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[原创] STM32 NVIC学习资料

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发表于 2019-3-9 11:14:59 | 显示全部楼层 |阅读模式
NVIC,中文名嵌套中断向量控制器,是Cortex-M3系列控制器内部独有集成单元,与CPU结合紧密,降低中断延迟时间并且能更加高效处理后续中断。举个例子,比如火车站买票,那些火车站的规章制度就是NVIC,规定学生和军人有比一般人更高优先级,它们则给你单独安排个窗口,同学与同学之间也有区别,那就是你也得排队,也就是你的组别(抢断优先级)和你的排队序号(响应优先级)决定你何时能买到票。
       抢断优先级,顾名思义,能再别人中断是抢占别人中断,实现中断嵌套。响应优先级则只能排队,不能抢在前面插别人的对,即不能嵌套。
STM32中指定优先级的寄存器为4位,其定义如下:
第0组:所有4位用于指定响应优先级
第1组:最高1位用于指定抢占式优先级,最低3位用于指定响应优先级
第2组:最高2位用于指定抢占式优先级,最低2位用于指定响应优先级
第3组:最高3位用于指定抢占式优先级,最低1位用于指定响应优先级
第4组:所有4位用于指定抢占式优先级
以上定义也称作中断优先级分组,相关内容在STM32固件库的misc.h文件中有详细定义。
基础了解了就可以对中断进行操作了。
第一步:使用void NVIC_PriorityGroupConfig(uint32_t NVIC_PriorityGroup)函数对优先级分组配置。NVIC_PriorityGroup可以配置为
NVIC_PriorityGroup_0 => 选择第0组
NVIC_PriorityGroup_1 => 选择第1组
NVIC_PriorityGroup_2 => 选择第2组
NVIC_PriorityGroup_3 => 选择第3组
NVIC_PriorityGroup_4 => 选择第4组
例如:NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_0)配置为0组。
第二步:中断初始化结构体配置,结构体类型定义如下:
typedef struct
{
  uint8_t NVIC_IRQChannel;                 
  uint8_t NVIC_IRQChannelPreemptionPriority;  //抢断优先级
  uint8_t NVIC_IRQChannelSubPriority;  //响应优先级      
  FunctionalState NVIC_IRQChannelCmd;      
} NVIC_InitTypeDef;

例如:STM32外部中断0配置如下
    EXTI_NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI0_IRQn;
         EXTI_NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;  //抢占优先级别(0~1)
         EXTI_NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 7;  //响应优先级别(0~7)
         EXTI_NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;

第三步:中断初始化结构体初始化操作如下
         NVIC_Init(&EXTI_NVIC_InitStructure);

第四步:开关总中断操作。在STM32中是通过改变CPU优先级来允许和禁止中断的。
(1)   下面两个函数等效关闭总中断
void NVIC_SETPRIMASK(void);
void NVIC_SETFAULTMASK(void);
(2)   下面两个函数等效开放总中断
void NVIC_RESETPRIMASK(void);
void NVIC_RESETFAULTMASK(void);
(3)   常用操作是先关后开中断
NVIC_SETPRIMASK();     // Disable Interrupts
NVIC_RESETPRIMASK(); // Enable Interrupts
两种类型函数要成对使用。

STM32有43个channel的settable的中断源;AIRC(Application Interrupt and Reset Register)寄存器中有用于指定优先级的4 bits。这4个bits用于分配preemption优先级和sub优先级,在STM32的固件库中定义如下

#define NVIC_PriorityGroup_0 ((u32)0x700)
#define NVIC_PriorityGroup_1 ((u32)0x600)
#define NVIC_PriorityGroup_2 ((u32)0x500)
#define NVIC_PriorityGroup_3 ((u32)0x400)
#define NVIC_PriorityGroup_4 ((u32)0x300)

形象化的理解是:

你是上帝,
造了43个人,这么多人要分社会阶级和社会阶层了;
因为“阶级”的词性比较重;"阶层"比较中性,
所以preemption优先级->阶级;每个阶级内部,有一些阶层,sub优先级->阶层;

如果按照NVIC_PriorityGroup_4这么分,就分为了16个阶级(1个阶层就是1个preemption优先级),0个阶层;高阶级的人,可以打断低阶级的正在做事的人(嵌套),最多可以完成1个中断和15级嵌套。
每个阶级(每个preemption优先级),你来指定这43人中,谁进入该阶级;一个人叫EXTI0_IRQChannel,你指定他进入“阶级8”,则
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI0_IRQChannel;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 8; // 指定抢占式优先级别1,可取0-15

另外,在同一阶级内部,一个人在做事的时候,另外一个人不能打断他;(preemption优先级别相同的中断源之间没有嵌套关系)
还有,如果他们两个同时想做事,因为没有阶层,那么就根据Vector table中的物理排序,让排名靠前的人去做;

又有1个人SPI1_IRQChannel,设定如下
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = SPI1_IRQChannel;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0; // 指定抢占式优先级别1,可取0-15

SPI1_IRQChannel的阶级高,EXTI0_IRQChannel做事的时候可以打断(嵌套)。



如果按照NVIC_PriorityGroup_3这么分,就分为了8个阶级(1个阶级是1个preemption优先级),每个阶级内有2个阶层(sub优先级);高阶级的人,可以打断低阶级的正在做事的人(嵌套),最多可以完成1个中断和7级嵌套。

每个阶级(每个preemption优先级),你来指定这43人中,谁进入该阶级;一个人叫EXTI0_IRQChannel,你指定他进入“阶级3”,则:
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI0_IRQChannel;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 3; // 指定抢占式优先级别1,可取0-7
还需要指定他的阶层:
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0; // 指定响应优先级别0,可取0-1

另有1个人叫EXTI9_5_IRQChannel,他的阶级和阶层设定如下
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI9_5_IRQChannel;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 3; // 指定抢占式优先级别0,可取0-7
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1; // 指定响应优先级别1

那么这两个人是同一阶级的兄弟,一个人在做事的时候,另外一个人不能打断他;(preemption优先级别相同的中断源之间没有嵌套关系)
如果他们两个同时想做事,因为前者的阶层高,所以前者优先。

还有一个人叫USART1_IRQChannel,他的阶级和阶层设定如下
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQChannel;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2; // 指定抢占式优先级别0,可取0-7
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1; // 指定响应优先级别1

USART1_IRQChannel的优先级最高,当前面两个人做事的时候,他都可以打断(嵌套)。


抢占优先级 & 响应优先级区别:


1、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。


2、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。


3、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。


4、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;





例子:


假定设置中断优先级组为2,然后设置


中断3(RTC中断)的抢占优先级为2,响应优先级为1。  中断6(外部中断0)的抢占优先级为3,响应优先级为0。中断7(外部中断1)的抢占优先级为2,响应优先级为0。


那么这3个中断的优先级顺序为:中断7>中断3>中断6





表现在代码中


NVIC_InitPara NVIC_InitStructure;


NVIC_InitStructure.NVIC_IRQ = IRQn;


NVIC_InitStructure.NVIC_IRQPreemptPriority =pri;


NVIC_InitStructure.NVIC_IRQSubPriority = pri1;


NVIC_InitStructure.NVIC_IRQEnable = ENABLE;


NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);





如果我们是分组0,那么pri的取值范围0~16,pri1的取值范围0~0


类推下去:分组2,那么pri的取值范围0~4,pri1的取值范围0~4


分组4,那么pri的取值范围0~0,pri1的取值范围0~16


修正(2018.3.7)


如果我们是分组0,那么pri的取值范围0~0,pri1的取值范围0~16


类推下去:分组2,那么pri的取值范围0~4,pri1的取值范围0~4


分组4,那么pri的取值范围0~16,pri1的取值范围0~0


原因:


其中,pri是抢占优先级,pri1是响应优先级,具体取值范围请看上面关于SCB-AIRCR寄存器的讲解


此次修正由Wu13735796979用户发现,在评论区提出。对此表示感谢






下面我们讲解一下NVIC寄存器






__IO uint8_t  IP[240]; //中断优先级控制的寄存器组


__IO uint32_t ISER[8]; //中断使能寄存器组


__IO uint32_t ICER[8]; //中断失能寄存器组


__IO uint32_t ISPR[8]; //中断挂起寄存器组


__IO uint32_t ICPR[8]; //中断解挂寄存器组


__IO uint32_t IABR[8]; //中断激活标志位寄存器组





中断优先级控制的寄存器组:IP[240]


全称是:Interrupt Priority Registers


240个8位寄存器,每个中断使用一个寄存器来确定优先级。


比如:STM32F10x系列一共60个可屏蔽中断,使用IP[59]~IP[0]。


每个IP寄存器的高4位用来设置抢占和响应优先级(根据分组),低4位没有用到。


void NVIC_Init(NVIC_InitTypeDef* NVIC_InitStruct);








中断使能寄存器组:ISER[8]


作用:用来使能中断


32位寄存器,每个位控制一个中断的使能。STM32F10x只有60个可屏蔽中断,所以只使用了其中的ISER[0]和ISER[1]。


ISER[0]的bit0~bit31分别对应中断0~31。ISER[1]的bit0~27对应中断32~59;


void NVIC_Init(NVIC_InitTypeDef* NVIC_InitStruct);








中断失能寄存器组:ICER[8]


作用:用来失能中断


32位寄存器,每个位控制一个中断的失能。STM32F10x只有60个可屏蔽中断,所以只使用了其中的ICER[0]和ICER[1]。


ICER[0]的bit0~bit31分别对应中断0~31。ICER[1]的bit0~27对应中断32~59;


配置方法跟ISER一样。


void NVIC_Init(NVIC_InitTypeDef* NVIC_InitStruct);








中断挂起控制寄存器组:ISPR[8]


作用:用来挂起中断


中断解挂控制寄存器组:ICPR[8]


作用:用来解挂中断


static __INLINE void NVIC_SetPendingIRQ(IRQn_Type IRQn);


static __INLINE uint32_t NVIC_GetPendingIRQ(IRQn_Type IRQn);


static __INLINE void NVIC_ClearPendingIRQ(IRQn_Type IRQn)








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