腳需要設置為輸出狀態，初始化PE.2是為了使得按鍵的另外一端輸出低電平。GPIO中的函數在stm32f10x_gpio.c中。

4.       把相應的IO口設置為中斷線路

由于GPIO并不是專用的中斷引腳，因此在用GPIO來觸發外部中斷的時候需要設置將GPIO相應的引腳和中斷線連接起來，具體代碼如下：

void EXTI_cfg()

{

       EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStructure;

       //清空中斷標志

       EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line2);

       EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line3);

       EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line5);

       //選擇中斷管腳PC.2 PC.3 PC.5

       GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOC, GPIO_PinSource2);

       GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOC, GPIO_PinSource3);

       GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOC, GPIO_PinSource5);

       EXTI_InitStructure.EXTI_Line = EXTI_Line2 | EXTI_Line3 | EXTI_Line5; //選擇中斷線路2 3 5

       EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt; //設置為中斷請求，非事件請求

       EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Rising_Falling; //設置中斷觸發方式為上下降沿觸發

       EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE;                                          //外部中斷使能

      EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);

}

EXTI_cfg中需要調用到的函數都在stm32f10x_exti.c。

5.       寫中斷響應函數

STM32不像C51單片機那樣，可以用過interrupt關鍵字來定義中斷響應函數，STM32的中斷響應函數接口存在中斷向量表中，是由啟動代碼給出的。默認的中斷響應函數在stm32f10x_it.c中。因此我們需要把這個文件加入到工程中來。

在這個文件中，我們發現，很多函數都是只有一個函數名，并沒有函數體。我們找到EXTI2_IRQHandler()這個函數，這就是EXTI2中斷響應的函數。我的目標是將LED燈點亮，所以函數體其實很簡單：

void EXTI2_IRQHandler(void)

{

       //點亮LED燈

       GPIO_SetBits(GPIOD,GPIO_Pin_6);

       //清空中斷標志位，防止持續進入中斷

       EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line2);

}

void EXTI3_IRQHandler(void)

{

       GPIO_SetBits(GPIOD,GPIO_Pin_3);

       EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line3);

}

void EXTI9_5_IRQHandler(void)

{

       GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);

       EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line5);

}

由于EXTI5-9是共用一個中斷響應函數，因此所有的EXTI5 – EXTI9的響應函數都寫在這個里面。

6.       寫主函數

#include "stm32f10x_lib.h"

void RCC_cfg();

void IO_cfg();

void EXTI_cfg();

void NVIC_cfg();

int main()

{

          RCC_cfg();

          IO_cfg();

          NVIC_cfg();

          EXTI_cfg();

          while(1);            

}

main函數前是函數聲明，main函數函數體中都是調用初始化配置函數，然后進入死循環，等待中斷響應。