如何使用库函数实现中断分组设置及中断优先级管理？

STM32 NVIC中断优先级管理


后面用一个具体的例子说明了中断分组、中断线、中断通道的连接关系，先看基本概念：


CM3内核支持256个中断，包括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。STM32只使用了一部分CM3内核的东西。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。常用的就是这68个可屏蔽中断，但是在STM32F103系列上面只有60个（107系列有68个）。
在MDK内，与NVIC相关的寄存器，MDK为其定义了如下的结构体：


typedef struct
{
    vu32 ISER[2];
    u32 RESERVED0[30];
    vu32 ICER[2];
    u32 RSERVED1[30];
    vu32 ISPR[2];
    u32 RSERVED2[30];
    vu32 ICPR[2];
    u32 RSERVED3[30];
    vu32 IABR[2];
    u32 RSERVED4[30];
    vu32 IPR[15];
}NVIC_TypeDef;


ISER[2]：ISER全称是：Interrupt Set-Enable Registers，这是一个中断使能寄存器组。103系列可屏蔽中断有60个，这里用了2个32位寄存器，总共可以表示64个中断，STM32F103只用了其中的前60位，ISER[0]的bit0~bit31分别对应中断0~31。ISER[1]的bit0~27对应中断32~59；这样，要使能某个中断，必须设置相应的ISER位为1，使该中断被使能（这里仅是使能，还要配合中断分组、屏蔽、IO口映射等设置才算一个完整的中断设置）。
ICER[2]：全称是Interrupt Clear-Enable Registers，是一个清除中断使能寄存器组，和ISER寄存器功能相反。这里专门设置一个ICER寄存器来清除中断位，而不是向ISER写0来擦除，是因为NVIC的这些寄存器都是写1有效的，写0是无效的。
ISPR[2]：全程是Interrupt Set-Pending Registers，是一个中断挂起控制寄存器组。每个位对应的中断和ISER是一样的，通过置1，可将正在进行中的中断挂起，而执行同级或更高级别的中断，写0无效。
ICPR[2]：Interrupt Clear-Pending Registers，解除中断挂起。写1有效，写0无效。
IABR[2]：Interrupt Active Bit Registers，中断激活标志位寄存器组，只读，可以读取当前正在执行的中断是哪一个。在中断执行完成后由硬件自动清零。对应位所代表的中断和ISER相同，如果为1，表示该位所对应的中断正在执行。
IPR[15]：Interrupt Priority Registers，中断优先级控制寄存器组。STM32的中断分组与这个寄存器密切相关。因为STM32的中断多达60多个，所以STM32采用中断分组的办法来确定中断的优先级。IPR寄存器由15个32bit的寄存器组成，每个可屏蔽中断占8bit，这样总共可以表示15x4=60个可屏蔽中断。IPR[0]的[31~24]，[23~16]，[15~8]，[7~0]分别对应中断3~0，总共对应60个外部中断。而每个可屏蔽中断占用的8bit并没有全部使用，只用了高4位。这4位又分为抢占优先级和子优先级。这两个优先级要根据SCB->AIRCR中中断分组的设置来决定。
简单介绍STM32的中断分组：STM32将中断分为0~4共5个组，该组是由SCB->AIRCR寄存器的bit10~8来定义的。如下表所示：
表1 AIRCR中断分组设置表
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[tr]组AIRCR[10:8]bit[7:4]分配情况分配结果[/tr]

0	111	0:4	0位抢占优先级，4位响应优先级
1	110	1:3	1位抢占优先级，3位响应优先级
2	101	2:2	2位抢占优先级，2位响应优先级
3	100	3:1	3位抢占优先级，1位响应优先级
4	011	4:0	4位抢占优先级，0位响应优先级

通过这个表，可以清楚的看到组0~4对应的配置关系，例如组设置为0x03，此时所有的60个中断，每个中断的中断优先级寄存器的高四位中最高3位是抢占优先级，低1位是响应优先级。每个中断都可以设置抢占优先级为0~7，响应优先级为1或0。抢占优先级的级别高于响应优先级，数值越小所代表的优先级越高。
具体优先级的确定和嵌套规则：
* 1 只能高抢先优先级的中断可以打断低抢占优先级的中断服务，构成中断嵌套。
* 2 当2个（N个）相同抢占优先级的中断出现，他们之间不能构成中断嵌套，但STM32首先响应子优先级高的中断。
* 3 当2个（N个）个抢占优先级和子优先级相同的中断出现，STM32首先响应中断同道所对应的中断向量地址低的中断，就是谁先发生谁先被执行。
中断线：
STM32的每个IO口都可以作为外部中断的输入口，以F407为例，407的中断控制器支持22个外部中断请求，
EXTI线0~15：对应外部IO口的输入中断。
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 OTG FS唤醒事件。
EXTI线19：连接到以太网唤醒事件。
EXTI线20：连接到USB OTG HS(在FS中配置)唤醒事件。
EXTI线21：连接到RTC入侵和时间戳事件。
EXTI线22：连接到RTC唤醒事件。
IO口使用的中断线只有16个，但stm32的IO口却不止16个，这些中断线和IO口通过以下关系对应起来：





PA0、PB0、PC0…共用EXTI0中断标志，这样每个中断标志只能接收1个外部中断源的信号，如果接入多个IO作为中断源，只有最后配置的一个IO有效，硬件原理图设计时需要注意。EXTI0~EXTI4这5个外部中断有着自己单独的中断号（中断服务函数），EXTI5-9共用一个中断服务函数，EXTI10-15共用一个中断服务函数。可以看到Stm32f10x.h头文件中声明的中断号：











如何使用库函数实现中断分组设置及中断优先级管理：
* 1 配置中断优先级分组函数NVIC_PriorityGroupConfig。分组0~4，几位抢占优先级几位子优先级，在系统中只能被调用一次，一旦分组确定就不要修改。


NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);


2 设置好系统中断分组，对于每个中断，要设置具体的抢占优先级和子优先级的配置。可以通过NVIC_Init函数初始化，其函数声明为：
void NVIC_Init(NVIC_InitTypeDef* NVIC_InitStruct);


其中NVIC_InitTypeDef是一个结构体：


typedef struct
{
    uint8_t NVIC_IRQChannel;
    uint8_t NVIC_IRQChannelPreemptionPriority;
    uint8_t NVIC_IRQChannelSubPriority;
    FunctionalState NVIC_IRQChannelCmd;
}NVIC_InitTypeDef;


贴一段外部中断的例程来分析：


//外部中断初始化函数
void EXTIX_Init(void)
{   
    EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStructure;
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;


    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);//外部中断，需要使能AFIO时钟
    KEY_Init();//初始化按键对应io模式


    //三个按键分别连到了PC5、PA15、PA0，以下对三个引脚进行配置


    //GPIOC.5 中断线以及中断初始化配置
    GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOC,GPIO_PinSource5);
    EXTI_InitStructure.EXTI_Line=EXTI_Line5;//上面说了PA0,PB0为EXTI0，这里PC5中断线应该为EXTI5
    EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;
    EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Falling;//下降沿触发
    EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE;
    EXTI_Init(&EXTI_InitStructure); //根据EXTI_InitStruct中指定的参数初始化外设EXTI寄存器


    //GPIOA.15  中断线以及中断初始化配置
    GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOA,GPIO_PinSource15);
    EXTI_InitStructure.EXTI_Line=EXTI_Line15; // PA15中断线为EXTI15
    EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;
    EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Falling;
    EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE;
    EXTI_Init(&EXTI_InitStructure); //根据EXTI_InitStruct中指定的参数初始化外设EXTI寄存器


    //GPIOA.0   中断线以及中断初始化配置
    GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOA,GPIO_PinSource0);
    EXTI_InitStructure.EXTI_Line=EXTI_Line0;
    EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;
    EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Rising;
    EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE;
    EXTI_Init(&EXTI_InitStructure); //根据EXTI_InitStruct中指定的参数初始化外设EXTI寄存器


    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI0_IRQn;    //使能按键所在的外部中断通道；EXTI0~4单独有自己的中断号（中断服务函数），所以这里是EXTI0。
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0x02;    //抢占优先级2，
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0x02;   //子优先级1
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //使能外部中断通道
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); //根据NVIC_InitStruct中指定的参数初始化外设NVIC寄存器


    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI9_5_IRQn;  //使能按键所在的外部中断通道；EXTI5~9共享一个中断号，所以这里是EXTI9_5_IRQn。
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0x02;    //抢占优先级2，
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0x01;   //子优先级1
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //使能外部中断通道
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);


    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI15_10_IRQn;    //使能按键所在的外部中断通道；EXTI10~15共享一个中断号，这里EXTI15的中断号当然是EXTI15_10_IRQn。
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0x02;    //抢占优先级2，
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0x00;   //子优先级1
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //使能外部中断通道
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);  
}