嵌入式基础篇 - 第3章 按键

按键 GPIO 端口有两个方案可以选择，一是采用上拉输入模式，因为按键在没按下的时候，是默认为高电平的，采且内部上拉模式正好符合这个要求。第二个方案是直接采用浮空输入模式，因为按照硬件电路图，在芯片外部接了上拉电阻，其实就没必要再配置成内部上拉输入模式了，因为在外部上拉与内部上拉效果是一样的。

 GPIO 初始化配置

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Key_GPIO_Confi g() 与 LED 的 GPIO 初始化函数 LED_GPIO_Confi g() 类似，区别只是在这个函数中，要开启的 GPIO 的端口时钟不一样，并且把检测按键用的引脚 Pin 的模式设置为适合按键应用的上拉输入模式（由于接了外部上拉电阻，也可以使用浮空输入，读者可自行修改代码做实验）。若 GPIO 被设置为输入模式，不需要设置 GPIO 端口的最大输出速度，当然，如果配置了这个速度也没关系，GPIO_Init() 函数会自动忽略它。在 RCC_APB2PeriphClockCmd() 和 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin 的输入参数设置之中，我们可以用符号“|”，同时配置多个参数。如 ：

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输入参数为RCC_APB2Periph_GPIOB| RCC_APB2Periph_GPIOG ，这样调用之后，就把 GPIOB 和 GPIOG 的时钟都开启了。
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7;
以上代码则表示将要同时配置 GPIOG 端口的 Pin5 和 Pin6。
 按键消抖

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相信延时消抖的原理大家在学习其他单片机时就已经了解了，本函数的功能就是扫描输入参数中指定的引脚，检测其电平变化，并作延时消抖处理，最终对按键消息进行确认。
 利用 GPIO_ReadInputDataBit() 读取输入数据，若从相应引脚读取的数据等于 0（KEY_ON），低电平，表明可能有按键按下，调用延时函数。否则返回 KEY_OFF，表示按键没有被按下。
 延时之后再次利用 GPIO_ReadInputDataBit() 读取输入数据，若依然为低电平，表明确实有按键被按下了。否则返回 KEY_OFF，表示按键没有被按下。
 循环调用 GPIO_ReadInputDataBit() 一直检测按键的电平，直至按键被释放，被释放后，返回表示按键被按下的标志 KEY_ON。以上是按键消抖的流程，调用了一个库函数 GPIO_ReadInputDataBit()。输入参数为要读取的端口、引脚，返回引脚的输入电平状态，高电平为 1，低电平为 0。

EXTI（External Interrupt） 就是指外部中断，通过 GPIO 检测输入脉冲，引起中断事件，打断原来的代码执行流程，进入到中断服务函数中进行处理，处理完后再返回到中断之前的代码中执行。
 STM32 的中断和异常
Cortex 内核具有强大的异常响应系统，它把能够打断当前代码执行流程的事件分为异常（exception）和中断（interrupt），并把它们用一个表管理起来，编号为 0 ～ 15 的称为内核异常，而 16 以上的则称为外部中断（外是相对内核而言），这个表就称为中断向量表。
而 STM32 对这个表重新进行了编排，把编号从 –3 至 6 的中断向量定义为系统异常，编号为负的内核异常不能被设置优先级，如复位（Reset）、不可屏蔽中断 （NMI）、硬错误（Hardfault）。从编号 7 开始的为外部中断，这些中断的优先级都是可以自行设置的。详细的 STM32 中断向量表见表 3- 1。

前面两个结构体成员都很好理解，首先要用 NVIC_IRQChannel 参数来选择将要配置的中断向量，用 NVIC_IRQChannelCmd 参数来进行使能（ENABLE）或关闭（DISABLE）该中断。在 NVIC_IRQChannelPreemptionPriority 成员要配置中断向量的抢占优先级，在NVIC_IRQChannelSubPriority 需要配置中断向量的响应优先级。对于中断的配置，最重要的便是配置其优先级，但 STM32 的同一个中断向量为什么需要设置两种优先级？这两种优先级有什么区别？
 抢占优先级和响应优先级
STM32 的中断向量具有两个属性，一个为抢占属性，另一个为响应属性，其属性编号越小，表明它的优先级别越高。
抢占，是指打断其他中断的属性，即因为具有这个属性会出现嵌套中断（在执行中断服务函数 A 的过程中被中断 B 打断，执行完中断服务函数 B 再继续执行中断服务函数A），抢占属性由 NVIC_IRQChannelPreemptionPriority 的参数配置。
而响应属性则应用在抢占属性相同的情况下，当 两个中断向量的抢占优先级相同时，如 果两个中断同时到达，则先处理响应优先级高的中断，响应属性 由NVIC_IRQChannelSubPriority 参数配置。例如，现在有三个中断向量，见表3-3.

EXTI 寄存器的寄存器主要有6个，下面分别描述。
 中断屏蔽寄存器(EXTI_IMR)

 事件屏蔽寄存器(EXTI_EMR)

 配置外部中断
现在我们重点分析 EXTI_PA0_Confi g() 这个函数，它完成了配置一个 I/O 为 EXTI 中断的一般步骤，主要有以下功能 ：
1）使能 EXTIx 线的时钟和第二功能 AFIO 时钟。
2）配置 EXTIx 线的中断优先级。
3）配置 EXTI 中断线 I/O。
4）选定要配置为 EXTI 的 I/O 口线和 I/O 口的工作模式。
5）EXTI 中断线工作模式配置。

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EXTI_PA0_Config() 代码中，配置好 NVIC 后，还要对 GPIOA 进行初始化，这部分和按键轮询的设置类似。
接下来，调用 GPIO_EXTILineConfi g() 函数把 GPIOA、Pin0 设置为 EXTI 输入线。选择好了 GPIO，开始填写 EXTI 的初始化结构体。从这些参数的名字，相信读者已经知道如何把它应用到按键检测中。
1）.EXTI_Line = EXTI_Line0 ： 给 EXTI_Line 成员赋值。选择 EXTI_Line0 线进行配置，因为按键的 PA0 连接到了 EXTI_Line0。
2）.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt ：给 EXTI_Mode 成员赋值。 把 EXTI_Line0的模式设置为中断模式（EXTI_Mode_Interrupt）。这个结构体成员也可以赋值为事件模式EXTI_Mode_Event ，这个模式不会立刻触发中断，而只是在 寄存器上把相应的事件标志位置 1，应用这个模式需要不停地查询相应的寄存器。
3）.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Falling ：给 EXTI_Trigger 成员赋值。把触发方式（EXTI_Trigger）设置为下降沿触发（EXTI_Trigger_Falling）。
4） .EXTI_LineCmd = ENABLE ：给 EXTI_LineCmd 成员赋值。把 EXTI_LineCmd 设置为使能。
5）最后调用 EXTI_Init() 把 EXTI 初始化结构体的参数写入寄存器。
 AFIO 时钟
代码中调用RCC_APB2PeriphClockCmd() 时还输入了参数RCC_APB2Periph_AFIO，表示开启 AFIO的时钟。
AFIO （alternate-function I/O），指 GPIO 端口的复用功能，GPIO 除了用作普通的输入输出（主功能），还可以作为片上外设的复用输入输出，如串口、ADC，这些就是复用功能。大多数 GPIO 都有一个默认复用功能，有的 GPIO 还有重映射功能。重映射功能是指把原来属于 A 引脚的默认复用功能，转移到 B 引脚进行使用，前提是 B 引脚具有这个重映射功能。
当把 GPIO 用作 EXTI 外部中断或使用重映射功能的时候，必须开启 AFIO 时钟，而在使用默认复用功能的时候，就不必开启 AFIO 时钟了。
 NVIC 初始化配置

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本代码中调用了 NVIC_PriorityGroupConfi g() 库函数，把 NVIC 中断优先级分组设置为第 1 组。接下来开始向 NVIC 初始化结构体写入参数 .NVIC_IRQChannel =EXTI0_IRQn，表示要配置的为 EXTI 第 1 线的中断向量。因为按键 PA0 对应的 EXTI 线为EXTI0。这些可写入的参数可以在 stm32f10x.h 文件的 IRQn 类型定义中查找到。然后配置抢占优先级和响应优先级，因为这个工程简单，就直接把它设置为最高级中断。填充完结构体，别忘记最后要调用 NVIC_Init() 函数来向寄存器写入参数。这里要注意的是，如果用的 IO 口是 IO0~IO4，那么对应的中断向量是 EXTI0_IRQn ~ EXTI4_IRQn，如果用的 IO 是I05~IO9 中的一个的话，对应的中断向量只能是 EXTI9_5_IRQn, 如果用的 IO 是 I010~IO15中的一个的话，对应的中断向量只能是 EXTI15_10_IRQn。举例：如果 PE5 或者 PE6 作为EXTI 中断口，那么对应的中断向量都是 EXTI9_5_IRQn，在同一时刻只能相应来自一个IO 的 EXTI 中断。
 编写中断服务函数
在这个 EXTI 设置中我们把 PA0 连接到内部的 EXTI0，GPIO 配置为上拉输入，工作在下降沿中断。在外围电路上我们将 PA0 接到了 key上。当按键没有按下时，PA0 始终为高，当按键按下时 PA0 变为低，从而 PA0 上产生一个下降沿跳变，EXTI0 会捕捉到这一跳变，并产生相应的中断，中断服务程序在 stm32f10x_it.c 中实现。stm32f10x_it.c 文件是专门用来存放中断服务函数的。文件中默认只有几个关于系统异常的中断服务函数，而且都是空函数，在需要的时候自行编写。那么中断服务函数名是不是可以自己定义呢？不可以。中断服务函数的名字必须要与启动文件startup_stm32f10x_hd.s 中的中断向量表定义一致。

EXTI0_.IRQHandler 表示为 EXTI0 中断向量的服务函数名。于是，我们就可以在 stm32f10x_it.c 文件中加入名为 EXTI0_IRQHandler() 的函数。

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其内容比较容易理解，进入中断后，调用库函数 EXTI_GetITStatus() 来重新检查是否产生了 EXTI_Line 中断，接下来把 LED 取反，操作完毕后，调用 EXTI_ClearITPendingBit()清除中断标志位再退出中断服务函数。