stm32中断(NVIC与EXTI)说课讲解

s t m32中断(N V I C与

E X T I)

一、本章大纲

一、嵌套向量中断控制器—NVIC

CM3内核搭载了一个异常响应系统，通过NVIC（嵌套向量中断控制器）来管理和配置。NVIC是一个总的控制器，相当于51的IE，不论是来自CM3内部的异常还是来自外设的中断，都进入该控制器进行处理和逻辑控制。并且NVIC还通过优先级系统，来控制中断的嵌套。

1.中断优先级

①优先级的数值越小，则优先级越高。②NVIC支持中断嵌套，使得高优先级异常会抢占低优先级异常。

③有3个系统异常：复位、NMI（不可屏蔽中断）以及硬件失效（Hard fault），它们有固定的优先级，并且它们的优先级号是负数，从而高于所有其他异常。

原则上，NVIC支持3个固定的高优先级和多达256级的可设置优先级，用一个字节的8个比特位来表示。

STM32F107采用最高有效位对齐，在设计时裁掉表达优先级的4个低端有效位，所以只支持16级优先级。

2.抢占优先级与从优先级

NVIC中有一个寄存器是“应用程序中断及复位控制寄存器”，它里面有一个位段名为“优先级组”。它把优先级分为2个位段：

MSB所在的位段对应抢占优先级，抢占优先级决定了抢占行为。

LSB所在的位段对应从优先级，从优先级则处理“内务”。

在STM32F107中，只使用4个位来表达优先级（[7:4]），如果抢占优先级组从比特5处分，则得到4级抢占优先级，且在每个抢占优先级的内部有4个从优先级（00 01 10 11）。

3.中断输入与悬起

当中断输入脚被置为有效后，该中断就被“悬起”。所谓“悬起”，也就是等待、就绪的意思。即使后来中断源撤消了中断请求，已经被标记成悬起的中断也被记录下来。

当某中断的服务程序开始执行时，就称此中断进入了“活跃”状态，并且其悬起位会被硬件自动清除。在一个中断活跃后，直到其服务例程执行完毕，并且返回后，才能对该中断的新请求予以响应。

当NVIC响应一个中断时，会自动完成以下三项工作，以便安全、准确地跳转到相应的中断服务程序：

入栈：把8个寄存器的值压入栈。当响应中断时，如果当前的代码正在使用PSP，则压入PSP（进程堆栈），否则就压入MSP（主堆栈）。一旦进入了服务例程，就一直使用主堆栈。在自动入栈的过程中，将寄存器写入堆栈的顺序与时间顺序无关，CM3会保证正确的寄存器被保存到正确的位置。

取向量：当数据总线（系统总线）进行入栈操作时，指令总线（I-Code总线）正在从向量表中找出正确的中断向量与对应的服务程序入口地址。

更新寄存器。

注意：

①如果在某个中断得到响应之前，其悬起状态被清除了，则中断被取消。

②新请求在得到响应时，由硬件自动清零其悬起标志位。

③如果中断源咬住请求信号不放，该中断就会在其上次服务例程返回后再次被置为悬起状态。

④如果某个中断在得到响应之前，其请求信号以若干的脉冲的方式呈现，则被视为只有一次中断请求

⑤如果在服务例程执行时，中断请求释放了，但是在服务例程返回前又重新被置为有效，则NVIC会记住此动作，重新悬起该中断。

4.中断返回

当中断完成，返回主程序时，NVIC自动完成以下两步：

①出栈：先前压入栈中的寄存器在这里恢复。内部的出栈顺序与入栈时的相对应，堆栈指针的值也改回先前的值。

②更新NVIC 寄存器：伴随着中断的返回，它的活动位也被硬件清除。对于外部中断，倘若中断输入再次被置为有效，则悬起位也将再次置位，新一次的中断响应序列也会再次开始。

5.CM3异常和中断系统--SYSTICK定时器

SysTick定时器被捆绑在NVIC中，用于产生SysTick异常（异常号15）。它又叫滴答中断，它的作用是规定不同任务执行时间，防止一个任务一直霸占系统。此外，还有操作系统提供的各种定时功能，都与滴答中断有关。

在STM32F107中，系统嘀嗒校准值固定为9000，当系统嘀嗒时钟设定为9MHz（HCLK/8的最大值）时产生1ms 时间基准。

对于SysTick，库函数文件misc.c中也有一个函数可以对其时钟源进行配置，该函数的原型为：

SysTick_CLKSourceConfig( ) /*source（源头）；config（配置）

6.中断向量

当发生了异常或中断，并且要响应它时，CM3 需要定位其服务程序的入口地址。通过入口地址找到相应的中断服务程序。这些入口地址存储在“（异常）向量表”中。

缺省情况下，CM3 认为（异常）向量表位于零地址处，且各向量占用 4 字节。STM32F107的异常响应系统是CM3的裁剪和细化。

在STM32F107中，这种映射关系具体体现在启动代码

startup_stm32f10x_cl.s文件中。该文件已经对这些向量表等进行了映射和配置，并指定了中断服务程序的名称，出于标准化和固件库的要求，一般不建议进行修改。该文件由汇编写成。

【代码4- 2】 startup_stm32f10x_cl.s

/*复位异常服务函数，函数名为Reset_Handler。PROC表示：定义子程

序。与ENDP相对应。

Reset_Handler PROC

/*输出一个标号，供全局使用。[WEAK]表示如果其他文件同样定义了该标号，则不使用[WEAK]定义的本标号。

EXPORT Reset_Handler [WEAK]

；从其他文件读入一个标号SystemInit

IMPORT SystemInit

；从其他文件读入一个标号main

IMPORT __main

将SystemInit标号地址赋值给R0并跳转

LDR R0, =SystemInit

BLX R0

；将main标号地址赋值给R0并跳转

LDR R0, =__main

BX R0

ENDP

二、外部中断/事件控制器EXTI

与NVIC不同，外部中断/事件控制器EXTI是STM32F107的一个外设，不属于CM3内核的范畴，主要用于配置GPIO的外部中断线。对于一般中断来说，还需要配合NVIC设置其优先级才能真正的正常工作。

主要特性为：EXTI由20个产生事件/中断请求的边沿检测器组成。每个中断/事件都有独立的触发和屏蔽。每个中断线都有专用的状态位。支持多达20个软件的中断/ 事件请求。检测脉冲宽度低于APB2时钟宽度的外部信号。