STM32开发----中断和事件
0 前言
众所周知，处理器的速度跟外围硬件设备的速度往往不在一个数量级上，因此，如果内核采取让处理器向硬件发出一个请求，然后专门等待回应的办法，显然降低内核效率。
既然硬件的响应这么慢，那么内核就应该在此期间处理其他事务，等到硬件真正完成了请求的操作之后，再回过头来对它进行处理。想要实现这种功能，轮询（polling）可能会是一种解决办法。可以让内核定期对设备的状态进行查询，然后做出相应的处理。不过这种方法很可能会让那个内核做不少无用功，因为无论硬件设备是正在忙碌着完成任务还是已经大功告成，轮询总会周期性的重复执行。更好的办法是由我们来提供一种机制，让硬件在需要的时候再向内核发出信号（变内核主动为硬件主动），这就是中断机制。
1.中断和事件
1.1概述
1.1.1 中断和事件的定义
中断：指当出现需要时，CPU暂时停止当前程序的执行转而执行处理新情况的程序和执行过程。即在程序运行过程中，系统出现了一个必须由CPU立即处理的情况，此时，CPU暂时中止程序的执行转而处理这个新的情况的过程就叫做中断。
事件：事件是中断的触发源，开放了对应的中断屏蔽位，则事件可以触发相应的中断。事件还是其它一些操作的触发源，比如 DMA，还有TIM中影子寄存器的传递与更新;而中断是不能触发这些操作的，所以要把事件与中断区分开。
简单点就是中断一定要有中断服务函数,但是事件却没有对应的函数.但是事件可以触发其他关联操作,比如触发DMA,触发ADC采样等.可以在不需要CPU干预的情况下,执行这些操作.中断则必须要CPU介入.
1.1.2 中断的类型
在cortex-M3中，将异常的类型也分为了两类
1.来自CPU的内部事件或程序执行中的事件引起的过程。如由于CPU本身故障、程序故障和请求系统服务的指令等引起的中断被称为异常。
2.由CPU以外的事件引起的中断，如I/O中断、时钟中断、控制台等则被称为中断。
Cortex‐M3 在内核水平上搭载了一个异常响应系统，支持为数众多的系统异常和外部中断。包括15个系统异常，和最多240个外部中断。具体使用了这240个中断源中的多少个，则由芯片制造商决定。除了个别异常的优先级被定死外，其它异常的优先级都是可编程的。详细的中断编号请参考《cortex-M3异常向量表》。
1.1.3 中断的处理过程
在微机系统中，对于外部中断，中断请求信号是由外部设备产生，并施加到CPU的NMI或INTR引脚上，CPU通过不断地检测NMI和INTR引脚信号来识 别是否有中断请求发生。对于内部中断，中断请求方式不需要外部施加信号激发，而是通过内部中断控制逻辑去调用。无论是外部中断还是内部中断，中断处理过程 都要经历以下步骤： 请求中断→响应中断→关闭中断→保留断点→中断源识别→保护现场→中断服务子程序→恢复现场→中断返回。
请求中断
当某一中断源需要CPU为其进行中断服务时，就输出中断请求信号，使中断控制系统的中断请求触发器置位，向CPU请求中断。系统要求中断请求信号一直保持到CPU对其进行中断响应为止。
中断响应
CPU对系统内部中断源提出的中断请求必须响应，而且自动取得中断服务子程序的入口地址，执行中断服务子程序。对于外部中断，CPU在执行当前指令的最后一个时钟周期去查询INTR引脚，若查询到中断请求信号有效，同时在系统开中断（即IF=1）的情 况下，CPU向发出中断请求的外设回送一个低电平有效的中断应答信号，作为对中断请求INTR的应答，系统自动进入中断响应周期。
关闭中断
CPU响应中断后，输出中断响应信号，自动将状态标志寄存器FR或EFR的内容压入堆栈保护起来，然后将FR或EFR中的中断标志位IF与陷阱标志位TF清零，从而自动关闭外部硬件中断。因为CPU刚进入中断时要保护现场，主要涉及堆栈操作，此时不能再响应中断，否则将造成系统混乱。
保护断点
保护断点就是将CS和IP/EIP的当前内容压入堆栈保存，以便中断处理完毕后能返回被中断的原程序继续执行，这一过程也是由CPU自动完成。
中断源识别
当系统中有多个中断源时，一旦有中断请求，CPU必须确定是哪一个中断源提出的中断请求，并由中断控制器给出中断服务子程序的入口地址，装入CS与IP/EIP两个寄存器。CPU转入相应的中断服务子程序开始执行。
保护现场
主程序和中断服务子程序都要使用CPU内部寄存器等资源，为使中断处理程序不破坏主程序中寄存器的内容，应先将断点处各寄存器的内容压入堆栈保护起来，再进入的中断处理。现场保护是由用户使用PUSH指令来实现的。
中断服务
中断服务是执行中断的主体部分，不同的中断请求，有各自不同的中断服务内容，需要根据中断源所要完成的功能，事先编写相应的中断服务子程序存入内存，等待中断请求响应后调用执行。
恢复现场
当中断处理完毕后，用户通过POP指令将保存在堆栈中的各个寄存器的内容弹出，即恢复主程序断点处寄存器的原值。
中断返回
在中断服务子程序的最后要安排一条中断返回指令IRET，执行该指令，系统自动将堆栈内保存的 IP/EIP和CS值弹出，从而恢复主程序断点处的地址值，同时还自动恢复标志寄存器FR或EFR的内容，使CPU转到被中断的程序中继续执行。
一个中断的产生，要首先经过边沿触发寄存器----》软件中断事件寄存器—》如果是软件中断就会到请求挂起寄存器，如果不是则会到事件屏蔽寄存器—》软件中断会到中断的屏蔽寄存器，不是软件中断则会到脉冲发生器—》软件中断还有最后一步就是到NVIC中断控制器，由他管理是否让CPU处理这个中断。下面是中断/事件的控制器框架图：
、
1.1.4 中断优先级管理
**Cortex-M3中定义了8个Bit用于设置中断源的优先级，用于管理中断，而STM32只选用其中的4个Bit。**在STM32的中断分组管理中STM32将中断分成5个组，分别为组0-4；同时，对每个中断设置一个抢占优先级和响应优先级。下图是中断分组的设置表：
当程序中设置中断分组为2时，即抢占优先级可以设置为0-3，响应优先级可以设置为0-3。
抢占优先级的级别高于响应优先级，而数值越小所代表的的优先级越高。
- 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；
2.使用示例
2.1 外部中断配置
例子： 按键中断
使用STM32库函数实现
.c文件内容
#include "key.h"
uint8_t Change_Flag=0;
void Key_GPIO_Config(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd( RCC_APB2Periph_GPIOB|RCC_APB2Periph_GPIOA , ENABLE);
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_12; //LED
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU; //PA10 上拉输入
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
}
void EXTI_Key_Config(void)
{
EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStructure;
GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOA, GPIO_PinSource10); //
EXTI_InitStructure.EXTI_Line = EXTI_Line10;
EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;
EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Falling;//EXTI_Trigger_Falling; //下降沿中断
EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE;
EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);
}
static void NVIC_Configuration(void)
{
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
/* Configure one bit for preemption priority */
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_0);
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI15_10_IRQn;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority =1;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority =0;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}
void board_init(void)
{
NVIC_Configuration();
EXTI_Key_Config();
Key_GPIO_Config();
}
void EXTI15_10_IRQHandler(void)//这里为：EXTI15_10 (外部中断号的10~15都在这里实现）
{
if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line10) != RESET) //这里为判断相应的中断号是否进入中断，如果有多个中断的话。
{
Change_Flag =~Change_Flag;
EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line10); //清中断
if(Change_Flag!=0)
LED(ON);
else
LED(OFF);
}
}
.h内容
#ifndef __KEY_H
#define __KEY_H
#define LED(ON) GPIO_RessetBits(GPIOB, GPIO_Pin_12)
#define LED(OFF) GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_12)
void board_init(void);
#endif
3.问题总结
1.EXTI线16连接到PVD输出
EXTI线17连接到RTC闹钟事件
EXTI线18连接到USB唤醒事件
EXTI线19连接到以太网唤醒事件(只适用于互联型产品)
2.中断在发生以后，中断标志位必须手动清零，如果不清零，则无法进入下一次中断
中断标志相关函数：
1》EXTI_ClearFlag/EXTI_ClearITPendingBit 用来清除EXTI_Line指定的外部中断的pending bit(清除中断标识位)
这两个函数一般是用在用户编写的中断处理函数的结束调用之前(在中断处理函数的最后)
void EXTI_ClearFlag ( uint32_t EXTI_Line )
void EXTI_ClearITPendingBit ( uint32_t EXTI_Line )
2》EXTI_GetFlagStatus/EXTI_GetITStatus 用来获取EXTI_Line指定的外部中断的状态
FlagStatus EXTI_GetFlagStatus ( uint32_t EXTI_Line )
功能：检查指定的外部中断线的标志是否被置位（如果在EXTI_IMR和EXTI_EMR中允许产生该中断，则此时将产生一个中断）
注释：该函数没有检查EXTI_IMR和EXTI_EMR状态，它只是纯粹读取中断标志位的状态，但是不一定会响应中断
ITStatus EXTI_GetITStatus ( uint32_t EXTI_Line )
注释：除了读取中断标志位，还查看 EXT_IMR 寄存器是否对该中断进行屏蔽，在中断挂起 & 没有屏蔽的情况下就会响应中断
3.程序中有多个中断的时候要配置中断分组便于管理中断
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); 设置中断分组，设定抢占优先级和响优先级的位数
设置中断分组只能在程序初始化的时候设置 ，并且只能设置一次，不然会导致中断管理混乱。
4.中断处理函数应该无返回值，无参数，应该尽量简短并且在中断处理函数中:
-
不能延时
-
不能用printf —>除非重定向到了调试串口
-
中断处理函数要 “短小精悍” 在中断中写while()函数不可取 可以设置一个FLAG在MAIN函数中处理
5.向量中断就是不同的中断有不同的入口地址，非向量中断就只有一个入口地址，
进去了再判断中断标志来识别具体是哪个中断。向量中断实时性好，非向量中断简单
向量中断控制器NVIC具有32个中断请求输入，可将其编程分为3类，FIQ,向量IRQ和非向量IRQ。
向量中断------由硬件提供中断服务程序入口地址； 经常用于异常，reset；控制器直接将PC赋值
- 中断处理函数要 “短小精悍” 在中断中写while()函数不可取 可以设置一个FLAG在MAIN函数中处理
5.向量中断就是不同的中断有不同的入口地址，非向量中断就只有一个入口地址，
进去了再判断中断标志来识别具体是哪个中断。向量中断实时性好，非向量中断简单
向量中断控制器NVIC具有32个中断请求输入，可将其编程分为3类，FIQ,向量IRQ和非向量IRQ。
向量中断------由硬件提供中断服务程序入口地址； 经常用于异常，reset；控制器直接将PC赋值
非向量中断------由软件件提供中断服务程序入口地址；