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中断的硬件框架

news 来源：原创 2025/5/14 7:24:27

今天呢，我们来讲讲中断的硬件框架，这里会去举3个开发板，去了解中断的硬件框架：

中断路径上的3个部件：

中断源中断源多种多样，比如GPIO、定时器、UART、DMA等等。它们都有自己的寄存器，可以进行相关设置：使能中断、中断状态、中断类型等等。
中断控制器各种中断源发出的中断信号，汇聚到中断控制器。可以在中断控制器中设置各个中断的优先级。中断控制器会向CPU发出中断信号，CPU可以读取中断控制器的寄存器，判断当前处理的是哪个中断。中断控制器有多种实现，比如：
- STM32F103中被称为NVIC：Nested vectored interrupt controller(嵌套向量中断控制器)
- ARM9中一般是芯片厂家自己实现的，没有统一标准
- Cortex A7中使用GIC(Generic Interrupt Controller)
CPU CPU每执行完一条指令，都会判断一下是否有中断发生了。 CPU也有自己的寄存器，可以设置它来使能/禁止中断，这是中断处理的总开关。

STM32F103的GPIO中断：

对于GPIO中断，STM32F103又引入了External interrupt/event controller (EXTI)。用来设置GPIO的中断类型，如下图：

EXTI可以给NVIC提供16个中断信号：EXTI0~EXTI15。那么某个EXTIx，它来自哪些GPIO呢？这需要设置GPIO控制器。

我们从这里可以发现，f103的话，专门为GPIO提供了一个外部中断控制器EXTI，通过EXTI向NVIC发送中断信息，而其他外设，例如串口这些，是可以直接给NVIC发送中断信息的

GPIO控制器：

STM32F103的GPIO控制器中有AFIO_EXTICR1~AFIO_EXTICR4一共4个寄存器名为：External interrupt configuration register，外部中断配置寄存器。用来选择某个外部中断EXTIx的中断源，示例如下：

注意：从上图可知，EXTI0只能从PA0、……、PG0中选择一个，这也意味着PA0、……、PG0中只有一个引脚可以用于中断。这跟其他芯片不一样，很多芯片的任一GPIO引脚都可以同时用于中断。说实话，这点还挺坑的

EXTI：

在GPIO控制器中，可以设置某个GPIO引脚作为中断源，给EXTI提供中断信号。但是，这个中断的触发方式是怎么的？高电平触发、低电平触发、上升沿触发、下降沿触发？这需要进一步设置。 EXTI框图如下：

沿着上面框图中的红线，我们要设置：

Falling trigger selection register：是否选择下降沿触发
Rising trigger selection register：是否选择上升沿触发
Interrupt mask register：是否屏蔽中断

当发生中断时，可以读取下列寄存器判断是否发生了中断、发生了哪个中断：

Pending reqeust register

要使用EXTI，流程如下：

翻译如下：

配置EXTI_IMR：允许EXTI发出中断
配置EXTI_RTSR、EXTI_FTSR，选择中断触发方式
配置NVIC中的寄存器，允许NVIC把中断发给CPU

NVIC：

多个中断源汇聚到NVIC，NVIC的职责就是从多个中断源中取出优先级最高的中断，向CPU发出中断信号。处理中断时，程序可以写NVIC的寄存器，清除中断。涉及的寄存器：

我们暂时只需要关注：ISER(中断设置使能寄存器)、ICPR(中断清除挂起寄存器)。要注意的是，这些寄存器有很多个，比如ISER0、ISER1等等。里面的每一位对应一个中断。 ISER0中的bit0对应异常向量表中的第16项(向量表从第0项开始)，如下图：

STM32MP157的GPIO中断：

STM32MP157的GPIO中断在硬件上的框架，跟STM32F103是类似的。它们的中断控制器不一样，STM32MP157中使用的是GIC：

GPIO控制器：

对于STM32MP157，除了把GPIO引脚配置为输入功能外，GPIO控制器里没有中断相关的寄存器。请参考前面的课程《01_使用按键控制LED(STM32MP157)》。

EXTI：

PIO引脚可以向CPU发出中断信号，所有的GPIO引脚都可以吗？不是的，需要在EXTI控制器中设置、选择。 GPIO引脚触发中断的方式是怎样的？高电平触发、低电平触发、上升沿触发、下降沿触发？这需要进一步设置。这些，都是在EXTI中配置，EXTI框图如下：

1. 设置EXTImux

选择哪些GPIO可以发出中断。只有16个EXTI中断，从EXTI0~EXTI15；每个EXTIx中断只能从PAx、PBx、……中选择某个引脚，如下图所示：

注意：从上图可知，EXTI0只能从PA0、……中选择一个，这也意味着PA0、……中只有一个引脚可以用于中断。这跟其他芯片不一样，很多芯片的任一GPIO引脚都可以同时用于中断。

通过EXTI_EXTICR1等寄存器来设置EXTIx的中断源是哪个GPIO引脚，入下图所示：

2. 设置Event Trigger

设置中断触发方式：

3. 设置Masking

允许某个EXTI中断：

GIC:

ARM体系结构定义了通用中断控制器（GIC），该控制器包括一组用于管理单核或多核系统中的中断的硬件资源。GIC提供了内存映射寄存器，可用于管理中断源和行为，以及（在多核系统中）用于将中断路由到各个CPU核。它使软件能够屏蔽，启用和禁用来自各个中断源的中断，以（在硬件中）对各个中断源进行优先级排序和生成软件触发中断。它还提供对TrustZone安全性扩展的支持。GIC接受系统级别中断的产生，并可以发信号通知给它所连接的每个内核，从而有可能导致IRQ或FIQ异常发生。

GIC比较复杂，下一个视频再详细讲解。