STM32 NVIC中断控制器

STM32 NVIC中断控制器

• NVIC基本概念

 

1. NVIC简介

   - NVIC是Nested Vectored Interrupt Controller（嵌套向量中断控制器）的缩写。它是ARM Cortex - M系列处理器（如STM32所采用的内核）中的一个重要组成部分，用于管理中断。

   - 在STM32微控制器中，NVIC主要负责中断的优先级分配、中断的使能和禁止、中断的挂起和解除挂起等操作。它使得STM32能够高效地处理多个中断请求。

2. 中断优先级

   - NVIC支持中断优先级的设置。STM32的中断优先级分为抢占优先级和子优先级。

   - 抢占优先级：当有高抢占优先级的中断到来时，它可以打断正在执行的低抢占优先级的中断。例如，抢占优先级为1的中断可以打断抢占优先级为2的中断。抢占优先级的数值越小，优先级越高。

   - 子优先级：当有多个抢占优先级相同的中断同时到来时，子优先级起作用。子优先级的数值越小，优先级越高。例如，抢占优先级都是1的两个中断，子优先级为0的中断会先于子优先级为1的中断被响应。

   - 在STM32中，中断优先级的配置是通过NVIC的优先级寄存器来设置的。不同的STM32型号，其可配置的优先级位数可能不同。例如，STM32F103系列支持4位优先级配置，可以分为抢占优先级和子优先级的组合，如2位抢占优先级和2位子优先级等。

3. 中断使能和禁止

   - NVIC可以通过使能寄存器（ISER）来使能中断。当一个中断被使能后，当该中断源有请求信号到来时，NVIC就会按照优先级等规则进行处理。

   - 同样，通过禁止寄存器（ICER）可以禁止中断。禁止中断后，即使该中断源有请求，NVIC也不会响应。这在某些情况下很有用，比如在调试过程中或者当需要暂时屏蔽某些中断以防止干扰时。

4. 中断挂起和解除挂起

   - 中断挂起是指当一个中断正在执行，但是由于更高优先级的中断到来，当前中断被暂时中断，处于挂起状态。NVIC会记录下这个挂起的中断状态。

   - 当高优先级的中断执行完毕后，NVIC会回到之前挂起的中断继续执行。这个过程是自动的，由NVIC硬件机制来完成。这种机制使得STM32能够很好地处理嵌套中断，保证中断处理的顺序性和正确性。

5. 中断向量表

   - NVIC和中断向量表密切相关。中断向量表是一个存储在特定地址空间（如STM32的Flash存储器的起始地址附近）的表，它存储了中断处理函数的入口地址。

   - 当中断发生时，NVIC会根据中断的类型（不同的中断源对应不同的中断类型）从中断向量表中找到对应的中断处理函数入口地址，然后跳转到该地址执行中断服务例程（ISR）。例如，在STM32中，外部中断0的向量地址是固定的，当外部中断0发生时，NVIC就会从向量表中获取该中断的处理函数地址，开始执行中断服务例程。

• NVIC相关寄存器的介绍

STM32 F1系列微控制器的NVIC（Nested Vectored Interrupt Controller，嵌套向量中断控制器）用于管理和调度中断事件，其相关寄存器如下：

 

使能与禁止相关寄存器

- ISER（中断使能寄存器组）：用于使能中断。STM32F1系列有3个ISER寄存器（ISER[0]、ISER[1]、ISER[2]），每个位对应一个中断，写1使能相应中断，写0无效。

- ICER（中断除能寄存器组）**：用于禁止中断。与ISER作用相反，写1禁止相应中断，写0无效。

 

中断挂起相关寄存器

ISPR（中断挂起控制寄存器组）**：用于将正在进行的中断挂起，以便执行同级或更高级别的中断。写1挂起相应中断，写0无效。

ICPR（中断解挂控制寄存器组）**：用于将挂起的中断解挂。写1解挂相应中断，写0无效。

 

中断状态相关寄存器

-IABR（中断激活标志位寄存器组）**：只读寄存器，用于指示中断是否处于激活状态。每一位对应一个中断，若某位为1，表示相应中断正在执行。

 

中断优先级相关寄存器

IPR（中断优先级控制寄存器组）**：用于设置中断优先级。STM32F1系列使用8位中的高4位（[7:4]）来设置中断优先级，低4位保留。优先级数值越小，优先级越高。

- **SCB_AIRCR（应用中断和复位控制寄存器）**：用于设置NVIC的优先级分组策略。PRIGROUP[10:8]位决定中断的抢占优先级与响应优先级的组合方式。

 

软件触发中断寄存器

STIR（软件触发中断寄存器组）**：向该寄存器写入中断号（低9位）可触发相应中断。

 

这些寄存器共同协作，实现了STM32 F1系列微控制器对中断的高效管理。

• NVIC的工作原理

STM32 F1系列的NVIC（Nested Vectored Interrupt Controller，嵌套向量中断控制器）工作原理如下：

 

1. 中断请求检测

当外设或系统事件触发中断请求时，NVIC会检测到该请求。如果该中断已被使能（通过ISER寄存器），NVIC将根据中断优先级决定是否响应。

 

2. 中断优先级判断

NVIC根据中断的优先级来决定处理顺序。STM32的中断优先级分为抢占优先级和响应优先级：

- **抢占优先级**：数值越小，优先级越高。高抢占优先级的中断可以打断低抢占优先级的中断。

- **响应优先级**：当抢占优先级相同时，响应优先级起作用，数值越小，优先级越高。

- **自然优先级**：由硬件固定，当抢占优先级和响应优先级都相同时，自然优先级决定中断的处理顺序。

 

3. 中断响应与处理

- **中断响应**：如果中断的优先级高于当前执行的中断或任务，NVIC会暂停当前执行，保存现场，然后跳转到对应的中断处理函数。

- **中断处理**：执行中断服务例程（ISR），处理中断事件。

- **中断返回**：中断处理完成后，恢复现场，返回到被中断的程序继续执行。

 

4. 中断嵌套

NVIC支持中断嵌套，即在处理一个中断时，可以被更高优先级的中断打断。高抢占优先级的中断可以打断低抢占优先级的中断，但高响应优先级的中断不能打断低响应优先级的中断（当它们具有相同的抢占优先级时）。

 

5. 中断优先级配置

通过NVIC的IPR寄存器和SCB_AIRCR寄存器配置中断优先级和优先级分组：

- **优先级分组**：通过`NVIC_PriorityGroupConfig()`函数设置，决定抢占优先级和响应优先级的位数分配。

- **优先级设置**：通过`NVIC_SetPriority()`函数设置具体中断的优先级。

 

6. 中断使能与禁止

- **使能中断**：通过ISER寄存器使能特定中断。

- **禁止中断**：通过ICER寄存器禁止特定中断。

 

### 7. 中断挂起与解挂

- **中断挂起**：通过ISPR寄存器挂起正在执行的中断。

- **中断解挂**：通过ICPR寄存器解挂中断。

 

8. 中断向量表

中断向量表存储了中断处理函数的入口地址。当中断发生时，NVIC根据中断号从向量表中获取对应的处理函数地址并跳转执行。STM32的中断向量表位于内部Flash存储器的起始地址。

 

通过以上机制，STM32 F1系列的NVIC能够高效地管理和调度多个中断请求，确保系统能够快速响应和处理各种异步事件。

• NVIC中断优先级分组

CM3内核支持256个中断，其中包含了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并没有使用CM3内核的全部东西，而是只用了它的一部分。

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。

STM32F103系列上面，又只有60个可屏蔽中断（在107系列才有68个）

几十个中断，怎么管理？

中断管理方法：

首先，对STM32中断进行分组，组0~4。同时，对每个中断设置一个抢占优先级和一个响应优先级值。

分组配置是在寄存器SCB->AIRCR中配置：

抢占优先级 & 响应优先级区别：

高优先级的抢占优先级是可以打断正在进行的低抢占优先级中断的。

抢占优先级相同的中断，高响应优先级不可以打断低响应优先级的中断。

抢占优先级相同的中断，当两个中断同时发生的情况下，哪个响应优先级高，哪个先执行。

如果两个中断的抢占优先级和响应优先级都是一样的话，则看哪个中断先发生就先执行；

中断优先级分组函数：

void NVIC_PriorityGroupConfig(uint32_t NVIC_PriorityGroup);

 

void NVIC_PriorityGroupConfig(uint32_t NVIC_PriorityGroup)

{

  assert_param(IS_NVIC_PRIORITY_GROUP(NVIC_PriorityGroup));

  SCB->AIRCR = AIRCR_VECTKEY_MASK | NVIC_PriorityGroup;

}

NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);

分组设置好之后，怎么设置单个中断的抢占优先级和响应优先级？

中断设置相关寄存器

__IO uint8_t  IP[240]; //中断优先级控制的寄存器组

__IO uint32_t ISER[8]; //中断使能寄存器组

__IO uint32_t ICER[8]; //中断失能寄存器组

__IO uint32_t ISPR[8]; //中断挂起寄存器组

__IO uint32_t ICPR[8]; //中断解挂寄存器组

__IO uint32_t IABR[8]; //中断激活标志位寄存器组

对于每个中断怎么设置优先级？

中断优先级控制的寄存器组：IP[240]

全称是：Interrupt Priority Registers

240个8位寄存器，每个中断使用一个寄存器来确定优先级。STM32F10x系列一共60个可屏蔽中断，使用IP[59]~IP[0]。

每个IP寄存器的高4位用来设置抢占和响应优先级（根据分组），低4位没有用到。

 

中断使能寄存器组：ISER[8]

作用：用来使能中断

 

32位寄存器，每个位控制一个中断的使能。STM32F10x只有60个可屏蔽中断，所以只使用了其中的ISER[0]和ISER[1]。

 

ISER[0]的bit0~bit31分别对应中断0~31。ISER[1]的bit0~27对应中断32~59；

void NVIC_Init(NVIC_InitTypeDef* NVIC_InitStruct);

中断失能寄存器组：ICER[8]

作用：用来失能中断

 

32位寄存器，每个位控制一个中断的失能。STM32F10x只有60个可屏蔽中断，所以只使用了其中的ICER[0]和ICER[1]。

 

ICER[0]的bit0~bit31分别对应中断0~31。ICER[1]的bit0~27对应中断32~59；

 

配置方法跟ISER一样。

void NVIC_Init(NVIC_InitTypeDef* NVIC_InitStruct);
 

中断挂起控制寄存器组：ISPR[8]

作用：用来挂起中断

中断解挂控制寄存器组：ICPR[8]

作用：用来解挂中断

 

static __INLINE void NVIC_SetPendingIRQ(IRQn_Type IRQn)；

static __INLINE uint32_t NVIC_GetPendingIRQ(IRQn_Type IRQn)；

static __INLINE void NVIC_ClearPendingIRQ(IRQn_Type IRQn)；

u中断激活标志位寄存器组：IABR [8]

作用：只读，通过它可以知道当前在执行的中断是哪一个

如果对应位为1，说明该中断正在执行。

static __INLINE uint32_t NVIC_GetActive(IRQn_Type IRQn)