STM32中斷解讀、串口中斷配置補充 NVIC詳解

ID:763998 · 發(fā)表于 2020-6-21 19:47

程序見上一次串口配置

中斷的概述

4.1.1 什么是中斷

程序在正常運行過程中發(fā)生了內(nèi)部或外部事件時，打斷了正在執(zhí)行的程序，轉(zhuǎn)到外部或內(nèi)部事件中去執(zhí)行中斷對應的代。

4.1.2 中斷的意義

高效的去執(zhí)行程序，不會一直占用MCU的資源。

4.1.3 中斷入口

中斷服務函數(shù)：芯片中固定了一段地址空間用來存儲程序代碼。這一段程序代碼是中斷執(zhí)行的程序代碼

中斷的入口：中斷服務函數(shù)名。

4.1.4 中斷的優(yōu)先級

中斷優(yōu)先級：指的是給中斷編號，用來區(qū)分那件事件先執(zhí)行，那件事情后執(zhí)行。編號越小優(yōu)先級越高

4.1.5 中斷的嵌套

中斷嵌套：在執(zhí)行中斷服務函數(shù)代碼時，又發(fā)生中斷事件打斷了正在執(zhí)行的程序。

4.1.6 補充

main函數(shù)與中斷服務函數(shù)的關系？

main函數(shù)、與中斷服務函數(shù)屬于同一級別，不存在的一個說法是main函數(shù)調(diào)用中斷服務函數(shù)。所以中斷服務函數(shù)不需要什么函數(shù)聲明啊，調(diào)用函數(shù)等，只需要重寫實現(xiàn)中斷服務函數(shù)就好。

中斷的執(zhí)行流程？

發(fā)生中斷事件，找到中斷入口，搶占MCU資源執(zhí)行中斷服務函數(shù)中的代碼（此時main函數(shù)失去MCU的使用權），如圖1所示。

圖1 中斷執(zhí)行流程

斷點：正常執(zhí)行的程序，發(fā)生中斷事件時，被打斷的位置。MCU去執(zhí)行中斷服務函數(shù)中的代碼前，存儲的該斷點的現(xiàn)場信息，我們把這一過程稱為：壓棧（入棧）。在執(zhí)行完中斷服務函數(shù)后，回到斷點，從棧中讀出之前存入的現(xiàn)場信息，繼續(xù)執(zhí)行，我們稱這一過程為彈棧（出棧）。

中斷嵌套的執(zhí)行流程？

圖2嵌套中斷流程

中斷嵌套如圖2，（簡單理解：中斷中又發(fā)生了中斷）。

4.2 異常與中斷

4.2.1 異常的理解

異常：簡單理解，屬于內(nèi)核的中斷（系統(tǒng)內(nèi)部）稱為異常，如圖3所示。

中斷：不屬于內(nèi)核的中斷，稱為外部中斷，簡稱中斷，如圖4所示。

如無特殊說明，可以不分辨“中斷”與“異常”這兩個術語，可以互換使用。

圖3 系統(tǒng)異常（中斷）

圖4 外部中斷

由圖可知，編號0沒有進行任何定義，編號為 1－15 的對應系統(tǒng)異常，大于等于 16 的則全是外部中斷。

4.2.2 優(yōu)先級

懸起:

先理解一個概念：“懸起”。如果發(fā)生了一個中斷但是它不能馬上反應，稱為懸起。

優(yōu)先級:

優(yōu)先級的概念：優(yōu)先級解決的問題是同時發(fā)生多個中斷請求時，先響應誰，把誰懸起的問題。被懸起的中斷，等待高優(yōu)先級響應完，它們才能有機會正常執(zhí)行響應中斷請求。

優(yōu)先級的特點：

數(shù)值越小，優(yōu)先級越高。

高優(yōu)先可搶占低優(yōu)先級。

搶占優(yōu)先級與子優(yōu)先級：

為了使搶占機能變得更可控，CM3 還把256級優(yōu)先級按位分成高低兩段，分別稱為搶占優(yōu)先級和子優(yōu)先級。

圖5優(yōu)先級分組

由圖5可知，有8（0到7）個分組位置。

從分組位置0可知，搶占優(yōu)先級最多可以使用7位（高七位—>7、6、5、4、3、2、1）表示，27=128，能表示128個搶占優(yōu)先級，即：最多支持128層中斷嵌套。進而得出子優(yōu)先級至少有1位，21=2，能表示2個子優(yōu)先級。

從分組位置7可知道可以沒有搶占優(yōu)先級，但必須有子優(yōu)先級。

NVIC 中有一個寄存器是“應用程序中斷及復位控制寄存器”，如圖6，它里面有一個位段名為“優(yōu)先級組”。該位段的值對每一個優(yōu)先級可配置的異常都有影響——把其優(yōu)先級分為 2 個位段： MSB 所在的位段（左邊的）對應搶占優(yōu)先級，而 LSB 所在的位段（右邊的）對應子優(yōu)先級。

圖6應用程序中斷及復位控制寄存器AIRCR

舉個例子，如果只使用 3 個位來表達優(yōu)先級[7:5]，并且優(yōu)先級組的值是5,查表可知，如圖7、8所示，位7與位6表示搶占優(yōu)先級。

圖7優(yōu)先級分組值為5查表結果

圖83位表示優(yōu)先級，分組值為5實際分組

4.2.3搶占優(yōu)先級與子優(yōu)先級

《1》高搶占優(yōu)先級是可以打斷正在進行的低搶占優(yōu)先級中斷的。

《2》搶占優(yōu)先級相同的中斷，高子優(yōu)先級不可以打斷低子優(yōu)先級的中斷。

《3》搶占優(yōu)先級相同的中斷，當兩個中斷同時發(fā)生的情況下，哪個子優(yōu)先級高，就先執(zhí)行。

《4》如果兩個中斷的搶占優(yōu)先級和響應優(yōu)先級都是一樣的話，則看哪個中斷先發(fā)生就先執(zhí)行；

4.2.4 補充

從需求理解中斷：

中斷的發(fā)明是為了提高MCU執(zhí)行程序的效率、讓程序變得更加靈活、高效。例如按鍵的掃描，需要MCU不斷的去輪詢，當程序的框架復雜，實現(xiàn)很多功能，代碼量多時，按鍵往往就沒那么靈敏了。可能有時按下有效果，有時按下沒效果。這時候就需要使用到中斷了，最簡單的做法把按鍵掃描函數(shù)，放在按鍵中斷服務函數(shù)中；當按鍵按下，發(fā)生中斷，找到中斷入口（按鍵中斷服務函數(shù)名），執(zhí)行中斷服務函數(shù)中的按鍵掃描代碼，這使MCU執(zhí)行程序的效率大大的提高。具體流程如下圖9。

圖9 按鍵外部中斷流程圖

中斷如果只設計一個出來，那就不需要優(yōu)先級的概念了，優(yōu)先級就是為了解決多個中斷發(fā)送，先響應誰，把誰懸起的問題。而在執(zhí)行中斷的過程中，又發(fā)生了中斷，稱為中斷嵌套；要弄清楚誰可以打斷誰，規(guī)律是什么，就需要明白搶占優(yōu)先級與子優(yōu)先級的，優(yōu)先級分組的作用、意義。

4.3 NVIC

4.3.1 NVIC概述

NVIC:嵌套向量中斷控制器，用于管理外部所有中斷

《1》NVIC 共支持 1 至 240 個外部中斷輸入（通常外部中斷寫作 IRQs）

《2》所有的中斷控制／狀態(tài)寄存器均可按字／半字／字節(jié)的方式訪問

《3》所有 NVIC 的中斷控制/狀態(tài)寄存器都只能在特權級下訪問。不過有一個例外——軟件觸發(fā)中斷寄存器可以在用戶級下訪問以產(chǎn)生軟件中斷

4.3.2 中斷的使能與除能

CM3中可以有240對使能位／除能位(SETENA 位/CLRENA 位)，每個中斷擁有一對。

欲使能一個中斷，我們需要寫 1 到對應 SETENA 的位中；欲除能一個中斷，你需要寫 1 到對應的 CLRENA 位中。如果往它們中寫 0，則不會有任何效果。

這240個對子分布在8對32位寄存器中，SETENA0, SETENA1…SETENA7，最后一對沒有用完，如圖10所示。