STM32中断相关概念阐述

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未完待续。。。

想完整的写完并写清楚不容易，修修改改ing。。。

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注：本文以STM32F1系列为例，F1系列为Cortex M3内核。

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1、STM32 CM3 中断阐述

ARM Cortex M3内核支持256个中断（16个内核中断+240个外部中断），与其相关的中断控制寄存器和中断优先级控制寄存器（NVIC、SYSTICK）也都属于Cortex M3内核的一部分。

16分内部中断如下图：

STM32使用了ARM Cortex M3内核并对其进行了裁减，使之在原本支持240个外部中断裁减变成了68个外部中断，外加内部的16个中断，一共16+68=84个中断。

现在知道了STM32一共84个中断，那么在实际使用的时候怎么对它进行管理的呢？

这就引入了中断优先级的概念。

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2、优先级的定义

名词：NVIC（Nested vectored interrupt controller），嵌套向量中断控制器。

• CM3内核使用NVIC来管理中断；
• CM3中优先级的数值越小，优先级越高，支持256级中断（所以CM3配置中断优先级的寄存器是8bit的）；
• CM3 支持中断嵌套，使得高优先级异常会抢(preempt)低优先级异常。
• CM3有3个系统异常：复位，NMI 以及硬 fault，它们有固定的优先级，并且它们的优先级号是负数，从而高于所有其它异常。除了这三个，其它异常的优先级则都是可编程的（但不能编程为负数）。

CM3最大支持到了256个等级的中断优先级但是实际上用不到这么多，所以大多数采用了M3内核的芯片会对其进行精简设计，ST就是裁掉了这个寄存器的低4bit，只用高4bit来表示优先级，以达到减少优先级数的目的，而4bit所能代表的最大数就是16，所以说STM32支持16级的可编程中断。

CM3的240个外部中断都有自己的中断优先级配置寄存器PRI_n，这个寄存器是8位的，每4个相邻的中断优先级寄存器拼成一个32位的寄存器。这是NVIC的重要组成部分。

而STM32只支持68个外部中断，在NVIC控制结构中虽然体现了240个，但是实际用不到这么多，如下图是STM32的NVIC控制结构（STM32裁掉了这个寄存器的低4bit，只用高4bit来表示优先级等级）。

所以你可以看到在STM32标准库函数NVIC_Init函数内配置外设的优先级的时候，这里对优先级进行了左移4位的操作：

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3、中断优先级分组

NVIC中有一个寄存器是“应用程序中断及复位控制寄存器“(AIRCR)，它里面有一个位段名为“优先级组”。该位段的值对每一个优先级可配置的异常都有影响——把其优先级分为个位段： MSB 所在的位段（左边的）对应抢占优先级，而 LSB 所在的位段（右边的）
对应亚优先级，如下图：

SCB->AIRCR寄存器的[10:8]位是用来设置中断优先级分组的，通过这3位的配置，可以对IP(中断优先级)寄存器的[7:4]进行优先级的管理，例如：

• 将AIRCR的10:8位写成101，那么IP寄存器的[7:4]这四个bit，[7:6]用来表示抢占优先级，[5:4]用来表示响应优先级。
• 将AIRCR的10:8位写成011，那么IP寄存器的[7:4]这四个bit都用来表示抢占优先级，无响应优先级，4bit做能代表的范围是0~15，所以优先级的设置就是0-15级，这个分组模式通常用于RTOS，例如FreeRTOS。
  

4、特殊寄存器（PRIMASK、FAULTMASK、BASEPRI）开关中断设置

这三个寄存器用来开关中断用，只能在特权模式下进行访问，不过CMSIS提供了函数能够在C环境中进行调用。这三个寄存器描述如表（摘自CM3权威指南）：

• PRIMASK（优先级屏蔽寄存器）
  这个寄存器只有1bit，如果设置为1，除了NMI和Hard Fault中断被允许外，其他中断全部被屏蔽，默认为0；
  CMSIS提供的C环境中操作该寄存器：

  __set_PRIMASK(1);  /* 屏蔽中断 */
  __set_PRIMASK(0);  /* 取消屏蔽 */`
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• FAULTMASK（断层屏蔽寄存器）
  这个寄存器也是只有1bit，如果设置为1，除了NMI中断被允许，其他全部中断包括Hard Fault中断也被屏蔽，默认为0；
  CMSIS提供的C环境中操作该寄存器：

  __set_FAULTMASK(1);  /* 屏蔽中断 */`
  __set_FAULTMASK(0);  /* 取消屏蔽 */
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• BASEPRI（基本优先级屏蔽寄存器）：这个寄存器能够提供更精细化的中断屏蔽，往这个寄存器里写一个值，可以屏蔽比该优先级值低的中断，在CM3中，这个寄存器只用到了[7:4]这四个位，这与IP寄存器是一致的；（下图摘自PM0056-STM32编程手册）
  CMSIS提供的C环境接口如下：

  	__set_BASEPRI(0x50);   /* 屏蔽优先级小于5的中断 */
  	__get_BASEPRI();       /* 获取当前屏蔽的优先级等级 */
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  FreeRTOS就是使用了该寄存器来管理中断，屏蔽相应的中断进行临界区资源保护，而不是关全部中断。

补充①：除了使用以上寄存器开关中断，CMSIS还提供了另外的开关中断的接口：

__enable_irq();    /* 关全部中断，操作的是PRIMASK */
__disable_irq();   /* 开全部中断，操作的是PRIMASK*/
__enable_frq();    /* 关全部中断，操作的是FAULTMASK */
__disable_frq();   /* 开全部中断，操作的是FAULTMASK*/

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补充②：ARM的汇编指令CPS，全称Change Processor State，改变处理器状态。

IE：Interrupt or abort enable. 中断使能

ID: Interrupt or abort disable. 关闭中断

利用该指令来快速开关中断：

cpsid i，关闭中断，实际操作的是PRIMASK

cpsie i，开启中断，实际操作的是PRIMASK

cpsid f，关闭中断，实际操作的是FAULTMASK

cpsie f，开启中断，实际操作的是FAULTMASK