澄清 STM32 NVIC 中断优先级

我们来澄清一下 STM32 NVIC 中断优先级的行为，特别是在抢占优先级和响应优先级（子优先级）都相同的情况下：

核心规则回顾：

1. 抢占优先级 (Preemption Priority): 决定了中断是否可以打断另一个正在执行的中断。

   • 高抢占优先级（数值小）的中断可以打断低抢占优先级（数值大）的、正在执行的中断。

   • 这是实现中断嵌套的关键。

2. 响应优先级 (Subpriority): 决定了在抢占优先级相同且同时挂起的情况下，哪个中断优先得到响应。

   • 它只在抢占优先级相同的中断之间比较。

   • 高响应优先级（数值小）的中断会比低响应优先级（数值大）的中断先被响应。

   • 它不能导致中断嵌套！ 如果两个中断抢占优先级相同，即使一个的响应优先级更高，它也不能打断另一个正在执行的中断。

3. 硬件中断号 (IRQ Number): 这是芯片设计时固定的物理编号（比如 EXTI0_IRQn=6, EXTI1_IRQn=7, TIM2_IRQn=28 等）。

   • 它只在抢占优先级和响应优先级都完全相同的情况下，作为最后的仲裁者。

   • 硬件中断号越小（数值越小），优先级越高。 这与软件设置的优先级数值意义（数值小=优先级高）是一致的。

针对你的问题：中断执行时再中断？

• 绝对不行！ 如果一个中断服务程序 (ISR) 正在执行：

  • 只有抢占优先级比它更高（数值更小）的中断才能打断它（抢占它）。

  • 响应优先级的高低对此毫无影响。 即使一个中断的响应优先级非常高（数值很小），只要它的抢占优先级等于或低于当前正在执行中断的抢占优先级，它就必须等待当前 ISR 执行完毕才能运行。

  • 硬件中断号的高低对此更毫无影响。 中断号只在所有软件优先级都相同时决定排队顺序，它完全不具备让一个中断打断另一个正在执行中断的能力。

当抢占优先级和响应优先级都一样时：

• 排队顺序： 当多个中断同时发生或挂起，且它们的抢占优先级和响应优先级都完全相同时，NVIC 会根据它们的硬件中断号 (IRQ Number) 来决定响应顺序。

  • 中断号越小（数值越小）的中断，会优先得到 CPU 的响应。

  • 例如：中断号 6 (EXTI0) 会比中断号 7 (EXTI1) 优先被响应；中断号 28 (TIM2) 会比中断号 29 (TIM3) 优先被响应。

• 执行顺序： 一旦某个中断开始执行（它的 ISR 被调用）：

  • 在它执行完毕（或执行到末尾的 BX LR / 中断返回指令）之前，任何与它抢占优先级相同或更低的中断（无论响应优先级或中断号是多少）都无法打断它。

  • 那些优先级相同的中断，会按照中断号顺序在 NVIC 的挂起队列中排队等待当前 ISR 执行完毕。

在STM32的NVIC（嵌套向量中断控制器）中，无论你选择哪种优先级分组方式（即不管抢占优先级和响应优先级各占多少位），也无论它们的位数如何组合，都遵循一个铁律：

数值越小，优先级越高！

这个规则适用于：

1. 抢占优先级 (Preemption Priority)：

   • 数值越小的抢占优先级，级别越高。

   • 高抢占优先级（小数值）的中断可以打断低抢占优先级（大数值）的中断（正在执行的中断）。

   • 这是实现中断嵌套的唯一依据。

2. 响应优先级 (Subpriority / Response Priority)：

   • 数值越小的响应优先级，级别越高。

   • 但是！ 响应优先级只在抢占优先级相同的中断之间起作用。

   • 当多个抢占优先级相同的中断同时挂起时，响应优先级高（小数值）的中断会优先被响应（先进入执行）。

   • 关键点： 响应优先级不能让一个中断打断另一个正在执行的、与其抢占优先级相同的中断。它只决定在排队等待时的先后顺序。

优先级分组的作用：

优先级分组（通过 NVIC_SetPriorityGrouping() 或 HAL 库中的 HAL_NVIC_SetPriorityGrouping() 设置）唯一的作用是决定 4 位优先级字段 (0-15) 如何在抢占优先级和响应优先级之间进行分配。 它不改变“数值越小，优先级越高”这个根本规则。

分组举例说明规则不变性：

假设优先级分组设置为 NVIC_PRIORITYGROUP_2（抢占优先级占 2 位 [0-3]，响应优先级占 2 位 [0-3]）：

• 抢占优先级： 0 (最高) > 1 > 2 > 3 (最低)

• 响应优先级： 0 (最高) > 1 > 2 > 3 (最低)

• 中断 A: 抢占优先级=1, 响应优先级=0

• 中断 B: 抢占优先级=1, 响应优先级=3

  • 比较： 抢占优先级相同（都是1），比较响应优先级。A的响应优先级 0 > B的响应优先级 3，所以 A 会优先于 B 被执行（如果两者同时挂起）。

• 中断 C: 抢占优先级=0

  • 比较 vs A/B： C的抢占优先级 0 > A/B的抢占优先级 1。因此，无论C的响应优先级是多少（即使C的响应优先级是3，A的是0），C 都可以打断 正在执行的 A 或 B，因为 C 的抢占优先级更高（数值更小）。

再假设分组设置为 NVIC_PRIORITYGROUP_4（抢占优先级占 4 位 [0-15]，无响应优先级位）：

• 抢占优先级： 0 (最高) > 1 > 2 > ... > 15 (最低) — 此时响应优先级不存在或固定为0。

• 中断 D: 抢占优先级=5

• 中断 E: 抢占优先级=10

  • 比较： D的抢占优先级 5 > E的抢占优先级 10 (数值5 < 10)。所以 D 可以打断 E。

• 中断 F: 抢占优先级=0

  • 比较 vs D/E： F的抢占优先级 0 > D的5 > E的10。F可以打断D或E。

总结关键点：

1. 数值小 = 优先级高： 这是STM32 NVIC优先级（无论是抢占还是响应）的绝对核心规则，适用于所有配置。

2. 分组改变分配，不改变规则： 优先级分组只改变4位优先级值中多少位解释为抢占优先级，多少位解释为响应优先级。它不改变每个部分内部“数值小=优先级高”的比较逻辑。

3. 抢占优先级决定嵌套： 只有更高抢占优先级（更小数值）的中断才能打断当前中断。

4. 响应优先级决定排队： 仅在抢占优先级相同时，更高响应优先级（更小数值）的中断先执行。它不影响打断能力。

5. 中断号是最终仲裁： 当抢占和响应优先级都完全相同时，硬件中断号小（数值小）的优先。这同样符合“数值小=优先级高”的延伸逻辑，且只影响排队，不影响打断。