STM32 (CortexM3) 中NVIC(嵌套向量中斷控制)的理解

一、STM32 (Cortex-M3) 中的優(yōu)先級(jí)概念

STM32(Cortex-M3)中有兩個(gè)優(yōu)先級(jí)的概念：搶占式優(yōu)先級(jí)和響應(yīng)優(yōu)先級(jí)，也把響應(yīng)優(yōu)先級(jí)稱(chēng)作“亞優(yōu)先級(jí)”或“副優(yōu)先級(jí)”，每個(gè)中斷源都需要被指定這兩種優(yōu)先級(jí)。

1. 何為占先式優(yōu)先級(jí)(pre-emption priority)

高占先式優(yōu)先級(jí)的中斷事件會(huì)打斷當(dāng)前的主程序/中斷程序運(yùn)行—搶斷式優(yōu)先響應(yīng)，俗稱(chēng)中斷嵌套。

2. 何為副優(yōu)先級(jí)(subpriority)

在占先式優(yōu)先級(jí)相同的情況下，高副優(yōu)先級(jí)的中斷優(yōu)先被響應(yīng)；

在占先式優(yōu)先級(jí)相同的情況下，如果有低副優(yōu)先級(jí)中斷正在執(zhí)行， 高副優(yōu)先級(jí)的中斷要等待已被響應(yīng)的低副優(yōu)先級(jí)中斷執(zhí)行結(jié)束后才能得到響應(yīng)—非搶斷式響應(yīng)(不能嵌套)。

3. 判斷中斷是否會(huì)被響應(yīng)的依據(jù)

首先是占先式優(yōu)先級(jí)，其次是副優(yōu)先級(jí)；

占先式優(yōu)先級(jí)決定是否會(huì)有中斷嵌套；

Reset、NMI、Hard Fault 優(yōu)先級(jí)為負(fù)(高于普通中斷優(yōu)先級(jí))且不可調(diào)整。

4. 優(yōu)先級(jí)沖突的處理

具有高搶占式優(yōu)先級(jí)的中斷可以在具有低搶占式優(yōu)先級(jí)的中斷處理過(guò)程中被響應(yīng)，即中斷的嵌套，或者說(shuō)高搶占式優(yōu)先級(jí)的中斷可以嵌套低搶占式優(yōu)先級(jí)的中斷。

當(dāng)兩個(gè)中斷源的搶占式優(yōu)先級(jí)相同時(shí)，這兩個(gè)中斷將沒(méi)有嵌套關(guān)系，當(dāng)一個(gè)中斷到來(lái)后，如果正在處理另一個(gè)中斷，這個(gè)后到來(lái)的中斷就要等到前一個(gè)中斷處理完之后才能被處理。如果這兩個(gè)中斷同時(shí)到達(dá)，則中斷控制器根據(jù)他們的響應(yīng)優(yōu)先級(jí)高低來(lái)決定先處理哪一個(gè)；如果他們的搶占式優(yōu)先級(jí)和響應(yīng)優(yōu)先級(jí)都相等，則根據(jù)他們?cè)谥袛啾碇械呐盼豁樞驔Q定先處理哪一個(gè)。

5. Cortex-M3中對(duì)中斷優(yōu)先級(jí)的定義

既然每個(gè)中斷源都需要被指定這兩種優(yōu)先級(jí)，就需要有相應(yīng)的寄存器位記錄每個(gè)中斷的優(yōu)先級(jí)；在Cortex-M3中定義了8個(gè)比特位用于設(shè)置中斷源的優(yōu)先級(jí)，這8個(gè)比特位可以有8種分配方式，如下：

所有8位用于指定響應(yīng)優(yōu)先級(jí)
最高1位用于指定搶占式優(yōu)先級(jí)，最低7位用于指定響應(yīng)優(yōu)先級(jí)
最高2位用于指定搶占式優(yōu)先級(jí)，最低6位用于指定響應(yīng)優(yōu)先級(jí)
最高3位用于指定搶占式優(yōu)先級(jí)，最低5位用于指定響應(yīng)優(yōu)先級(jí)
最高4位用于指定搶占式優(yōu)先級(jí)，最低4位用于指定響應(yīng)優(yōu)先級(jí)
最高5位用于指定搶占式優(yōu)先級(jí)，最低3位用于指定響應(yīng)優(yōu)先級(jí)
最高6位用于指定搶占式優(yōu)先級(jí)，最低2位用于指定響應(yīng)優(yōu)先級(jí)
最高7位用于指定搶占式優(yōu)先級(jí)，最低1位用于指定響應(yīng)優(yōu)先級(jí)

這就是優(yōu)先級(jí)分組的概念。

6. stm32中對(duì)中斷優(yōu)先級(jí)的定義

Cortex-M3允許具有較少中斷源時(shí)使用較少的寄存器位指定中斷源的優(yōu)先級(jí)，因此STM32把指定中斷優(yōu)先級(jí)的寄存器位減少到4位，這4個(gè)寄存器位的分組方式如下：

第0組：所有4位用于指定響應(yīng)優(yōu)先級(jí)
第1組：最高1位用于指定搶占式優(yōu)先級(jí)，最低3位用于指定響應(yīng)優(yōu)先級(jí)
第2組：最高2位用于指定搶占式優(yōu)先級(jí)，最低2位用于指定響應(yīng)優(yōu)先級(jí)
第3組：最高3位用于指定搶占式優(yōu)先級(jí)，最低1位用于指定響應(yīng)優(yōu)先級(jí)
第4組：所有4位用于指定搶占式優(yōu)先級(jí)

AIRC(Application Interrupt and Reset Register)寄存器中有用于指定優(yōu)先級(jí)的 4 bits。這4個(gè)bits用于分配preemption優(yōu)先級(jí)和sub優(yōu)先級(jí)，在STM32的固件庫(kù)中定義如下:

/* Preemption Priority Group */
#define NVIC_PriorityGroup_0 ((u32)0x700) /* 0 bits for pre-emption priority
4 bits for subpriority */
#define NVIC_PriorityGroup_1 ((u32)0x600) /* 1 bits for pre-emption priority
3 bits for subpriority */
#define NVIC_PriorityGroup_2 ((u32)0x500) /* 2 bits for pre-emption priority
2 bits for subpriority */
#define NVIC_PriorityGroup_3 ((u32)0x400) /* 3 bits for pre-emption priority
1 bits for subpriority */
#define NVIC_PriorityGroup_4 ((u32)0x300) /* 4 bits for pre-emption priority
0 bits for subpriority */

可以通過(guò)調(diào)用STM32的固件庫(kù)中的函數(shù)NVIC_PriorityGroupConfig()選擇使用哪種優(yōu)先級(jí)分組方式，這個(gè)函數(shù)的參數(shù)有下列5種：

NVIC_PriorityGroup_0 => 選擇第0組
NVIC_PriorityGroup_1 => 選擇第1組
NVIC_PriorityGroup_2 => 選擇第2組
NVIC_PriorityGroup_3 => 選擇第3組
NVIC_PriorityGroup_4 => 選擇第4組

接下來(lái)就是指定中斷源的優(yōu)先級(jí)，下面以一個(gè)簡(jiǎn)單的例子說(shuō)明如何指定中斷源的搶占式優(yōu)先級(jí)和響應(yīng)優(yōu)先級(jí)：

// 選擇使用優(yōu)先級(jí)分組第1組
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1);

// 使能EXTI0中斷
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI0_IRQChannel;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1; // 指定搶占式優(yōu)先級(jí)別1

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0; // 指定響應(yīng)優(yōu)先級(jí)別0
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

// 使能EXTI9_5中斷
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI9_5_IRQChannel;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0; // 指定搶占式優(yōu)先級(jí)別0
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1; // 指定響應(yīng)優(yōu)先級(jí)別1
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

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要注意的幾點(diǎn)是：

1. 如果指定的搶占式優(yōu)先級(jí)別或響應(yīng)優(yōu)先級(jí)別超出了選定的優(yōu)先級(jí)分組所限定的范圍，將可能得到意想不到的結(jié)果；

2. 搶占式優(yōu)先級(jí)別相同的中斷源之間沒(méi)有嵌套關(guān)系；

3. 如果某個(gè)中斷源被指定為某個(gè)搶占式優(yōu)先級(jí)別，又沒(méi)有其它中斷源處于同一個(gè)搶占式優(yōu)先級(jí)別，則可以為這個(gè)中斷源指定任意有效的響應(yīng)優(yōu)先級(jí)別。

二、開(kāi)關(guān)總中斷

在STM32/Cortex-M3中是通過(guò)改變CPU的當(dāng)前優(yōu)先級(jí)來(lái)允許或禁止中斷。

PRIMASK位：只允許NMI和hard fault異常，其他中斷/異常都被屏蔽(當(dāng)前CPU優(yōu)先級(jí)=0)。
FAULTMASK位：只允許NMI，其他所有中斷/異常都被屏蔽(當(dāng)前CPU優(yōu)先級(jí)=-1)。

在STM32固件庫(kù)中(stm32f10x_nvic.c和stm32f10x_nvic.h) 定義了四個(gè)函數(shù)操作PRIMASK位和FAULTMASK位，改變CPU的當(dāng)前優(yōu)先級(jí)，從而達(dá)到控制所有中斷的目的。

下面兩個(gè)函數(shù)等效于關(guān)閉總中斷：
void NVIC_SETPRIMASK(void)；
void NVIC_SETFAULTMASK(void)；

下面兩個(gè)函數(shù)等效于開(kāi)放總中斷：
void NVIC_RESETPRIMASK(void)；
void NVIC_RESETFAULTMASK(void)；

上面兩組函數(shù)要成對(duì)使用，但不能交叉使用。

例如：

第一種方法：
NVIC_SETPRIMASK()； //關(guān)閉總中斷
NVIC_RESETPRIMASK()；//開(kāi)放總中斷

第二種方法：
NVIC_SETFAULTMASK()； //關(guān)閉總中斷
NVIC_RESETFAULTMASK()；//開(kāi)放總中斷

常常使用：
NVIC_SETPRIMASK(); // Disable Interrupts
NVIC_RESETPRIMASK(); // Enable Interrupts

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補(bǔ)充：
可以用：
#define CLI() __set_PRIMASK(1)
#define SEI() __set_PRIMASK(0)
來(lái)實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)總中斷的功能。