单片机学习笔记6--中断系统（基于百问网STM32F103系列教程）

第六章 中断

第一节 中断的概念

简单来说，就是他可以打断系统当前正在执行的任务，让CPU优先执行此任务，等这个任务结束，CPU才能回到刚才被打断的地方重新执行程序。

中断一般分为系统异常和外部中断。通常，把CPU内部产生的紧急事件叫做异常，比如非法指令（除零）、地址访问越界等；把来自CPU外部的片上外设产生的紧急事件叫做中断，比如GPIO引脚电平变化、定时器溢出等。

第二节 中断和优先级

2.1Cortex-M3的中断和优先级

Cortex-M3内核有共有0-255，共256个中断，其中编号0_{15是系统异常**，**16}255是外部中断。每个中断又有自己特定的触发条件，当满足他们的触发条件后，系统就会产生中断，CPU就会跳到对应的中断服务函数去执行。

系统异常的名称是确定好的，厂家不能修改。外部中断是可以自己定义中断函数名称的。优先级就是每个中断的地位、重要程度的高低，越重要的中断，他的优先级越高。当几个中断同时发生的时候，CPU会优先执行优先级更高的中断，优先级相对较低的中断只能等待优先级高的中断执行完毕才能执行。在Cortex-M3内核中优先级数值越小，他的优先级越高。详细信息可查阅2_官方资料\10.0_Cortex-M3权威指南。

上面提到当多个中断同时发生的时候，系统会优先执行优先级较高的中断，那么系统是如何管理判断每个中断的优先级的呢。
Cortex-M3内核有一个专门管理中断的外设NVIC (Nested Vectored Interrupt Controller，嵌套向量中断控制器)用于控制各种中断的优先级实现中断的嵌套和调度。
NVIC是一个总的中断控制器，无论是来在内核的异常还是外设的外部中断，都由NVIC统一进行管理。
除了Reset(复位）、NMI(Non Maskable Interrupt，不可屏蔽中断)、HardFault（硬件异常〉，他们的优先级是固定的，且优先级是负数，是最高的。剩下的异常或中断，都是可以通过修改NVIC的寄存器调整优先级（但不能设置为负数，最小值是0）。

同时在Cortex-M3中，将优先级拆分为抢占优先级(Preempt Priority)和子优先级(Subpriority) ,每个中断都需要指定这两级。

抢占优先级是决定抢占的。这个抢占是对于中断来说的，抢占优先级高的中断能把CPU抢过来。如果CPU正在执行一个中断函数，抢占优先级更高的中断可以打断正在运行的中断，让CPU运行优先级更高的中断。

子优先级是决定运行的先后顺序的，他没有抢占功能，当两个中断的抢占优先级一样，子优先级更高的中断先运行，但是如果在子优先级低的中断正在执行的时候，子优先级高的中断只能等待子优先级低的中断执行完毕才能去执行，因为子优先级没有抢占功能。

若两种优先级一样则看中断在中断异常表中的位置，越靠前越先响应。比如说上图编号16的IRQ_0和编号255的IRQ_239同时发生，编号16的IRQ_0优先执行。

通过这两个优先级，系统就可以实现中断嵌套。

两种优先级通过8个Bit来控制。高区位是抢占优先级的，低区位是子优先级的。

例如选择PRIGROUP = 4；则抢占优先级占7-5位，共2^3 = 8个优先级；子优先级占4-0位，共2^5 = 32个优先级。

要注意的是，对于优先级分组，在大多数情况下，分组一旦被设置了，在复位之前都不需要在重新设置这个寄存器了。也就是说在程序一开始就要将优先级分组设置好，以后就不要在改变了。

2.2STM32的中断和优先级

1、中断介绍

STM32是基于Cortex-M3内核的，所以STM32的中断、优先级设置以及他们的特性和Cortex-M3内核是一样的，只不过STM32将其进行了裁剪。因为Cortex-M3设计有256种中断，但大多数MCU都用不到这么多中断，比如STM32F103系列就只有70种异常和中断，其中前15个是系统异常（有5个预留），后面60个是外部中断。

STM32的中断没有太大的改动，只是去掉了一些可更改的外部中断，同时对所有中断的中断编号重新编排了。STM32中的Reset和NMI属于系统启动时的中断，所以没有设置中断号，然后从HardFault开始的中断号从-13开始向上递增。外部中断编号就从0开始递增了。

2、优先级介绍

STM32F103继承了Cortex-M3的中断优先级规则，也还用抢占优先级和子优先级对中断优先级进行控制。但是因为STM32F103的中断少了很多，所以中断优先级也用不了那么多，只使用了8个Bit中的4个来设置。

第三节 使用HAL库配置中断

3.1相关函数

在HAL库中，关于中断的的函数有以下几个。

HAL_NVIC_SetPriorityGrouping：设置中断优先级分组的，确定抢占优先级和子优先级的范围。

HAL_NVIC_SetPriority：设置某一具体中断的抢占优先级和子优先级。

HAL_NVIC_EnableIRQ：使能某一具体的中断。

HAL_NVIC_DisableIRQ：关闭某一具体的中断。

void XXX_IROHandler(void)：某一具体的中断服务函数。

HAL_XXX_IROHandler(type para):HAL库中的中断服务函数,在XXX_IROHandler中被调用，里面执行的是对具体中断的标志的清除以及一些状态的获取，还会调用一个供用户使用的回调函数HAL_XXX_Callback。

HAL_XXX_Callback：HAL库中的中断服务函数中调用的回调函数，用户可以在这里处理一些额外的任务。

3.2使用流程

上面分析可知，要想使用中断实现自己的任务，只需要三步：

1、系统中断服务函数重定位，XXX_IROHandler(void)是系统内核设置的中断函数，当中断发生的时候就会调用这个函数。

可以看到他们都是有weak修饰，weak作用简单来说就是当你写了一个与这个函数名字一样的函数，系统就会优先调用你自己写的函数；如果不重新写这个函数，那么系统默认调用这个函数。

2、在重定位的系统中断处理函数中调用HAL库的对应的中断处理服务函数。这样当中断发生的时候，实际上执行的函数就是HAL库中的函数了。

3、在HAL库的中断服务函数中调用的回调函数中编写自己的代码，实现任务。可以看到HAL库中的中断函数在内部清除中断标志后会调用一个回调函数，这个回调函数就是HAL库为用户准备的。用户在里面编写自己的代码，实现所需功能。

所以当中断发生的时候，中断函数的流程就是来回调用，系统函数调用HAL库函数，HAL库函数调用回调函数。

注意HAL_XXX_Callback：这个回调函数也是用weak修饰的虚函数，所以可以直接自己写一个这个函数，也可以在文件中找到此函数具体位置，在里面添加具体代码。