STM32F10x之NVIC

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1 异常类型

Cortex-M3内核具有强大的异常响应系统，它把能够打断当前代码执行流程的事件分为异常(exception)和中断(interrupt)，并把它们用一个表管理起来，编号为0~15的称为内核异常，而16以上的则称为外部中断，这个表就称为中断向量表。

CM3 内核总共支持 256 个中断，其中包含了 16 个内核中断和 240 个外部中断，并且具有 256级的可编程中断设置。除了个别异常的优先级固定外， 其它异常的优先级都是可编程的，这里及下文不在严格区分异常和中断。异常类型如下表所示：

偏移	异常类型	优先级	描述
0	-	-	复位时加载向量表中第一项作为栈顶地址
1	Reset	-3 （最高）	电源开启或热复位时调用，在执行第一条指令时，优先级下降到最低（Thread模式），异步故障
2	NMI	-2	除了复位，它不能被其他任何中断抢占，异步故障
3	Hard Fault	-1	如果故障由于优先级或可配置的故障处理程序被禁止而不能激活时，此时所有这些故障均为硬故障，同步故障
4	Memory Management	可编程	存储包含单元（MPU）不匹配，包括不可访问和不匹配，同步故障；也用于MPU不可用或不存在的情况，已至此默认存储映射的从不执行区域
5	Bus Fault	可编程	预取出错，存储器访问错误，以及其它地址/存储器相关的错误；当为精确的总线故障时是同步故障，不精确时为异步故障
6	Usage Fault	可编程	应用错误，如果执行未定义的指令或试图进行非法的状态转换，同步故障
7-10	保留	-	保留
11	SVCall	可编程	使用SVC指令进行系统服务调用，同步故障
12	Debug Monitor	可编程	调试监视异常（当没有停止时），同步故障，但只在允许时有效；如果它的优先级比当前激活的处理程序优先级更低，则它不激活
13	保留	-	保留
14	PendSV	可编程	系统服务科挂起请求，异步故障，只能由软件挂起
15	PendSV	可编程	用于系统滴答定时器，异步故障
16及以上	External Interrupt	可编程	有核外发出的中断，传递给NVIC，都为异步故障

2 中断优先级

STM32中有两种优先级：抢占式优先级和响应优先级（也有成“副优先级”或“亚优先级”的）。所有可编程中断都需要指定这两种优先级。高抢占式优先级的中断可以中断低抢占式优先级的中断处理，即中断嵌套，或者说高抢占式优先级的中断可以嵌套于低抢占式优先级的中断中。当两个中断源的抢占式优先级相同时，这两个中断将没有嵌套关系，当一个中断到来后，如果正在处理另一个中断，这个后到来的中断就要等到前一个中断处理完之后才能被处理。如果这两个中断同时到达，则中断控制器根据他们的响应优先级高低来决定先处理哪一个；如果他们的抢占式优先级和响应优先级都相等，则根据他们在中断表中的排位顺序决定先处理哪一个。可以总结为：抢占优先级决定是否可以产生中断嵌套，响应优先级决定了中断响应顺序，如果两种优先级一样看偏移，中断向量表中偏移小的优先执行。

由于每个中断源都需要被指定抢占优先级和响应优先级，那么就需要有相应的寄存器记录每个中断的优先级，在Cortex-M3中定义了8个比特位用于设置中断源的优先级，这8个比特位可以有8种分配方式，如下：

1. 所有8位用于指定响应优先级
2. 最高1位用于指定抢占式优先级，最低7位用于指定响应优先级
3. 最高2位用于指定抢占式优先级，最低6位用于指定响应优先级
4. 最高3位用于指定抢占式优先级，最低5位用于指定响应优先级
5. 最高4位用于指定抢占式优先级，最低4位用于指定响应优先级
6. 最高5位用于指定抢占式优先级，最低3位用于指定响应优先级
7. 最高6位用于指定抢占式优先级，最低2位用于指定响应优先级
8. 最高7位用于指定抢占式优先级，最低1位用于指定响应优先级

以上即为Cortex-M3优先级分组方式，但是Cortex-M3也允许在具有较少中断源时使用较少的寄存器位指定中断源的优先级。STM32并没有使用Cortex-M3内核嵌套向量中断的全套东西，而是使用了它的一部分，STM32有84个中断，包括16个内核中断和68个可屏蔽中断，具有16级可编程的中断优先级。我们最常用的是68个可屏蔽中断，但是STM32的68个可屏蔽中断，只有在STM32F107系列才有68个，其他只有60个。

STM32对中断进行了编号，编号为负的为系统异常，标号为正的外部中断，有些未定义中断号（复位Reset，不可屏蔽中断NMI和硬错误中断Hand Fault和一些保留的中断）的系统异常是不能被设置优先级的，其他中断的优先级都是用户可以配置的。STM32中指定中断优先级的寄存器有效位为4位，因此有一下5种分组方式：
第0组：所有4位用于指定响应优先级（16种）
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(8种)
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(4种)
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(2种)
第4组：所有4位用于指定抢占式优先级

STM32的分组可以使用标准库函数void NVIC_PriorityGroupConfig(uint32_t NVIC_PriorityGroup)设置，这个函数在中断配置前优先调用以配置中断优先级分组，该函数的可选参数对应以上5种分组：

• 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

3 函数库

3.1 数据结构

typedef struct
{
  uint8_t NVIC_IRQChannel;                      /*!< 指定中断号 */
  uint8_t NVIC_IRQChannelPreemptionPriority;    /*!< 指定中断抢占优先级 */
  uint8_t NVIC_IRQChannelSubPriority;           /*!< 指定中断响应优先级 */
  FunctionalState NVIC_IRQChannelCmd;           /*!< 指定中断是否使能 */
} NVIC_InitTypeDef;

3.2 库函数

函数名	描述
NVIC_SetPriorityGrouping	设置中断优先级分组（内核提供）
NVIC_GetPriorityGrouping	获取中断优先级分组（内核提供）
NVIC_EnableIRQ	使能外部中断（内核提供）
NVIC_DisableIRQ	失能外部中断（内核提供）
NVIC_GetPendingIRQ	获取指定中断是否挂起（内核提供）
NVIC_SetPendingIRQ	设置指定中断挂起位（内核提供）
NVIC_ClearPendingIRQ	清除指定挂起中断（内核提供）
NVIC_GetActive	获取指定中断激活状态（内核提供）
NVIC_SetPriority	设置指定中断优先级（内核提供）
NVIC_GetPriority	获取指定中断优先级（内核提供）
NVIC_EncodePriority	编码优先级（内核提供）
NVIC_DecodePriority	解码优先级（内核提供）
NVIC_SystemReset	系统复位（内核提供）
NVIC_PriorityGroupConfig	配置中断优先级分组（STM32提供）
NVIC_Init	中断初始化（STM32提供）
NVIC_SetVectorTable	设置中断向量表位置和偏移（STM32提供）
NVIC_SystemLPConfig	选择系统进入低功耗模式的条件（STM32提供）

注意 ：上表中，加粗的函数为常用库函数。

4 示例说明

void NVIC_Config(void)
{
  NVIC_InitTypeDef  NVIC_InitStructure;

  NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1);               /*!< 中断分组 */

  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = CAN1_RX0_IRQn;           /*!< 指定中断号 */
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0x0;   /*!< 配置抢占优先级 */
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0x0;          /*!< 配置响应优先级 */
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;               /*!< 使能中断*/
  NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);                               /*!< 初始化指定中断 */

  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = CAN2_RX0_IRQn;           /*!< 指定中断号 */
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0x1;   /*!< 配置抢占优先级 */
  NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);                               /*!< 初始化指定中断 */
}

说明: 示例中，CAN2的抢占优先级高于CAN1的抢占优先级，则CAN2中断可以嵌套CAN1中断即当CAN1产生接收中断时，CAN2中断可以打断CAN1中断执行。