8、EXTI之按鍵中斷實驗

　　　EXTI (External interrupt) 就是指外部中斷，通過GPIO檢測輸入脈沖，引起中斷事件，打斷原來的代碼執(zhí)行流程，進(jìn)入到中斷服務(wù)函數(shù)中進(jìn)行處理，處理完后，再返回到中斷之前的代碼中執(zhí)行。

前面提到，STM32的所有GPIO都可以用作外部中斷源的輸入端，利用這個特性，我們可以把按鍵輪詢檢測 改為由中斷 來處理，大大提高軟件執(zhí)行的效率。

8.1 STM32的中斷和異常

Cortex內(nèi)核具有強(qiáng)大的異常響應(yīng)系統(tǒng)，它把能夠打斷當(dāng)前代碼執(zhí)行流程的事件分為異常(exception)和中斷(interrupt)，并把它們用一個表管理起來，編號為0~15的稱為內(nèi)核異常，而16以上的則稱為外部中斷（外，相對內(nèi)核而言），這個表就稱為中斷向量表。

而STM32對這個表重新進(jìn)行了編排，把編號從-3至6的中斷向量定義為系統(tǒng)異常，編號為負(fù) 的內(nèi)核異常不能被設(shè)置優(yōu)先級，如復(fù)位(Reset)、不可屏蔽中斷 (NMI)、硬錯誤(Hardfault)。從編號7開始的為外部中斷，這些中斷的優(yōu)先級都是可以自行設(shè)置的。詳細(xì)的STM32中斷向量表見圖 81，STM32中斷向量表。

圖 81中斷向量表

　　　這個表可以從《STM32中文參考手冊》找到，但野火一般是從啟動文件startup_stm32f10x_hd.s中查找的，因為不同型號的STM32芯片，中斷向量表稍微有點區(qū)別，在啟動文件中，已經(jīng)有相應(yīng)芯片可用的全部中斷向量。而且在編寫中斷服務(wù)函數(shù)時，需要從啟動文件中定義的中斷向量表查找中斷服務(wù)函數(shù)名。

　　8.2 NVIC中斷控制器

STM32的中斷如此之多，配置起來并不容易，因此，我們需要一個強(qiáng)大而方便的中斷控制器NVIC (Nested Vectored Interrupt Controller)。NVIC是屬于Cortex內(nèi)核的器件，不可屏蔽中斷 (NMI)和外部中斷都由它來處理，而SYSTICK不是由NVIC來控制的。

圖82 NVIC在內(nèi)核中的位置

　　　8.2.1 NVIC結(jié)構(gòu)體成員

當(dāng)我們要使用NVIC來配置中斷時，自然想到ST庫肯定也已經(jīng)把它封裝成庫函數(shù)了。查找?guī)鞄椭臋n，發(fā)現(xiàn)在Modules->STM32F10x_StdPeriph_Driver->misc 查找到一個NVIC_Init() 函數(shù)，對NVIC初始化，首先要定義并填充一個NVIC_InitTypeDef 類型的結(jié)構(gòu)體。

這個結(jié)構(gòu)體有四個成員

前面兩個結(jié)構(gòu)體成員都很好理解，首先要用NVIC_IRQChannel參數(shù)來選擇將要配置的中斷向量，用NVIC_IRQChannelCmd參數(shù)來進(jìn)行使能(ENABLE)或關(guān)閉（DISABLE）該中斷。在NVIC_IRQChannelPreemptionPriority成員要配置中斷向量的搶占優(yōu)先級，在NVIC_IRQChannelSubPriority需要配置中斷向量的響應(yīng)優(yōu)先級。對于中斷的配置，最重要的便是配置其優(yōu)先級，但STM32的同一個中斷向量為什么需要設(shè)置兩種優(yōu)先級？這兩種優(yōu)先級有什么區(qū)別？

　8.2.2 搶占優(yōu)先級和響應(yīng)優(yōu)先級

STM32的中斷向量具有兩個屬性，一個為搶占屬性，另一個為響應(yīng)屬性，其屬性編號越小，表明它的優(yōu)先級別越高。

搶占，是指打斷其它中斷的屬性，即因為具有這個屬性，會出現(xiàn)嵌套中斷(在執(zhí)行中斷服務(wù)函數(shù)A的過程中被中斷B打斷，執(zhí)行完中斷服務(wù)函數(shù)B再繼續(xù)執(zhí)行中斷服務(wù)函數(shù)A)，搶占屬性由NVIC_IRQChannelPreemptionPriority的參數(shù)配置。

而響應(yīng)屬性則應(yīng)用在搶占屬性相同的情況下，當(dāng)兩個中斷向量的搶占優(yōu)先級相同時，如果兩個中斷同時到達(dá)，則先處理響應(yīng)優(yōu)先級高的中斷，響應(yīng)屬性由NVIC_IRQChannelSubPriority的參數(shù)配置。

例如，現(xiàn)在有三個中斷向量：

若內(nèi)核正在執(zhí)行C的中斷服務(wù)函數(shù)，則它能被搶占優(yōu)先級更高的中斷A打斷，由于B和C的搶占優(yōu)先級相同，所以C不能被B打斷。但如果B和C中斷是同時到達(dá)的，內(nèi)核就會首先響應(yīng)響應(yīng)優(yōu)先級別更高的B中斷。

　8.2.3 NVIC的優(yōu)先級組

在配置優(yōu)先級的時候，還要注意一個很重要的問題，中斷種類的數(shù)量。NVIC只可以配置16種 中斷向量的優(yōu)先級，也就是說，搶占優(yōu)先級和響應(yīng)優(yōu)先級的數(shù)量由一個4位的數(shù)字來決定，把這個4位數(shù)字的位數(shù) 分配成搶占優(yōu)先級部分和響應(yīng)優(yōu)先級部分。有5組分配方式：

第0組： 所有4位用來配置搶占優(yōu)先級，即NVIC配置的24 =16種中斷向量都是只有搶占屬性，沒有響應(yīng)屬性。

第1組：最高1位用來配置搶占優(yōu)先級，低3位用來配置響應(yīng)優(yōu)先級。表示有21=2種級別的搶占優(yōu)先級(0級，1級)，有23=8種響應(yīng)優(yōu)先級，即在16種中斷向量之中，有8種中斷，其搶占優(yōu)先級都為0級，而它們的響應(yīng)優(yōu)先級分別為0~7，其余8種中斷向量的搶占優(yōu)先級則都為1級，響應(yīng)優(yōu)先級別分別為0~7。

第2組：2位用來配置搶占優(yōu)先級，2位用來配置響應(yīng)優(yōu)先級。即22=4種搶占優(yōu)先級，22=4種響應(yīng)優(yōu)先級。

第3組：高3位用來配置搶占優(yōu)先級，最低1位用來配置響應(yīng)優(yōu)先級。即有8種搶占優(yōu)先級，2種響應(yīng)2優(yōu)先級。

第4組：所有4位用來配置響應(yīng)優(yōu)先級。即16種中斷向量具有都不相同的響應(yīng)優(yōu)先級。

要配置這些優(yōu)先級組，可以采用庫函數(shù)NVIC_PriorityGroupConfig()，可輸入的參數(shù)為NVIC_PriorityGroup_0 ~ NVIC_PriorityGroup_4，分別為以上介紹的5種分配組。

于是，有讀者覺得疑惑了，如此強(qiáng)大的STM32，所有GPIO都能夠配置成外部中斷，USART、ADC等外設(shè)也有中斷，而NVIC只能配置16種中斷向量，那在某個工程中使用了超過16個的中斷怎么辦呢？注意NVIC能配置的是16種 中斷向量，而不是16個，當(dāng)工程之中有超過16個中斷向量時，必然有2個以上的中斷向量是使用相同的中斷種類，而具有相同中斷種類的中斷向量不能互相嵌套。

STM2 單片機(jī)的所有I/O端口都可以配置為EXTI中斷模式，用來捕捉外部信號，可以配置為下降沿中斷，上升沿中斷和上升下降沿中斷這三種模式。它們以下圖的方式連接到16個外部中斷/事件線上

　8.3 EXTI外部中斷

STM32的所有GPIO都引入到EXTI外部中斷線上，使得所有的GPIO都能作為外部中斷的輸入源。GPIO與EXTI的連接方式見圖 03

圖 03 EXTI與GPIO連接圖

　　　觀察這個圖知道，PA0~PG0 連接到EXTI0 、PA1~PG1連接到EXTI1、 ……、 PA15~PG15連接到EXTI15。這里大家要注意的是：PAx~PGx端口的中斷事件都連接到了EXTIx，即同一時刻EXTx只能相應(yīng)一個端口的事件觸發(fā)，不能夠同一時間響應(yīng)所有GPIO端口的事件，但可以分時復(fù)用。它可以配置為上升沿觸發(fā)，下降沿觸發(fā)或雙邊沿觸發(fā)。EXTI 最普通的應(yīng)用就是接上一個按鍵，設(shè)置為下降沿觸發(fā)，用中斷來檢測按鍵。

　8.4 中斷檢測按鍵實驗分析

8.4.1實驗描述及工程文件清單

8.4.2 配置工程環(huán)境

本中斷檢測按鍵實驗照例使用了GPIO和RCC片上外設(shè)，由于還使用到了中斷，所以比上一個按鍵實驗要多使用兩個庫文件，分別為FWlib/stm32f10x_exti.c和FWlib/misc.c，必須把這兩個文件也添加到工程之中。其中stm32f10x_exti.c文件包含了支持exti配置和操作的相關(guān)庫函數(shù)；而misc.c文件則包含了NVIC的配置函數(shù)。本實驗中我們還會在stm32f10x_it.c文件中編寫中斷服務(wù)函數(shù)。

添加了所需要的庫文件、用戶文件之后，要在stm32f10x_conf.h文件中配置使用到的頭文件。

/**

**********************************************************

* @file    Project/STM32F10x_StdPeriph_Template/stm32f10x_conf.h

* @author  MCD Application Team

* @version V3.5.0

* @date    08-April-2011

* @brief   Library configuration file.

*************************************************/

#include "stm32f10x_exti.h"

#include "stm32f10x_gpio.h"

#include "stm32f10x_rcc.h"

#include "misc.h" /

　　　8.4.5 main文件

我們從main函數(shù)開始分析：

/*

* 函數(shù)名：main

* 描述  ：主函數(shù)

* 輸入  ：無

* 輸出  ：無

*/

int main(void)

{

/* config the led */

LED_GPIO_Config();

LED1( ON );

/* exti line config */

EXTI_PE5_Config();

/* wait interrupt */

while(1)

{

}

}

使用LED_GPIO_Config() 配置好LED用到的I/O后，調(diào)用LED1()點亮一盞LED燈。這兩個函數(shù)的具體講解可參考前面的教程。

　　8.4.6 配置外部中斷

現(xiàn)在我們重點分析下EXTI_PE5_Config() 這個函數(shù)，這是一個在用戶文件exti.c中實現(xiàn)的函數(shù)，它完成了一般配置一個I/O為EXTI中斷的步驟，主要為功能：

1、使能EXTIx線的時鐘和第二功能AFIO時鐘

2、配置EXTIx線的中斷優(yōu)先級

3、配置EXTI 中斷線I/O

4、選定要配置為EXTI的I/O口線和I/O口的工作模式

5、EXTI 中斷線工作模式配置

EXTI_PE5_Config()代碼：

/*

* 函數(shù)名：EXTI_PE5_Config

* 描述  ：配置 PE5 為線中斷口，并設(shè)置中斷優(yōu)先級

* 輸入  ：無

* 輸出  ：無

* 調(diào)用  ：外部調(diào)用

*/

void EXTI_PE5_Config(void)

{

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStructure;

/* config the extiline(PE5) clock and AFIO clock */

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOE | RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);

/* config the NVIC(PE5) */

NVIC_Configuration();

/* EXTI line gpio config(PE5) */

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5;

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPD;  // 上拉輸入

GPIO_Init(GPIOE, &GPIO_InitStructure);

/* EXTI line(PE5) mode config */

GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOE, GPIO_PinSource5);

EXTI_InitStructure.EXTI_Line = EXTI_Line5;

EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;

EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Falling; //下降沿中斷

EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE;

EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);

}

　　　8.4.7 AFIO時鐘

EXTI_PE5_Config()代碼的第14行，調(diào)用RCC_APB2PeriphClockCmd() 時還輸入了參數(shù)RCC_APB2Periph_AFIO，表示開啟AFIO的時鐘。見圖 04。

　AFIO (alternate-function I/O)，指GPIO端口的復(fù)用功能，GPIO除了用作普通的輸入輸出(主功能)，還可以作為片上外設(shè)的復(fù)用輸入輸出，如串口，ADC，這些就是復(fù)用功能。大多數(shù)GPIO都有一個默認(rèn)復(fù)用功能，有的GPIO還有重映射功能， 重映射功能是指把原來屬于A引腳的默認(rèn)復(fù)用功能，轉(zhuǎn)移到了B引腳進(jìn)行使用，前提是B引腳具有這個重映射功能

當(dāng)把GPIO用作EXTI外部中斷 或使用重映射功能的時候，必須開啟AFIO時鐘，而在使用默認(rèn)復(fù)用功能的時候，就不必開啟AFIO時鐘了。

圖 04 GPIO引腳功能說明

　　　8.4.8 NVIC初始化配置

在EXTI_PE5_Config()代碼的第17行調(diào)用了NVIC_Configuration()，這是用戶編寫的用來配置NVIC控制器的函數(shù)。其實現(xiàn)如下：

/*

* 函數(shù)名：NVIC_Configuration

* 描述  ：配置嵌套向量中斷控制器NVIC

* 輸入  ：無

* 輸出  ：無

* 調(diào)用  ：內(nèi)部調(diào)用

*/

static void NVIC_Configuration(void)

{

NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

/* Configure one bit for preemption priority */

NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1);

/* 配置P[A|B|C|D|E]5為中斷源 */

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI9_5_IRQn;

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;

NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

}

本代碼的第13行調(diào)用了 NVIC_PriorityGroupConfig()庫函數(shù)，把NVIC中斷優(yōu)先級分組設(shè)置為第1組。接下來開始向NVIC初始化結(jié)構(gòu)體寫入?yún)?shù) .NVIC_IRQChannel = EXTI9_5_IRQn，表示要配置的為EXTI第5~9線的中斷向量。因為按鍵PE5對應(yīng)的EXTI線為EXTI5，而從EXTI5~EXTI9線，由于它們是使用同一個中斷向量的，所以只能寫入EXTI9_5_IRQn這個參數(shù)。這些可寫入的參數(shù)可以在stm32f10x.h文件的IRQn類型定義中查找到。

然后配置搶占優(yōu)先級和響應(yīng)優(yōu)先級，因為這個工程簡單，就直接把它設(shè)置為最高級中斷。填充完結(jié)構(gòu)體，別忘記最后要調(diào)用NVIC_Init() 函數(shù)來向寄存器寫入?yún)?shù)。

8.4.9 EXTI初始化配置

回到EXTI_PE5_Config()代碼中，配置好NVIC后，還要對GPIOE進(jìn)行初始化，這部分和按鍵輪詢的設(shè)置類似。

接下來，調(diào)用GPIO_EXTILineConfig()函數(shù)把GPIOE，Pin5設(shè)置為EXTI輸入線。

圖 05 EXTI中斷源配置函數(shù)

　　　選擇好了GPIO，開始填寫EXTI的初始化結(jié)構(gòu)體。從這些參數(shù)的名字，讀者就已經(jīng)可以知道野火是如何把它應(yīng)用到按鍵檢測中了吧？

.EXTI_Line = EXTI_Line5;

給EXTI_Line成員賦值。選擇EXTI_Line5線進(jìn)行配置，因為按鍵的PE5連接到了EXTI_Line5。

.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;

給EXTI_Mode成員賦值。把EXTI_Line5的模式設(shè)置為為中斷模式EXTI_Mode_Interrupt。這個結(jié)構(gòu)體成員也可以賦值為事件模式EXTI_Mode_Event ，這個模式不會立刻觸發(fā)中斷，而只是在寄存器上把相應(yīng)的事件標(biāo)置位置1，應(yīng)用這個模式要不停地查詢相應(yīng)的寄存器。

.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Falling;

給EXTI_Trigger成員賦值。把觸發(fā)方式(EXTI_Trigger)設(shè)置為下降沿觸發(fā)（EXTI_Trigger_Falling）。

.EXTI_LineCmd = ENABLE;

給EXTI_LineCmd成員賦值。把EXTI_LineCmd設(shè)置為使能。

最后調(diào)用EXTI_Init()把EXTI初始化結(jié)構(gòu)體的參數(shù)寫入寄存器。

　8.4.10 編寫中斷服務(wù)函數(shù)

在這個EXTI設(shè)置中我們把PE5連接到內(nèi)部的EXTI5，GPIO配置為上拉輸入，工作在下降沿中斷。在外圍電路上我們將PE5接到了key1上。當(dāng)按鍵沒有按下時，PE5始終為高，當(dāng)按鍵按下時PE5變?yōu)榈?，從?span style="COLOR: #008080">PE5上產(chǎn)生一個下降沿跳變，EXTI5會捕捉到這一跳變，并產(chǎn)生相應(yīng)的中斷，中斷服務(wù)程序在stm32f10x_it.c中實現(xiàn)。

　stm32f10x_it.c文件是專門用來存放中斷服務(wù)函數(shù)的。文件中默認(rèn)只有幾個關(guān)于系統(tǒng)異常的中斷服務(wù)函數(shù)，而且都是空函數(shù)，在需要的時候自已進(jìn)行編寫。那么中斷服務(wù)函數(shù)名是不是可以自己定義呢？不可以。中斷服務(wù)函數(shù)的名字必須要跟啟動文件startup_stm32f10x_hd.s中的中斷向量表定義一致。以下為啟動文件中定義的部分向量表：

DCD     EXTI0_IRQHandler          ; EXTI Line 0

DCD     EXTI1_IRQHandler          ; EXTI Line 1

DCD     EXTI2_IRQHandler          ; EXTI Line 2

DCD     EXTI3_IRQHandler          ; EXTI Line 3

DCD     EXTI4_IRQHandler          ; EXTI Line 4

DCD     DMA1_Channel1_IRQHandler  ; DMA1 Channel 1

DCD     DMA1_Channel2_IRQHandler  ; DMA1 Channel 2

DCD     DMA1_Channel3_IRQHandler  ; DMA1 Channel 3

DCD     DMA1_Channel4_IRQHandler  ; DMA1 Channel 4

DCD     DMA1_Channel5_IRQHandler  ; DMA1 Channel 5

DCD     DMA1_Channel6_IRQHandler  ; DMA1 Channel 6

DCD     DMA1_Channel7_IRQHandler  ; DMA1 Channel 7

DCD     ADC1_2_IRQHandler         ; ADC1 & ADC2

DCD     USB_HP_CAN1_TX_IRQHandler  ; USB High Priority or CAN1 TX

DCD     USB_LP_CAN1_RX0_IRQHandler ; USB Low  Priority or CAN1 RX0

DCD     CAN1_RX1_IRQHandler       ; CAN1 RX1

DCD     CAN1_SCE_IRQHandler       ; CAN1 SCE

DCD     EXTI9_5_IRQHandler        ; EXTI Line 9..5

DCD     TIM1_BRK_IRQHandler       ; TIM1 Break

DCD     TIM1_UP_IRQHandler        ; TIM1 Update

DCD     TIM1_TRG_COM_IRQHandler   ; TIM1 Trigger and Commutation

DCD     TIM1_CC_IRQHandler        ; TIM1 Capture Compare

DCD     TIM2_IRQHandler           ; TIM2

DCD     TIM3_IRQHandler           ; TIM3

DCD     TIM4_IRQHandler           ; TIM4

DCD     I2C1_EV_IRQHandler        ; I2C1 Event

DCD     I2C1_ER_IRQHandler        ; I2C1 Error

DCD     I2C2_EV_IRQHandler        ; I2C2 Event

DCD     I2C2_ER_IRQHandler        ; I2C2 Error

DCD     SPI1_IRQHandler           ; SPI1

DCD     SPI2_IRQHandler           ; SPI2

DCD     USART1_IRQHandler         ; USART1

DCD     USART2_IRQHandler         ; USART2

DCD     USART3_IRQHandler         ; USART3

DCD     EXTI15_10_IRQHandler      ; EXTI Line 15..10

第18行，為EXTI9_5IRQHandler，表示為EXTI9~EXTI5中斷向量的服務(wù)函數(shù)名。

于是，我們就可以在stm32f10x_it.c文件中加入名為EXTI9_5_IRQHandler()的函數(shù)：

/* I/O線中斷，中斷線為PE5 */

void EXTI9_5_IRQHandler(void)

{

if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line5) != RESET) //確保是否產(chǎn)生了EXTI Line中斷

{

// LED1 取反

GPIO_WriteBit(GPIOC, GPIO_Pin_3,

(BitAction)((1-GPIO_ReadOutputDataBit(GPIOC, GPIO_Pin_3))));

EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line5);     //清除中斷標(biāo)志位

}

}

其內(nèi)容比較容易理解，進(jìn)入中斷后，調(diào)用庫函數(shù)EXTI_GetITStatus() 來重新檢查是否產(chǎn)生了EXTI_Line中斷，接下來把LED取反，操作完畢后，調(diào)用EXTI_ClearITPendingBit() 清除中斷標(biāo)置位再退出中斷服務(wù)函數(shù)。這兩個函數(shù)的解釋見圖 06及圖 07。

圖 06EXTI狀態(tài)檢查函數(shù)

圖 07 EXTI清除標(biāo)志位函數(shù)

　　　這兩種函數(shù)在ST庫函數(shù)非常見，當(dāng)我們要讀取某外設(shè)的狀態(tài)時，可調(diào)用該外設(shè)的XXX_GetFlagStatus()函數(shù)來獲取該狀態(tài)。一般也有XXX_ClearFlag()庫函數(shù)可供調(diào)用，進(jìn)行相應(yīng)的標(biāo)志位清除。

中斷服務(wù)程序比較簡單，很容易讀懂，但我們在寫中斷函數(shù)入口的時候要注意函數(shù)名的寫法，函數(shù)名只有兩種命名方法：

1-> EXTI0_IRQHandler          ; EXTI Line 0

EXTI1_IRQHandler          ; EXTI Line 1

EXTI2_IRQHandler          ; EXTI Line 2

EXTI3_IRQHandler          ; EXTI Line 3

EXTI4_IRQHandler          ; EXTI Line 4

2-> EXTI9_5_IRQHandler        ; EXTI Line 9..5

EXTI15_10_IRQHandler      ; EXTI Line 15..10

只要是中斷線在5之后的就不能像0~4那樣單獨一個函數(shù)名，都必須寫成EXTI9_5_IRQHandler和EXTI15_10_IRQHandler。假如寫成EXTI5_IRQHandler、EXTI6_IRQHandler……EXTI15_IRQHandler這樣子的話編譯器是不會報錯的，只是中斷服務(wù)程序不能工作罷了。如果你不知道的話，會讓你搞半天也不知問題出現(xiàn)在哪。

　8.4.11實驗現(xiàn)象

將野火STM32開發(fā)板供電(DC5V)，插上JLINK，將編譯好的程序下載到開發(fā)板，LED1亮，按下按鍵時LED1滅，再按下按鍵時LED1亮，如此循環(huán)。