第十二讲：中断系统

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通过在软件中断/事件寄存器写’1’，也可以通过软件产生中断/事件请求。
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NVIC的访问地址是0xE000_E000～EFFF。所有NVIC的中断控制/状态寄存 器都只能在特权级下访问。不过有一个例外软件触发中断寄存器可以在用 户级下访问以产生软件中断。 所有的中断控制／状态寄存器均可按字／半字／字节的方式访问。此外， 还有几个中断掩蔽寄存器也与中断控制密切相关，它们属于“特殊功能寄 存器”，只能通过MRS/MSR及CPS（IE/ID）来访问。
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NVIC寄存器结构
typedef struct { vu32 CPUID; //CPUID基寄存器 vu32 IRQControlState; //中断控制状态寄存器 vu32 ExceptionTableOffset; //向量表偏移寄存器 vu32 AIRC; //应用中断/复位控制寄存器 vu32 SysCtrl; //系统控制寄存器 vu32 ConfigCtrl; //配置控制寄存器 vu32 SystemPriority[3]; //系统处理优先级寄存器 vu32 SysHandlerCtrl; //系统处理控制和状态寄存器 vu32 ConfigFaultStatus; //配置出错状态寄存器 vu32 HardFaultStatus; //硬件出错状态寄存器 vu32 DebugFaultStatus; //调试出错寄存器 vu32 MemoryManageFaultAddr; //存储器管理出错地址寄存器 vu32 BusFaultAddr; //总线出错地址 } SCB_TypeDef;
NVIC
向量中断控制器，简称NVIC，是Cortex-M3不可分离的一部分，它与CM3内核 的异常逻辑紧密耦合。 NVIC的寄存器以存储器映射的方式来访问，除了包含控制寄存器和中断处理的 控制逻辑之外，NVIC还包含了MPU、SysTick定时器以及调试控制相关的寄存 器。 NVIC共支持1至240个外部中断输入（通常写作IRQs），具体由芯片厂商在设计 芯片时决定。
注意：二级优先级分组做出了如下规定：子优先级至少是1个位。因此抢占优 先级最多是7个位，故最多只有128级抢占的现象； 最少0个位，此时所有的位 都表达子优先级，因而所有可编程优先级之间就不会发生抢占，相当于屏蔽掉 CM3的中断嵌套机制。
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注意：这里所讲的外中断号，都是指NVIC所使用的中断号。另一方面，芯片 一些管脚的名字也可能被取为类似”IRQ #”的名字，请不要混淆这两者，它 们没有必然的映射关系。常见的情况是，NVIC中编号最靠前的几个中断源被 指定到片上外设，接下来的中断源才给外部中断引脚使用，具体要参阅芯片 的数据手册
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STM32的NVIC
• STM32嵌套向量中断控制器(NVIC)主要特性如下： – 最多60个可屏蔽中断通道（不包含16 个Cortex-M3 内核中断线）。 – 具有16 个可编程的优先等级。 – 可实现低延迟的异常和中断处理。 STM32F10XX的中断和异常向量 表
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//中断置位使能寄存器 //中断清除使能寄存器 //中断置位挂起寄存器 //中断清除挂起寄存器
//中断活动位寄存器
//中断优先级寄存器
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每个外部中断都在NVIC的下列寄存器中“挂号”： • 使能与除能寄存器 • 悬起与“解悬”寄存器 • 优先级寄存器 • 活动状态寄存器 另外，下列寄存器也对中断处理有重大影响 异常掩蔽寄存器（PRIMASK, FAULTMASK以及BASEPRI，属于SFR） 向量表偏移量寄存器 (VTOR 0xE000_ED08 ) 软件触发中断寄存器 （ STIR 0xE000_EF00 ） 优先级分组位段 （AIRC中）
• STM32F10xxx的唤醒事件可以通过下述两种配置产生： 1. 在外设的控制寄存器使能中断，但不在NVIC中使能，同时在Cortex-M3 的系统控制寄存器中使能SEVONPEND位。当MCU从WFE恢复后，需要清除 相应外设的中断挂起位和外设NVIC中断通道挂起位(在NVIC中断清除挂起寄存 器中)。 2. 配置一个外部或内部EXTI线为事件模式，当MCU从WFE恢复后，因为对 应事件线的挂起位没有被置位，不必清除相应外设的中断挂起位或NVIC中断通 道挂起位。
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外部中断/事件控制器框图
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唤醒事件管理
• 两种唤醒方式： 1. 通过处理外部时间或内部中断来唤醒内核（内核从WFI睡眠指令退出）。
2. 通过配置任何外部I/O端口、RTC 闹钟和USB唤醒事件可以唤醒CPU（内 核从WFE睡眠指令退出）。
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NVIC的编程方法
• 库函数：
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NVIC_DeInit函数 NVIC_SCBDeInit函数 NVIC_PriorityGroupConfig函数 NVIC_Init函数 NVIC_StructInit函数 NVIC_SETPRIMASK函数 NVIC_RESETPRIMASK函数 NVIC_SETFAULTMASK函数 NVIC_RESETFAULTMASK函数 NVIC_BASEPRICONFIG函数 NVIC_GetBASEPRI函数 NVIC_GetCurrentPendingIRQChannel函数 NVIC_GetIRQChannelPendingBitStatus函数 NVIC_GetIRQChannelPendingBit函数 NVIC_ClearIRQChannelPendingBit函数
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优先级
优先级的数值越小，则优先级越高。Cortex_M3(CM3)支持中断嵌套，使得高 优先级异常会抢占(preempt)低优先级异常。有3个系统异常：复位，NMI以及 硬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 它异常。所有其它异常的优先级则都是可编程的。（不能被编程为负数） 原则上，CM3支持3个固定的高优先级和多达256级的可编程优先级，并且支 持128级抢占，但是，绝大多数CM3芯片都会精简设计，以致实际上支持的优 先级数会更少，如8级，16级，32级等。它们在设计时会裁掉表达优先级的几 个低端有效位，以减少优先级的级数，STM32也不例外。
typedef struct { vu32 Enable[2]; u32 RESERVED0[30]; vu32 Disable[2]; u32 RSERVED1[30]; vu32 Set[2]; u32 RESERVED2[30]; vu32 Clear[2]; u32 RESERVED3[30]; vu32 Active[2]; u32 RESERVED4[62]; vu32 Priority[11]; } NVIC_TypeDef;
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NVIC的编程方法（续）
• 库函数：
– – – – – – – – – – – – – – –
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NVIC_GetCurrentActiveHandle函数 NVIC_GetIRQChannelActiveBitStatus函数 NVIC_GetCPUID函数 NVIC_SetVectorTable函数 NVIC_GenerateSystemReset函数 NVIC_GenerateCoreReset函数 NVIC_SystemLPConfig函数 NVIC_SystemHandlerConfig函数 NVIC_SystemHandlerPriorityConfig函数 NVIC_GetSystemHandlerPendingBitStatus函数 NVIC_SetSystemHandlerPendingBit函数 NVIC_ClearSystemHandlerPendingBit函数 NVIC_GetSystemHandlerActiveBitStatus函数 NVIC_GetFaultHandlerSources函数 NVIC_GetFaultAddress函数
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功能说明
• 如果要产生中断，必须事先配置好并使能中断线。根据需要的边沿检测设置 2个触发寄存器，同时在中断屏蔽寄存器的相应位写’1’ 允许中断请求。当外 部中断线上发生了需要的边沿时，将产生一个中断请求，对应的挂起位也随之 被置’1’。在挂起寄存器的对应位写’1’，可以清除该中断请求。 • 如果要为产生事件，必须事先配置好并使能事件线。根据需要的边沿检测通 过设置2个触发寄存器，同时在事件屏蔽寄存器的相应位写’1’允许事件请求。 当事件线上发生了需要的边沿时，将产生一个事件请求脉冲，对应的挂起位不 被置’1’。
嵌入式开发
第十二讲：中断系统
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嵌套向量中断控制器（NVIC） NVIC的编程方法 外部中断/事件控制器（EXTI） EXTI的编程方法
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异常和NVIC
异常
Cortex-M3在内核水平上搭载了一个异常响应系统，支持为数众多的系统异常 和外部中断。其中，编号为1－15的对应系统异常，大于等于16的则全是外部 中断，最大240个。 因为芯片设计者可以修改CM3的硬件描述源代码，所以做成芯片后，支持的 中断源数目常常不到240个，并且优先级的位数也由芯片厂商最终决定。
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系统异常清单（注意：没有编号为0的异常）
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外部中断清单（请求信号来自CM3内核的外面，来自各种片上外设和外扩的 外设，依靠NVIC处理）
NVIC的中断控制及状态寄存器中，有一个VECTACTIVE位段；另外，还有一 个特殊功能寄存器IPSR。在它们二者的里面，都记录了当前正服务的异常， 给出了它的编号。
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外部中断/事件控制器（EXTI）
STM3பைடு நூலகம்的EXTI 控制器主要特性如下：
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• 外部中断/事件控制器由19个产生事件/中断要求的边沿检测器组成。 每个输入线可以独立地配置输入类型(脉冲或挂起)和对应的触发事件(上升沿 或下降沿或者双边沿都触发)。 每个输入线都可以被独立的屏蔽。 每个中断线都有专用的状态位，挂起寄存器保持着状态线的中断要求。
注意：该模式唤醒所需的时间最短，因为没有时间损失在中断的进入或退出 上。
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外部中断/事件线路映像
112个通用I/O端口以右图的方式连接到16个外 部中断/事件线上（EXTI0～15）：
另外3种其他的外部中断/事件控制器的连接如下： EXTI线16连接到PVD输出 EXTI线17连接到RTC闹钟事件 EXTI线18连接到USB唤醒事件