STM32的Cortex-M3中断异常处理

yingujun 2018-11-16 8219

控制/MCU

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描述

前段时间用STM32F103VBT6写了一个中断的函数，借此机会想了解下STM32的中断机制，用过之后发现STM32的中断配置相当灵活，稳定行很高，测试发现几乎没出过什么差错。我在程序里开了三个中断，一个计数器用于精确延时用，另外两个为外部事件处理中断，下面一一详细介绍，方便初学者入门。

在进行STM32中断配置之前首先需要了解下它的中断部分：

一、Cortex-M3中断机制

在STM32处理器中有43个可屏蔽中断通道（不包含 16个 Cortex？-M3的中断线）。共设置了16个可编程的优先等级（使用了 4位中断优先级）；它的嵌套向量中断控制器（NVIC）和处理器核的接口紧密相连，可以实现低延迟的中断处理和有效处理地处理晚到的中断。嵌套向量中断控制器管理着包括核异常等中断。

Cortex—M3是一个32位的核，在传统的单片机领域中，有一些不同于通用32位CPU应用的要求。比如在工控领域，用户要求具有更快的中断速度，Cortex-M3采用了Tail-Chaining中断技术，完全基于硬件进行中断处理，最多可减少12个时钟周期数，在实际应用中可减少70%中断。

异常或者中断是处理器响应系统中突发事件的一种机制。当异常发生时，Cortex—M3通过硬件自动将编程计数器（PC）、编程状态寄存器（XPSR）、链接寄存器（LR）和R0～R3、R12等寄存器压进堆栈。在Dbus（数据总线）保存处理器状态的同时，处理器通过Ibus（指令总线）从一个可以重新定位的向量表中识别出异常向量，并获取ISR函数的地址，也就是保护现场与取异常向量是并行处理的。一旦压栈和取指令完成，中断服务程序或故障处理程序就开始执行。执行完ISR，硬件进行出栈操作，中断前的程序恢复正常执行。图1为Cortex—M3处理器的异常处理流程。

Cortex-M3

二、STM32 SysTick 介绍

Cortex-M3的内核中包含一个SysTick时钟。SysTick为一个24位递减计数器，SysTick设定初值并使能后，每经过1个系统时钟周期，计数值就减1 。计数到0时SysTick计数器自动重装初值并继续计数，同时内部的COUNTFLAG 标志会置位，触发中断（如果中断使能情况下）。

对于STM32系列微处理器来说，执行一条指令只有几十个 ns ，进行 for 循环时，要实现N毫秒的x值非大，而且由于系统频率的宽广，很难计算出延时N毫秒的精确值。针对STM32微处理器，需要重新设计一个新的方法去实现该功能，因此，在STM32的应用中，使用Cortex-M3内核的SysTick 作为定时时钟，设定每一毫秒产生一次中断，在中断处理函数里对N减一，在Delay（N）函数中循环检测N是否为0，不为0则进行循环等待；若为 0 则关闭 SysTick 时钟，退出函数，这种延时函数的做法能很高效地实现精确定时。

三、SysTick编程实现Delay（N）函数

思路：利用systick定时器为递减计数器，设定初值并使能它后，它会每个系统时钟周期计数器减 1 ，计数到 0 时，SysTick 计数器自动重装初值并继续计数，同时触发中断。那么每次计数器减到 0 ，

时间经过了：

T = 系统时钟周期x计数器初值

比如使用 72M 作为系统时钟，那么每次计数器减 1 所用的时间是 1/72M ，计数器的初值如果是 72000 ，那么每次计数器减到 0 ，时间经过（1/72M） * 72000 =0.001s ，即 1ms.

有了以上思路做铺垫后，为了实现首先我们需要一个72MHz的SysTick时钟。

第一步配置RCC寄存器和SysTick寄存器

由于系统时钟（SysTick）可选择为PLL输出、HSI或者HSE，在这里选择9倍频的PLL作为SysTick的时钟源，同时HCLK（AHB Clock）时钟也相应的配置成72MHz了，因为最终SysTick是需要通过AHB后输出的，所以在配置的同时也需要选择AHB 时钟，这里选择为RCC_SYSCLK_Div1（咖啡色部分）表示AHB 时钟 = 系统时钟，相关配置见下面函数（RCC_Configuration）红色字体部分。这里需要特别强调一点，有关书籍里常提到“SysTick的最高频率为 9MHz （最大为HCLK/ 8），在这个条件下，把SysTick重装载值设置为9000，将SysTick时钟设置为9MHz，就能够产生1ms 的时间基值”刚开始对这句话感到很迷惑，因为，有的地方介绍SysTick没有说最大频率智能9MHz，这里却指出会被8分频，两者出现了矛盾！相信有过我这种疑惑的人不在少数！究其原因我猜想是原文作者没有说明这点，转载的人见到有相关的知识便直接转载了，自己也没去想，估计也没弄明白过，这样便一个个都转开了，所以我建议在吸取别人精华时要多多思考，只有注入了自己的新元素知识才是被真正吸收了，否则即使涉猎的再多，也只是收藏！现在再来分析下上面的那个矛盾点，其实应该这么理解的，在STM32中，SysTick的架构其实是这么回事的：首先选择时钟源--》AHB--》这里便分走两路，其一被8分频，也便出现了最高频率9MHz的结果；其二作为FCLK（CM3上的自由运行时钟）直接从AHB输出，这里却是没有再分频的，其频率就是AHB时钟频率，最大可以达到72MHz，下面程序对其设置也是在72MHz的的情况下的，具体可以参考STM32时钟架构这幅图，如下：

Cortex-M3

void RCC_Configuration（void）

{

RCC_DeInit（）;

RCC_HSEConfig（RCC_HSE_ON）;

HSEStartUpStatus=RCC_WaitForHSEStartUp（）;

if（HSEStartUpStatus==SUCCESS）

{

RCC_HCLKConfig（RCC_SYSCLK_Div1）;

RCC_PCLK2Config（RCC_HCLK_Div1）;

RCC_PCLK1Config（RCC_HCLK_Div2）;

FLASH_SetLatency（FLASH_Latency_2）;

FLASH_PrefetchBufferCmd（FLASH_PrefetchBuffer_Enable）;

RCC_PLLConfig（RCC_PLLSource_HSE_Div1，RCC_PLLMul_9）;

RCC_PLLCmd（ENABLE）;

while（RCC_GetFlagStatus（RCC_FLAG_PLLRDY）==RESET）

{

}

RCC_SYSCLKConfig（RCC_SYSCLKSource_PLLCLK）;

while（RCC_GetSYSCLKSource（）！=0x08）

{

}

RCC_APB2PeriphClockCmd（RCC_APB2Periph_GPIOA|RCC_APB2Periph_GPIOE|

RCC_APB2Periph_AFIO，ENABLE）;

}

配置完了RCC后，接下来便是需要配置SysTick了，使用 ST 的函数库使用 systick 的方法一般步骤如下所示：

1 、调用 SysTick_CounterCmd（） -- 失能 SysTick 计数器

2 、调用 SysTick_ITConfig （） -- 失能 SysTick 中断

3 、调用 SysTick_CLKSourceConfig（） --设置 SysTick 时钟源。

4 、调用 SysTick_SetReload（） --设置 SysTick 重装载值。

5 、调用 SysTick_ITConfig （） --使能 SysTick 中断

6 、调用 SysTick_CounterCmd（） --开启 SysTick 计数器

SysTick_Configuration：配置 SysTick

void SysTick_Configuration（void）

{

SysTick_CLKSourceConfig（SysTick_CLKSource_HCLK）;

NVIC_SystemHandlerPriorityConfig（SystemHandler_SysT

SysTick_ITConfig（ENABLE）;

}

编写响应的中断服务子函数，这个先对比较简单，直接在stm32f10x_it.h的void SysTickHandler（void）函数里填充计数值便可：

vu32 TimingDelay = 0;

void SysTickHandler（void）

{

TimingDelay--;

}

记住，在调用它的.C文件里记得申明TimingDelay这个变量为全局变量，否则无法使用这个计数值：

extern vu32 TimingDelay;

上面函数只是完成了前5步，接下来需要开启SysTick计数器以便让其工作，前面已经说过在SysTick一般多用于做精确延时用，故而对于这个延时函数它的生命周期便在调用开始到调用结束，所以第6部一般放在被调用的这个函数中（Delay（N））：

void Delay（u32 nTime）

{

SysTick_CounterCmd（SysTick_Counter_Enable）;

TimingDelay = nTime;

while（TimingDelay ！= 0）;

SysTick_CounterCmd（SysTick_Counter_Disable）;

SysTick_CounterCmd（SysTick_Counter_Clear）;

}

至此，一个小的时钟便算配置好了，接下来配置其他两个中断，道理是一样的，这两个为按键输入，作为外部中断事件，分为两个部分，其一为端口配置在GPIO_Configration函数中，选择工作模式为上拉输入，用作外部中断线路，下降沿触发

void GPIO_Configration（void）

{

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_11;

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IPU;

GPIO_Init（GPIOA，&GPIO_InitStructure）;

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_12;

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IPU;

GPIO_Init（GPIOA，&GPIO_InitStructure）;

GPIO_EXTILineConfig（GPIO_PortSourceGPIOA，GPIO_PinSource11）;

GPIO_EXTILineConfig（GPIO_PortSourceGPIOA，GPIO_PinSource12）;

EXTI_InitStructure.EXTI_Line=EXTI_Line11|EXTI_Line12;

EXTI_InitStructure.EXTI_Mode=EXTI_Mode_Interrupt;

EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger=EXTI_Trigger_Falling;

EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd=ENABLE;

EXTI_Init（&EXTI_InitStructure）;

}

其二是NVIC嵌

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