STM32中EXTI（外部中断）详解

前言：为什么需要EXTI？

在嵌入式系统中，我们经常需要处理来自外部的"突发情况"：比如按键被按下、传感器检测到阈值、外部设备发出触发信号等。这些事件具有随机性，无法通过轮询（不断查询引脚状态）高效处理——轮询会占用大量CPU资源，且可能错过短暂的触发信号。

EXTI（External Interrupt/Event Controller，外部中断/事件控制器） 正是为解决这类问题而生。它能让CPU在外部事件发生时立即暂停当前任务，转而去处理中断服务（ISR），处理完成后再回到原任务，实现对外部事件的实时响应。

本文将从EXTI的硬件结构、工作原理、配置步骤到实战案例，全面讲解STM32的EXTI外设，帮助大家彻底掌握外部中断的使用。

一、EXTI核心原理：从引脚到中断服务程序

1.1 什么是EXTI？

EXTI是STM32中专门负责处理外部中断和事件的外设，其核心功能是：

• 监测指定引脚的电平变化（上升沿、下降沿或双边沿）
• 当检测到有效电平变化时，触发中断（CPU响应）或事件（外设联动）
• 支持19条中断线（EXTI0~EXTI18），可映射到不同GPIO引脚或内部外设

EXTI的优势在于实时性和低CPU占用：无需持续查询引脚状态，只需在事件发生时被动响应，极大提高了系统效率。

1.2 EXTI的基本工作流程

EXTI的工作流程可概括为"检测-触发-响应"三步：

1. 检测：EXTI控制器持续监测指定引脚的电平变化，根据配置的触发方式（上升沿/下降沿）判断是否为有效事件
2. 触发：当检测到有效事件时，EXTI生成中断请求（送往NVIC）或事件信号（送往其他外设）
3. 响应：
   • 中断模式：CPU响应中断，执行中断服务程序（ISR）
   • 事件模式：事件信号直接触发其他外设（如DMA、TIM），无需CPU干预

1.3 中断与事件的核心区别

很多初学者会混淆"中断"和"事件"，两者的本质区别在于是否需要CPU参与：

• 中断：触发后会向CPU发送中断请求，CPU暂停当前任务，转而去执行中断服务程序（需软件处理）
• 事件：触发后生成一个硬件信号，直接用于驱动其他外设（如启动ADC转换、触发DMA传输），全程无CPU参与，效率更高

举个例子：按键按下时用中断处理（需要CPU亮灯），而传感器数据就绪时用事件触发DMA传输（无需CPU干预）。

二、EXTI硬件结构：深入理解中断控制器的组成

STM32的EXTI控制器结构清晰，主要由以下模块组成（以STM32F103为例）：

2.1 中断线（EXTI0~EXTI18）

EXTI共有19条中断线，每条线对应特定的触发源：

• **EXTI0_{EXTI15**：可映射到GPIO引脚（PA0}PA15、PB0~PB15等）
• EXTI16：连接到PVD（电源电压监测）
• EXTI17：连接到RTC闹钟事件
• EXTI18：连接到USB唤醒事件

关键特性：每条中断线只能对应一个触发源（如EXTI0可连接PA0或PB0，但同一时间只能选一个）。

2.2 边沿检测电路

每条中断线都配备边沿检测电路，用于判断电平变化是否有效，支持三种触发方式：

• 上升沿触发：引脚电平从低→高跳变时触发（如按键按下，从GND到VCC）
• 下降沿触发：引脚电平从高→低跳变时触发（如按键松开，从VCC到GND）
• 双边沿触发：上升沿和下降沿均触发（如需要检测按键按下和松开两个动作）

边沿检测的核心是寄存器配置：通过EXTI_RTSR（上升沿触发选择寄存器）和EXTI_FTSR（下降沿触发选择寄存器）设置。

2.3 中断屏蔽寄存器（EXTI_IMR）与事件屏蔽寄存器（EXTI_EMR）

这两个寄存器用于控制中断线是否允许触发中断或事件：

• EXTI_IMR：bit0_{bit18对应EXTI0}EXTI18，置1表示允许触发中断
• EXTI_EMR：bit0_{bit18对应EXTI0}EXTI18，置1表示允许触发事件

例如：若EXTI_IMR的bit0=1，则EXTI0的有效触发会产生中断请求；若EXTI_EMR的bit0=1，则会产生事件信号。

2.4 中断请求寄存器（EXTI_PR）

当EXTI检测到有效触发时，会在EXTI_PR中对应位置1（如EXTI0触发，bit0=1），表示"待处理请求"。在中断服务程序中，需手动清零该位（写1清零），否则会持续触发中断。

三、EXTI与GPIO的映射关系：如何将引脚连接到中断线？

EXTI0~EXTI15与GPIO引脚的映射是EXTI使用的核心知识点，也是初学者最容易混淆的部分。

3.1 映射规则：同一中断线对应多个GPIO引脚

STM32的GPIO分为多个端口（A_{G），每个端口有16个引脚（0}15）。EXTI0~EXTI15与GPIO的映射规则是：

• EXTI_x（x=0~15）可映射到任意端口的x号引脚，即：
  • EXTI0 → PA0、PB0、PC0、…、PG0
  • EXTI1 → PA1、PB1、PC1、…、PG1
  • …以此类推…
  • EXTI15 → PA15、PB15、PC15、…、PG15

例如，若需要用PB3作为外部中断源，应选择EXTI3，并将其映射到PB3。

3.2 映射配置：通过AFIO寄存器选择端口

中断线与GPIO的映射通过AFIO（复用功能I/O） 寄存器配置，具体是AFIO_EXTICRx寄存器（x=1~4）：

• AFIO_EXTICR1：配置EXTI0~EXTI3
• AFIO_EXTICR2：配置EXTI4~EXTI7
• AFIO_EXTICR3：配置EXTI8~EXTI11
• AFIO_EXTICR4：配置EXTI12~EXTI15

每个寄存器的低4位对应一条中断线，用于选择端口（0=PA，1=PB，2=PC，…，6=PG）。

例如，配置EXTI3映射到PB3：

// 标准库代码：EXTI3映射到GPIOB
AFIO->EXTICR[0] &= ~(0x0F << 12); // 清除EXTI3的配置（EXTICR1的bit12~15）
AFIO->EXTICR[0] |= (0x01 << 12);  // 0x01表示GPIOB

3.3 常用映射表（以STM32F103为例）

为方便查询，整理EXTI0~EXTI15与GPIO的映射关系如下：

（注：EXTI9，只限于互联型）

注意：同一时间，一条中断线只能映射到一个GPIO引脚（如EXTI0不能同时映射到PA0和PB0）。

四、EXTI配置步骤：从初始化到中断响应

使用EXTI实现外部中断的完整步骤如下（以中断模式为例）：

4.1 步骤1：使能相关时钟

EXTI涉及GPIO、AFIO和EXTI本身的时钟，需先使能：

• GPIO时钟：对应引脚所在的GPIO端口（如GPIOA、GPIOB）
• AFIO时钟：用于配置中断线与GPIO的映射（必须使能）
• （EXTI无需单独使能时钟，属于内核外设）

// HAL库代码：使能GPIOA、AFIO时钟
__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
__HAL_RCC_AFIO_CLK_ENABLE();

4.2 步骤2：配置GPIO为输入模式

外部中断的引脚需配置为输入模式（浮空输入、上拉输入或下拉输入）：

• 浮空输入：适用于外部有上拉/下拉电阻的场景（如按键外接电阻）
• 上拉输入：适用于无外部电阻的场景（默认高电平，按下接GND）
• 下拉输入：适用于无外部电阻的场景（默认低电平，按下接VCC）

// HAL库代码：配置PA0为上拉输入
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_0;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;      // 输入模式
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;          // 上拉输入（默认高电平）
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW; // 低速（输入模式无影响）
HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

4.3 步骤3：配置EXTI映射（AFIO）

通过AFIO寄存器将GPIO引脚映射到对应的EXTI线（如PA0→EXTI0）：

// HAL库代码：将PA0映射到EXTI0
HAL_NVIC_SetPriority(EXTI0_IRQn, 0, 0); // 先设置NVIC优先级（见步骤5）
HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI0_IRQn);         // 使能EXTI0中断// 配置映射（HAL库通过GPIO_InitTypeDef的Mode间接配置AFIO）
// 注意：在HAL中，需将GPIO模式设置为GPIO_MODE_IT_RISING（上升沿中断）等，自动关联EXTI

HAL库的简化：在HAL中无需直接操作AFIO_EXTICR，只需将GPIO的Mode设置为中断模式（如GPIO_MODE_IT_RISING），库函数会自动配置映射。

4.4 步骤4：配置EXTI触发方式与屏蔽

通过EXTI寄存器设置触发方式（上升沿/下降沿）和使能中断：

// HAL库代码：配置EXTI0为上升沿触发（在GPIO初始化时同步配置）
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_IT_RISING; // 上升沿中断模式
// 其他可选模式：GPIO_MODE_IT_FALLING（下降沿）、GPIO_MODE_IT_RISING_FALLING（双边沿）

4.5 步骤5：配置NVIC（嵌套向量中断控制器）

EXTI的中断请求需要通过NVIC（内核外设）才能被CPU响应，需配置：

• 中断优先级：通过抢占优先级和子优先级设置（数值越小优先级越高）
• 使能中断通道：允许EXTI对应的中断线向CPU发送请求

// HAL库代码：配置EXTI0的NVIC
HAL_NVIC_SetPriority(EXTI0_IRQn, 2, 0); // 抢占优先级2，子优先级0
HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI0_IRQn);         // 使能EXTI0中断

4.6 步骤6：编写中断服务程序（ISR）

当EXTI触发中断后，CPU会跳转到对应的中断服务程序。STM32的EXTI中断服务程序名称是固定的（如EXTI0_IRQHandler对应EXTI0）。

在ISR中需完成：

1. 检查中断标志（确认是否由目标EXTI线触发）
2. 清除中断标志（避免重复触发）
3. 执行中断处理逻辑（如控制LED、读取传感器）

// 中断服务程序（启动文件中定义，不可修改函数名）
void EXTI0_IRQHandler(void)
{// HAL库中断处理函数：会自动检查标志并清除HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(GPIO_PIN_0);
}// HAL库回调函数：用户在此编写中断处理逻辑
void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin)
{if (GPIO_Pin == GPIO_PIN_0) // 确认是PA0触发的中断{// 处理逻辑：如翻转LEDHAL_GPIO_TogglePin(GPIOC, GPIO_PIN_13);}
}

注意：HAL_GPIO_EXTI_Callback是所有EXTI中断的通用回调函数，需通过GPIO_Pin判断具体触发源。

五、EXTI实战案例：按键中断控制LED

下面通过一个完整案例（按键触发EXTI中断，控制LED翻转），演示EXTI的使用流程。

5.1 硬件设计

• 按键：PA0（下拉输入，按下时接3.3V，产生上升沿）

• LED：PB0、PB1、PB5（推挽输出，低电平点亮）

• 按键按下时，PA0电平从高→低（下降沿），触发EXTI0中断，在中断中翻转LED状态。

5.2 软件实现（HAL库）

（1）初始化函数

#include "stm32f1xx_hal.h"// 全局变量
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;void SystemClock_Config(void);
static void MX_GPIO_Init(void);int main(void)
{// 初始化HAL库HAL_Init();// 配置系统时钟SystemClock_Config();// 初始化GPIO（按键和LED）MX_GPIO_Init();// 主循环while (1){// 主任务：此处为空，演示中断的被动响应}
}// GPIO初始化函数
static void MX_GPIO_Init(void)
{// 使能GPIOA、GPIOC、AFIO时钟__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();__HAL_RCC_GPIOC_CLK_ENABLE();__HAL_RCC_AFIO_CLK_ENABLE();// 配置LED（PC13）为推挽输出GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_13;GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;HAL_GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStruct);// 配置按键（PA0）为上升沿中断模式，下拉输入
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_0;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_IT_RISING; // 上升沿触发中断
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLDOWN;       // 为下拉输入      HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);// 配置NVIC（EXTI0中断）HAL_NVIC_SetPriority(EXTI0_IRQn, 0, 0); // 优先级0（最高）HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI0_IRQn);         // 使能中断
}

（2）中断服务程序与回调函数

// EXTI0中断服务程序
void EXTI0_IRQHandler(void)
{// 调用HAL库中断处理函数（自动清标志）HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(GPIO_PIN_0);
}// 中断回调函数
void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin)
{if (GPIO_Pin == GPIO_PIN_0){// 按键按下（下降沿），翻转LEDHAL_GPIO_TogglePin(GPIOC, GPIO_PIN_13);// 软件消抖（简单处理：延时后再检查引脚状态）HAL_Delay(10); // 10ms消抖if (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_0) == GPIO_PIN_RESET){// 确认按键按下，可添加其他逻辑（如打印信息）printf("按键按下，LED已翻转\r\n");}}
}

（3）系统时钟配置（省略，根据实际硬件生成）

void SystemClock_Config(void)
{RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};// 配置时钟...（使用STM32CubeMX生成即可）
}

5.3 代码解析与注意事项

1. 触发方式选择：按键按下时电平从高→低，因此用GPIO_MODE_IT_FALLING（下降沿触发）；若需要检测按下和松开，可改用GPIO_MODE_IT_RISING_FALLING（双边沿）。

2. 软件消抖：机械按键会有10~20ms的抖动，导致一次按下触发多次中断，需在回调函数中添加延时消抖（如HAL_Delay(10)）。

3. 中断优先级：若系统中有多个中断，需合理设置优先级（如高频响应的中断设为高优先级）。

4. 标志清除：HAL库的HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler会自动清除EXTI_PR中的标志位，无需手动操作；若用标准库，需手动写1清零（EXTI->PR |= EXTI_PR_PR0）。

六、EXTI高级特性：中断共享、事件模式与低功耗唤醒

6.1 中断线共享：多个引脚共用一条EXTI线

当多个引脚需要使用同一中断线时（如PA0和PB0共用EXTI0），需在中断服务程序中区分具体触发引脚，步骤如下：

1. 配置多个GPIO引脚映射到同一EXTI线（如PA0和PB0都映射到EXTI0）
2. 在中断服务程序中，通过HAL_GPIO_ReadPin检查各引脚状态，判断实际触发源

// 示例：PA0和PB0共用EXTI0，中断中区分触发源
void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin)
{if (GPIO_Pin == GPIO_PIN_0){// 检查PA0状态if (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_0) == GPIO_PIN_RESET){printf("PA0触发中断\r\n");}// 检查PB0状态else if (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, GPIO_PIN_0) == GPIO_PIN_RESET){printf("PB0触发中断\r\n");}}
}

注意：同一中断线的多个引脚需配置相同的触发方式（如都用下降沿）。

6.2 事件模式：无CPU参与的硬件联动

事件模式用于触发外设联动，无需CPU干预，典型应用如"外部信号触发ADC采样"：

1. 配置EXTI为事件模式（GPIO_MODE_EVT_RISING）
2. 将EXTI事件输出连接到ADC的触发源
3. 当EXTI检测到有效电平变化时，直接启动ADC转换

// 示例：EXTI0事件模式触发ADC1采样
void EXTI_Event_Init(void)
{// 1. 配置PA0为上升沿事件模式GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_0;GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_EVT_RISING; // 上升沿事件GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLDOWN;HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);// 2. 配置AFIO，将PA0映射到EXTI0__HAL_AFIO_REMAP_EXTI0_PA0(); // 宏定义配置映射// 3. 使能EXTI0事件（EXTI_EMR寄存器）EXTI->EMR |= EXTI_EMR_MR0; // 允许EXTI0产生事件// 4. 配置ADC1由EXTI0事件触发ADC_HandleTypeDef hadc1;hadc1.Instance = ADC1;// ... ADC其他配置 ...ADC_ChannelConfTypeDef sConfig = {0};sConfig.TriggerSource = ADC_EXTERNALTRIGCONV_T1_CC1; // 假设映射到EXTI0HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc1, &sConfig);
}

事件模式的优势是零CPU开销，适合高速实时采集场景（如传感器数据突发采样）。

6.3 低功耗模式下的EXTI唤醒

EXTI是低功耗模式（如停机模式、待机模式）的重要唤醒源，当系统进入低功耗状态时，EXTI可通过外部信号将其唤醒：

// 示例：进入停机模式，等待EXTI0唤醒
void EnterStopMode(void)
{// 1. 配置EXTI0为下降沿中断（唤醒源）// ... 已在初始化中完成 ...// 2. 关闭不必要的外设时钟__HAL_RCC_GPIOA_CLK_DISABLE();__HAL_RCC_GPIOB_CLK_DISABLE();// 3. 进入停机模式HAL_PWR_EnterSTOPMode(PWR_LOWPOWERREGULATOR_ON, PWR_STOPENTRY_WFI);// 4. 唤醒后重新配置系统时钟SystemClock_Config();
}

唤醒原理：EXTI的中断信号可穿透低功耗模式，触发CPU从停机状态恢复，执行中断服务程序后回到主循环。

七、EXTI常见问题与解决方案

7.1 中断不触发：排查步骤

若EXTI中断未按预期触发，可按以下步骤排查：

1. GPIO配置检查：

   • 确认引脚模式是否为中断模式（GPIO_MODE_IT_xxx）
   • 检查上拉/下拉配置是否正确（如按键是否接反导致电平未变化）
   • 用示波器测量引脚，确认触发时是否有预期的电平变化

2. EXTI映射检查：

   • 确认AFIO配置正确（中断线与GPIO引脚对应）
   • 检查是否有其他外设占用了该中断线（如TIM的外部触发）

3. NVIC配置检查：

   • 确认HAL_NVIC_EnableIRQ已调用（中断通道已使能）
   • 检查中断优先级是否被更高优先级中断屏蔽

4. 标志位检查：

   • 触发后查看EXTI_PR寄存器，确认对应位是否置1（若未置1，说明未检测到有效触发）
   • 若用标准库，确认已清除标志位（否则只会触发一次）

7.2 中断频繁触发：抖动与噪声处理

机械按键或外部噪声可能导致中断频繁触发，解决方案：

1. 硬件消抖：在引脚处并联100nF电容，滤除高频噪声
2. 软件消抖：在中断回调函数中添加延时后再检测引脚状态：

   void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin)
   {if (GPIO_Pin == GPIO_PIN_0){HAL_Delay(10); // 10ms消抖if (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_0) == GPIO_PIN_RESET){// 确认有效触发}}
   }
   

3. 中断屏蔽：处理中断时暂时屏蔽该中断线，避免嵌套触发：

   void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin)
   {if (GPIO_Pin == GPIO_PIN_0){HAL_NVIC_DisableIRQ(EXTI0_IRQn); // 屏蔽中断// 处理逻辑HAL_Delay(10); // 消抖HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI0_IRQn);  // 重新使能}
   }
   

7.3 多中断优先级冲突：合理设置抢占优先级

当多个中断同时触发时，需通过抢占优先级控制响应顺序：

• 抢占优先级高的中断可打断正在执行的低优先级中断
• 若抢占优先级相同，根据中断向量表顺序响应（EXTI0比EXTI1先响应）

示例：设置按键中断（EXTI0）优先级高于定时器中断：

// 按键中断（高优先级）
HAL_NVIC_SetPriority(EXTI0_IRQn, 0, 0); // 抢占优先级0
// 定时器中断（低优先级）
HAL_NVIC_SetPriority(TIM2_IRQn, 1, 0);  // 抢占优先级1

八、EXTI应用场景总结

EXTI作为STM32的核心外设，应用场景广泛，典型包括：

1. 按键输入：通过中断检测按键按下/松开，替代轮询节省CPU资源
2. 传感器触发：如红外传感器检测到物体、加速度传感器检测到震动时触发中断
3. 外部设备同步：与外部芯片（如FPGA、DSP）通过中断信号实现同步通信
4. 低功耗唤醒：在电池供电设备中，用EXTI唤醒低功耗模式，延长续航
5. 故障检测：如电源欠压、温度过高等异常信号触发中断，执行保护逻辑

EXTI的核心价值在于实时响应外部事件，同时最小化CPU占用，是嵌入式系统中处理异步事件的首选方案。

九、总结与扩展学习

本文详细讲解了STM32 EXTI的工作原理、硬件结构、配置步骤和实战案例，核心要点：

• EXTI通过19条中断线实现外部事件检测，支持中断和事件两种响应模式
• 中断线与GPIO的映射需通过AFIO配置，每条线可对应多个引脚但同一时间只能选一个
• 配置流程包括时钟使能、GPIO初始化、EXTI映射、触发方式设置、NVIC配置和中断服务程序编写
• 实际应用中需注意消抖、优先级设置和标志位清除

扩展学习建议：

1. 深入研究EXTI与其他外设的联动（如EXTI触发DMA传输、定时器捕获）
2. 学习中断嵌套和优先级管理的高级技巧
3. 探索EXTI在实时操作系统（如FreeRTOS）中的应用（如中断服务程序与任务通信）

掌握EXTI是STM32开发的基础技能，灵活运用EXTI能显著提升系统的响应速度和效率，为复杂嵌入式系统开发奠定基础。