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一文详解STM32F103单片机中断架构

Baekhyn0506 2023-01-19 8442

控制/MCU

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描述

3.1 STM32F103中断概述

Cortex-M3内核支持256个中断，其中包含了16个内核中断和240个外部中断，并且具有256级的可编程中断设置。但STM32并没有使用Cortex-M3内核的全部东西，而是只用了它的一部分。STM32有84个中断，包括16个内核中断和68个可屏蔽中断，具有16级可编程的中断优先级。而我们常用的就是这68个可屏蔽中断，但是STM32的68个可屏蔽中断，在STM32F103ZET6中只有60个。

3.2 STM32F103中断优先级

3.2.1 优先级结构

STM32F103的中断分为抢占优先级和响应优先级两种，这两种优先级的顺序是抢占优先级高于响应优先级，假设存在两个事件，那就会存在以下几种可能：

（1）情况1：事件1和事件2的抢占优先级都是1，事件1的响应优先级为1，事件2的响应优先级为2，那么事件1和事件2同时发生的时候，CPU优先处理事件1，然后处理事件2；

（2）情况2：事件1和事件2的响应优先级都是1，事件1的抢占优先级为2，事件2的抢占优先级为1，那么，事件1和事件2同时发生的时候，CPU优先处理事件2，然后处理事件1；

（3）情况3：事件1的响应优先级为1，事件2的响应优先级为2，事件1的抢占优先级为2，事件2的抢占优先级为1，当事件1和事件2同时发生的时候，CPU优先处理事件2，然后处理事件1；

通过上面两种情况，我们可以发现，当抢占优先级一致，谁的响应优先级的数小，谁的优先级就高，中断同时发生的时候CPU就先处理谁；如果抢占优先级不一样，那么无所谓响应优先级，谁的抢占优先级数小，优先级就高，中断同时发生的时候CPU就先处理谁。

STM32F103的抢占优先级和响应优先级各有4级，即0~3，根据乘法原理，也从侧面反映了16级可编程的中断优先级，并且抢占优先级和响应优先级的数量是可以设置的，通过中断分组来配置，中断分组和优先级数量的对应如下表所示。

组 抢占优先级数量 响应优先级处理
0 0 4
1 1 3
2 2 2
3 3 1
4 4 0

3.2.2 相关寄存器

（1） 中断应用和复位控制寄存器 ：AIRCR

31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16
KEY[15:0]
15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
END - GROUP[2:0] - REQ ACT RST

Bit 31~Bit 16：激活代码，写入0x05FA激活寄存器

Bit 15：指示数据的字节序（这只能在重置后更改）

0：表示小尾数 1：表示大字节序 Bit 10~Bit 8：中断优先级分组

Bit 2：请求芯片控制逻辑产生复位

Bit 1：清除所有活动状态信息中的异常

Bit 0：重置Cortex-M3处理器（调试逻辑除外）

（2） 中断使能寄存器组 ：ISER

在STM32中，ISER寄存器一共有3个，ISER[0]的0到31位对应中断031，ISER[1]的0到31位对应中断3263，ISER[2]的0到3对应中断64~67，如果需要使能某个中断，必须设置对应的ISER位为1，要清除的话可以设置ICER寄存器组对应位为1，或者对ISER写0，但是对于ICER寄存器组写0是不起作用的。

（3） 中断优先级控制寄存器组 ：IP

对于STM32，优先级控制寄存器IP一共有68个，对应着68个中断，每个寄存器的结构都是相同的，如下图所示。

Bit 7 Bit 6 Bit 5 Bit 4 Bit 3 Bit 2 Bit 1 Bit 0
PrePriority[1:0] SubPriority[1:0] -

Bit 7~Bit 6：抢占优先级

Bit 5~Bit 4：响应优先级

3.2.3 中断优先级配置函数

/***************************************************
Name    :NVIC_Init
Function  :设置NVIC
Parameter  :
      PrePriority  :抢占优先级
      SubPriority  :响应优先级
      Channel    :中断编号
      Group    :中断分组 0~4
Return    :None
***************************************************/
void NVIC_Init( u8 PrePriority, u8 SubPriority, u8 Channel, u8 Group )
{
  u32 temp, temp1 ;
  //设置分组
  temp1 = ( ~Group )&0x07 ;                  //取后三位
  temp1 <<= 8 ;
  temp = SCB->AIRCR ;                    //读取先前的设置
  temp &= 0x0000F8FF ;                    //清空先前分组
  temp |= 0x05FA0000 ;                    //写入钥匙
  temp |= temp1 ;     
  SCB->AIRCR = temp ;                    //设置分组
  //设置优先级
  temp = ( u32 )PrePriority<<( 4-Group ) ;
  temp |= SubPriority&( 0x0f>>Group ) ;
  temp &= 0x0F ;                      //取低四位
  NVIC->ISER[ Channel/32 ] |= ( 1<IP[ Channel ] |= temp<<4 ;              //设置响应优先级和抢断优先级
}

3.3 外部中断EXIT结构

3.3.1 EXIT概述

外部中断/事件控制器由连接线设备中的多达20个边缘检测器或其他设备中的19个边缘检测器组成，用于生成事件/中断请求。每条输入线可以独立配置以选择类型（事件或中断）和相应的触发事件（上升或下降或两者）。每条线也可以独立屏蔽。

对于STM32来说，每一个端口都可以配置为外部中断，根据中断信号的类型都可以单独配置上升沿触发或者下降沿触发，中断服务函数相互独立。

3.3.2 EXIT相关寄存器

（1） 中断屏蔽寄存器 ：IMR

31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16
- M19 M18 M17 M16
15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
M15 M14 M13 M12 M11 M10 M9 M8 M7 M6 M5 M4 M3 M2 M1 M0

Bit 19~Bit 0：线x上的中断请求配置位

0：禁止输入线x上的中断请求

1：允许输入线x上的中断请求

（2） 上升沿触发选择寄存器 ：RTSR

31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16
- R19 R18 R17 R16
15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
R15 R14 R13 R12 R11 R10 R9 R8 R7 R6 R5 R4 R3 R2 R1 R0

Bit 19~Bit 0：线x上的上升沿触发事件配置位

0：禁止输入线x上的上升沿触发

1：允许输入线x上的上升沿触发

（3） 下降沿触发选择寄存器 ：FTSR

31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16
- F19 F18 F17 F16
15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
F15 F14 F13 F12 F11 F10 F9 F8 F7 F6 F5 F4 F3 F2 F1 F0

Bit 19~Bit 0：线x上的下降沿触发事件配置位

0：禁止输入线x上的下降沿触发

1：允许输入线x上的下降沿触发

（4） 外部中断配置寄存器1 ：EXTIXR1

31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16
-
15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
EXTI3[3:0] EXTI2[3:0] EXTI1[3:0] EXTI0[3:0]

EXTIx[3:0]：EXTIx配置(x = 0~3)

0000：PA[x]引脚 0100：PE[x]引脚 0001：PB[x]引脚 0101：PF[x]引脚

0010：PC[x]引脚 0110：PG[x]引脚 0011：PD[x]引脚

（5） 外部中断配置寄存器2 ：EXTIXR2

31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16
-
15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
EXTI7[3:0] EXTI6[3:0] EXTI5[3:0] EXTI4[3:0]

EXTIx[3:0]：EXTIx配置(x = 4~7)

0000：PA[x]引脚

0100：PE[x]引脚

0001：PB[x]引脚

0101：PF[x]引脚

0010：PC[x]引脚

0110：PG[x]引脚

0011：PD[x]引脚

（6） 外部中断配置寄存器3 ：EXTIXR3

31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16
-
15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
EXTI11[3:0] EXTI10[3:0] EXTI9[3:0] EXTI8[3:0]

EXTIx[3:0]：EXTIx配置(x = 8~11)

0000：PA[x]引脚

0100：PE[x]引脚

0001：PB[x]引脚

0101：PF[x]引脚

0010：PC[x]引脚

0110：PG[x]引脚

0011：PD[x]引脚

（7） 外部中断配置寄存器4 ：EXTIXR4

31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16
-
15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
EXTI15[3:0] EXTI14[3:0] EXTI13[3:0] EXTI12[3:0]

EXTIx[3:0]：EXTIx配置(x = 12~15)

0000：PA[x]引脚

0100：PE[x]引脚

0001：PB[x]引脚

0101：PF[x]引脚

0010：PC[x]引脚

0110：PG[x]引脚

0011：PD[x]引脚

（8） APB2外设时钟使能寄存器 ：APB2ENR

31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16
-
15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
- USART1EN - SPI1EN TIM1EN ADC2EN ADC1EN - IOPEEN IOPDEN IOPCEN IOPBEN IOPAEN - AFIOEN

Bit 14：USART1时钟使能（写1开启，写0关闭）

Bit 12：SPI1时钟使能（写1开启，写0关闭）

Bit 11：TIM1时钟使能（写1开启，写0关闭）

Bit 10：ADC2时钟使能（写1开启，写0关闭）

Bit 9：ADC1时钟使能（写1开启，写0关闭）

Bit 6：GPIOE时钟使能（写1开启，写0关闭）

Bit 5：GPIOD时钟使能（写1开启，写0关闭）

Bit 4：GPIOC时钟使能（写1开启，写0关闭）

Bit 3：GPIOB时钟使能（写1开启，写0关闭）

Bit 2：GPIOA时钟使能（写1开启，写0关闭）

Bit 0：辅助功能IO时钟使能（写1开启，写0关闭）

3.3.3 外部中断配置函数

/***************************************************
Name    :EXIT_Config
Function  :外部中断配置
Parameter  :
      GPIOx:0~6,代表GPIOA~G
      BITx:需要使能的位 
      TRIM:触发模式
        1:下升沿
        2:上降沿
        3:任意电平触发
Return    :None
***************************************************/
void EXIT_Config( u8 GPIOx, u8 BITx, u8 TRIM )
{
  u8 EXTADDR ;
  u8 EXTOFFSET ;
  EXTADDR = BITx/4 ;                      //得到中断寄存器组的编号
  EXTOFFSET = ( BITx%4 )*4 ;
  RCC->APB2ENR |= 0x01 ;                    //使能io复用时钟       
  AFIO->EXTICR[ EXTADDR ] &= ~( 0x000F<<EXTOFFSET );      //清除原来设置
  AFIO->EXTICR[ EXTADDR ] |= GPIOx<<EXTOFFSET ;        //EXTI.BITx映射到GPIOx.BITx
  EXTI->IMR |= 1<<BITx ;                    //开启line BITx上的中断
   if( TRIM&0x01 )  EXTI->FTSR |= 1<<BITx ;            //下降沿触发
  if( TRIM&0x02 )  EXTI->RTSR |= 1<<BITx ;            //上升降沿触发
}

3.4 其他文件的添加

3.4.1 寄存器定义文件

（1）添加用到的NVIC寄存器组和EXTI寄存器组的定义。

Cortex-M3

（2）定义寄存器组地址

Cortex-M3

3.4.2 sys.h文件

Cortex-M3

上图就是添加子函数声明，为了用于其他文件调用。

3.4.3 sys.c文件

（1）在STM32时钟配置函数之前增加复位时钟和中断的功能，最终函数如下图所示。

Cortex-M3

（2）添加刚才的两个子函数

Cortex-M3

Cortex-M3

至此，sys文件里面最基础的函数就全部添加完毕了。

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