【STM32】HAL库-嵌套向量中断控制器NVIC

中断与异常

嵌套向量中断控制器，简称为NVIC，其支持为数众多的系统异常和外部中断。

Cortex-M3支持256个中断。

中断/异常类型表如下

编号为 1－15 的称为系统异常（注意：没有编号为 0 的异常），大于等于 16 的称为(外部)中断。

除了个别异常的优先级被定死外，其它中断/异常的优先级都是可编程的

外部中断表如下

优先级

在 CM3 中，优先级对于异常来说很关键的，它会决定一个异常是否能被掩蔽，以及在未掩蔽的情况下何时可以响应。优先级的数值越小，则优先级越高。

CM3 支持中断嵌套，使得高优先级异常会抢占(preempt)低优先级异常。

有3个系统异常的优先级是固定的，并且是负数，分别为：复位，NMI 以及硬 fault

所有其它异常的先级则都是可编程的（（但不能被编程为负数）

CM3 支持 3 个固定的高优先级（复位，NMI 以及硬 fault）和多达 256 级的可编程优先级，并且支持 128 级抢占式优先级

256级对应一个字节的大小，8位二进制，也就是每一个可编程的中断/异常有一个至少一个字节大小的寄存器来配置其优先级。并且是以 MSB 对齐的。

CM3 允许的最少使用位数为 3 个位，亦即至少要支持 8 级优先级

如使用3个位来定义优先级，则只有最高3位有效。

优先级 优先级设置寄存器的值

优先级分组

为了使抢占机能变得更可控，CM3 还把 256 级优先级按位分成高低两段，分别称为抢占优先级和子优先级

通过应用程序中断及复位控制寄存器(AIRCR)地址：0xE000_ED00来设置抢占式优先级与子优先级占用的位数。

PRIGROUP的取值

子优先级至少是 1 个位。因此抢占优先级最多是 7 个位，造成了最多只有 128 级抢占的现象。

如使用最高3位来表达优先级，优先级分组选择5，则抢占式优先级用2个位表达，剩下的一个位则是子优先级。

使用最高3位来表达优先级，优先级分组选择1，则抢占式优先级占用3位，子优先级无效

如果两个中断的抢占式优先级和子优先级都相同，则先响应异常编号最小的那一个，例如，当 IRQ #3 的优先级与 IRQ #5 的优先级相等时，IRQ #3 会比 IRQ #5 先得到响应。

向量表

当发生中断或者异常时，需要定位其服务例程的入口地址（中断复位函数的入口地址）这些入口地址存储在所谓的“向量表”中。

也就是说向量表存储的是一个个函数的地址。默认情况下，，CM3 认为该表位于零地址处，且各向量占用 4 字节。

CM3支持动态重分发中断，CM3 允许向量表重定位——从其它地址处开始定位各异常向量。

为了实现这个功能，NVIC 中有一个寄存器，称为“向量表偏移量寄存器”（在地址 0xE000_ED08 处），通过修改它的值就能重定位向量表。

中断的触发与悬起(挂起)

当中断发生时候，该中断就被悬起。即使后来中断源撤消了中断请求，

已经被标记成悬起的中断也被记录下来。到了系统中它的优先级最高的时候，就会得到响应

悬起被置位：告诉CPU，有一个中断触发了，当该中断优先级最高时候，CPU将会根据向量表找到中断服务函数的入口地址，从而处理中断，当某中断的服务例程开始执行时，就称此中断进入了“活跃”状态，并且其悬起位会被硬件自动清除。

但是如果在某个中断得到响应之前，其悬起状态被清除了，则中断被取消。

如果中断源咬住请求信号不放，该中断就会在其上次服务例程返回后再次被置为悬起状态

Fault 类异常

CM3 中的 Faults 可分为以下几类：

总线 faults

存储器管理 faults

用法 faults

每个faults都有其对应的faults状态寄存器，用来指示出错的原因与类型。

更多细节请看CM3权威指南。

NVIC

嵌套向量中断控制器(NVIC)

NVIC 的访问地址是 0xE000_E000。所有 NVIC 的中断控制/状态寄存器都只能在特权级下访问，仅软件触发中断寄存器可以在用户级下访问以产生软件中断。

每个外部中断都有在 NVIC 的下列寄存器

使能与除能（失能）寄存器

悬起与“解悬”寄存器

优先级寄存器

活动状态寄存器（中断是否正在被CPU响应）

使能与除能（失能）寄存器

SETENA（使能）/CLRENA（失能） 可以按字/半字/字节的方式来访问

32 位寄存器，写1使能/失能，写0无效

CM3 中可以有 240 对使能位／除能位(SETENA 位/CLRENA 位)，每个中断拥有一对。这 240 个对子分布在 8 对 32 位寄存器中（最后一对没有用完）

悬起与解悬寄存器

如果中断发生时，正在处理同级或高优先级异常，或者被掩蔽，则中断不能立即得到响应。此时中断被悬起。

中断的悬起状态可以通过“中断设置悬起寄存器(SETPEND)”和“中断悬起清除寄存器(CLRPEND)”来读取，还可以写它们来手工悬起中断。

其用法与前面介绍的使能/除能寄存器完全相同

中断优先级寄存器

每个外部中断都有一个对应的优先级寄存器，每个寄存器占用 8 位。

优先级寄存器都可以按字节访问，当然也可以按半字/字来访问

根据优先级组的设置，优先级可以被分为高低两个位段，分别是抢占优先级和亚优先级，

通过应用程序中断及复位控制寄存器(AIRCR)地址：0xE000_ED00来设置抢占式优先级与子优先级占用的位数。

系统异常的优先级设置

活动状态

每个外部中断都有一个活动状态位。在处理器执行了其 ISR（中断服务函数） 的第一条指令后，它的活动位就被置 1，并且直到 ISR 返回时才硬件清零。

哪怕中断被抢占，其活动状态也依然为 1。

按字／半字／字节访问，但是只读的

软件中断

软件触发中断请求

STM32的中断

以STM32F103C8T6为例

68个可屏蔽中断通道(不包含16个Cortex™-M3的中断线)；

16个可编程的优先等级(使用了4位来表示中断优先级)；

下面介绍HAL库的常用中断相关函数

其他的函数请查看stm32f1xx_hal_cortex.c文件

中断优先级分组

/**

  * @brief  Sets the priority grouping field (preemption priority and subpriority)

  *         using the required unlock sequence.

  * @param  PriorityGroup: The priority grouping bits length. 

  *         This parameter can be one of the following values:

  *         @arg NVIC_PRIORITYGROUP_0: 0 bits for preemption priority

  *                                    4 bits for subpriority

  *         @arg NVIC_PRIORITYGROUP_1: 1 bits for preemption priority

  *                                    3 bits for subpriority

  *         @arg NVIC_PRIORITYGROUP_2: 2 bits for preemption priority

  *                                    2 bits for subpriority

  *         @arg NVIC_PRIORITYGROUP_3: 3 bits for preemption priority

  *                                    1 bits for subpriority

  *         @arg NVIC_PRIORITYGROUP_4: 4 bits for preemption priority

  *                                    0 bits for subpriority

  * @note   When the NVIC_PriorityGroup_0 is selected, IRQ preemption is no more possible. 

  *         The pending IRQ priority will be managed only by the subpriority. 

  * @retval None

  */

void HAL_NVIC_SetPriorityGrouping(uint32_t PriorityGroup)

{

  /* Check the parameters */

  assert_param(IS_NVIC_PRIORITY_GROUP(PriorityGroup));

  /* Set the PRIGROUP[10:8] bits according to the PriorityGroup parameter value */

  NVIC_SetPriorityGrouping(PriorityGroup);

}

设置中断的抢占式优先级与子优先级

/**

  * @brief  Sets the priority of an interrupt.

  * @param  IRQn: External interrupt number.

  *         This parameter can be an enumerator of IRQn_Type enumeration

  *         (For the complete STM32 Devices IRQ Channels list, please refer to the appropriate CMSIS device file (stm32f10xx.h))

  * @param  PreemptPriority: The preemption priority for the IRQn channel.

  *         This parameter can be a value between 0 and 15

  *         A lower priority value indicates a higher priority 

  * @param  SubPriority: the subpriority level for the IRQ channel.

  *         This parameter can be a value between 0 and 15

  *         A lower priority value indicates a higher priority.          

  * @retval None

  */

void HAL_NVIC_SetPriority(IRQn_Type IRQn, uint32_t PreemptPriority, uint32_t SubPriority)

{ 

  uint32_t prioritygroup = 0x00U;

  /* Check the parameters */

  assert_param(IS_NVIC_SUB_PRIORITY(SubPriority));

  assert_param(IS_NVIC_PREEMPTION_PRIORITY(PreemptPriority));

  prioritygroup = NVIC_GetPriorityGrouping();

  NVIC_SetPriority(IRQn, NVIC_EncodePriority(prioritygroup, PreemptPriority, SubPriority));

}

使能中断

/**

  * @brief  Enables a device specific interrupt in the NVIC interrupt controller.

  * @note   To configure interrupts priority correctly, the NVIC_PriorityGroupConfig()

  *         function should be called before. 

  * @param  IRQn External interrupt number.

  *         This parameter can be an enumerator of IRQn_Type enumeration

  *         (For the complete STM32 Devices IRQ Channels list, please refer to the appropriate CMSIS device file (stm32f10xxx.h))

  * @retval None

  */

void HAL_NVIC_EnableIRQ(IRQn_Type IRQn)

{

  /* Check the parameters */

  assert_param(IS_NVIC_DEVICE_IRQ(IRQn));

  /* Enable interrupt */

  NVIC_EnableIRQ(IRQn);

}

失能中断

/**

  * @brief  Disables a device specific interrupt in the NVIC interrupt controller.

  * @param  IRQn External interrupt number.

  *         This parameter can be an enumerator of IRQn_Type enumeration

  *         (For the complete STM32 Devices IRQ Channels list, please refer to the appropriate CMSIS device file (stm32f10xxx.h))  

  * @retval None

  */

void HAL_NVIC_DisableIRQ(IRQn_Type IRQn)

{

  /* Check the parameters */

  assert_param(IS_NVIC_DEVICE_IRQ(IRQn));

  /* Disable interrupt */

  NVIC_DisableIRQ(IRQn);

}

清除中断的挂起位

/**

  * @brief  Clears the pending bit of an external interrupt.

  * @param  IRQn External interrupt number.

  *         This parameter can be an enumerator of IRQn_Type enumeration

  *         (For the complete STM32 Devices IRQ Channels list, please refer to the appropriate CMSIS device file (stm32f10xxx.h))  

  * @retval None

  */

void HAL_NVIC_ClearPendingIRQ(IRQn_Type IRQn)

{

  /* Check the parameters */

  assert_param(IS_NVIC_DEVICE_IRQ(IRQn));

  /* Clear pending interrupt */

  NVIC_ClearPendingIRQ(IRQn);

}

STM32CubeMX中的中断优先级配置