STM32中斷優(yōu)先級(jí)相關(guān)概念與使用筆記

一、基本概念
1．ARM cortex_m3內(nèi)核支持256個(gè)中斷（16個(gè)內(nèi)核+240外部）和可編程256級(jí)中斷優(yōu)先級(jí)的設(shè)置，與其相關(guān)的中斷控制和中斷優(yōu)先級(jí)控制寄存器（NVIC、SYSTICK等）也都屬于cortex_m3內(nèi)核的部分。STM32采用了cortex_m3內(nèi)核，所以這部分仍舊保留使用，但STM32并沒有使用cortex_m3內(nèi)核全部的東西（如內(nèi)存保護(hù)單元MPU等），因此它的NVIC是cortex_m3內(nèi)核的NVIC的子集。
2．STM32目前支持的中斷共為84個(gè)（16個(gè)內(nèi)核+68個(gè)外部），和16級(jí)可編程中斷優(yōu)先級(jí)的設(shè)置（僅使用中斷優(yōu)先級(jí)設(shè)置8bit中的高4位，見后面解釋）?！秴⒖甲钚?01xx-107xx STM32 Reference manual, RM0008》。
3．以下主要對(duì)“外部中斷通道”進(jìn)行說明。
對(duì)于cortex_m3內(nèi)核所支持的240個(gè)外部中斷，我在這里使用了“中斷通道”這個(gè)概念，因?yàn)楸M管每個(gè)中斷對(duì)應(yīng)一個(gè)外圍設(shè)備，但該外圍設(shè)備通常具備若干個(gè)可以引起中斷的中斷源或中斷事件。而該設(shè)備的所有的中斷都只能通過該指定的“中斷通道”向內(nèi)核申請(qǐng)中斷。因此，下面關(guān)于中斷優(yōu)先級(jí)的概念都是針對(duì)“中斷通道”的。當(dāng)該中斷通道的優(yōu)先級(jí)確定后，也就確定了該外圍設(shè)備的中斷優(yōu)先級(jí)，并且該設(shè)備所能產(chǎn)生的所有類型的中斷，都享有相同的通道中斷優(yōu)先級(jí)。至于該設(shè)備本身產(chǎn)生的多個(gè)中斷的執(zhí)行順序，則取決于用戶的中斷服務(wù)程序。
4． STM32可以支持的68個(gè)外部中斷通道，已經(jīng)固定的分配給相應(yīng)的外部設(shè)備。每個(gè)中斷通道都具備自己的中斷優(yōu)先級(jí)控制字節(jié)PRI_n（8位，但在STM32中只使用4位，高4位有效），每4個(gè)通道的8位中斷優(yōu)先級(jí)控制字（PRI_n）構(gòu)成一個(gè)32位的優(yōu)先級(jí)寄存器（Priority Register）。68個(gè)通道的優(yōu)先級(jí)控制字至少構(gòu)成17個(gè)32位的優(yōu)先級(jí)寄存器，它們是NVIC寄存器中的一個(gè)重要部分。
5．對(duì)于這4bit的中斷優(yōu)先級(jí)控制位還必須分成2組看：從高位開始，前面是定義搶先式優(yōu)先級(jí)的位，后面用于定義子優(yōu)先級(jí)。4bit的分組組合可以有以下幾種形式：
編 號(hào)
分配情況
7
0:4
無搶先式優(yōu)先級(jí)，16個(gè)子優(yōu)先級(jí)
6
1:3
2個(gè)搶先式優(yōu)先級(jí)，8個(gè)子優(yōu)先級(jí)
5
2:2
4個(gè)搶先式優(yōu)先級(jí)，4個(gè)子優(yōu)先級(jí)
4
3:1
8個(gè)搶先式優(yōu)先級(jí)，2個(gè)子優(yōu)先級(jí)
3/2/1/0
4:0
16個(gè)搶先式優(yōu)先級(jí)，無子優(yōu)先級(jí)
6．在一個(gè)系統(tǒng)中，通常只使用上面5種分配情況的一種，具體采用哪一種，需要在初始化時(shí)寫入到一個(gè)32位寄存器AIRC（Application Interrupt and Reset Control Register）
的第[10：8]這3個(gè)位中。這3個(gè)bit位有專門的稱呼：PRIGROUP（具體寫操作后面介紹）。比如你將0x05（即上表中的編號(hào)）寫到AIRC的[10：8]中，那么也就規(guī)定了你的系統(tǒng)中只有4個(gè)搶先式優(yōu)先級(jí)，相同的搶先式優(yōu)先級(jí)下還可以有4個(gè)不同級(jí)別的子優(yōu)先級(jí)。
7．AIRC中PRIGROUP的值規(guī)定了設(shè)置和確定每個(gè)外部中斷通道優(yōu)先級(jí)的格式。例如，在上面將0x05寫入了AIRC中PRIGROUP，也就規(guī)定了當(dāng)前系統(tǒng)中只能有4個(gè)搶先式優(yōu)先級(jí)，相同的搶先式優(yōu)先級(jí)下還可以有4個(gè)不同級(jí)別的子優(yōu)先級(jí)，他們分別為：
位[7：6]
位[5：4]
位[3：0]
00
0號(hào)搶先優(yōu)先級(jí)
00
0號(hào)子優(yōu)先級(jí)
無效
01
1號(hào)搶先優(yōu)先級(jí)
01
1號(hào)子優(yōu)先級(jí)
無效
10
2號(hào)搶先優(yōu)先級(jí)
10
2號(hào)子優(yōu)先級(jí)
無效
11
3號(hào)搶先優(yōu)先級(jí)
11
3號(hào)子優(yōu)先級(jí)
無效
8．如果在你的系統(tǒng)中使用了TIME2（中斷通道28）和EXTI0（中斷通道6）兩個(gè)中斷，而TIME2中斷必須優(yōu)先響應(yīng)，而且當(dāng)系統(tǒng)在執(zhí)行EXIT0中斷服務(wù)時(shí)也必須打斷（搶先、嵌套），就必須設(shè)置TIME2的搶先優(yōu)先級(jí)比EXTI0的搶先優(yōu)先級(jí)要高（數(shù)目?。?。假定EXTI0為2號(hào)搶先優(yōu)先級(jí)，那么TIME2就必須設(shè)置成0或1號(hào)搶先優(yōu)先級(jí)。這些工作需要在AIRC中的PRIGROUP設(shè)置完成，確定了整個(gè)系統(tǒng)所具有的優(yōu)先級(jí)個(gè)數(shù)后，再分別對(duì)每個(gè)中斷通道（設(shè)備）進(jìn)行設(shè)置。
9．具體優(yōu)先級(jí)的確定和嵌套規(guī)則。ARM cortex_m3（STM32）規(guī)定
a/ 只能高搶先優(yōu)先級(jí)的中斷可以打斷低搶先優(yōu)先級(jí)的中斷服務(wù)，構(gòu)成中斷嵌套。
b/ 當(dāng)2（n）個(gè)相同搶先優(yōu)先級(jí)的中斷出現(xiàn)，它們之間不能構(gòu)成中斷嵌套，但STM32首先響應(yīng)子優(yōu)先級(jí)高的中斷。
c/ 當(dāng)2（n）個(gè)相同搶先優(yōu)先級(jí)和相同子優(yōu)先級(jí)的中斷出現(xiàn)，STM32首先響應(yīng)中斷通道所對(duì)應(yīng)的中斷向量地址低的那個(gè)中斷（見ROM0008，表52）。
具體一點(diǎn)：
0號(hào)搶先優(yōu)先級(jí)的中斷，可以打斷任何中斷搶先優(yōu)先級(jí)為非0號(hào)的中斷；1號(hào)搶先優(yōu)先級(jí)的中斷，可以打斷任何中斷搶先優(yōu)先級(jí)為2、3、4號(hào)的中斷；……；構(gòu)成中斷嵌套。
如果兩個(gè)中斷的搶先優(yōu)先級(jí)相同，誰先出現(xiàn)，就先響應(yīng)誰，不構(gòu)成嵌套。如果一起出現(xiàn)（或掛在那里等待），就看它們2個(gè)誰的子優(yōu)先級(jí)高了，如果子優(yōu)先級(jí)也相同，就看它們的中斷向量位置了。
10．上電Reset后，寄存器AIRC中PRIGROUP[10：8]的值為0（編號(hào)0），因此此時(shí)系統(tǒng)使用16個(gè)搶先優(yōu)先級(jí)，無子優(yōu)先級(jí)。另外由于所有外部中斷通道的優(yōu)先級(jí)控制字PRI_n也都是0，所以根據(jù)上面的定義可以得出，此時(shí)68個(gè)外部中斷通道的搶先優(yōu)先級(jí)都是0號(hào)，沒有子優(yōu)先級(jí)的區(qū)分。故此時(shí)不會(huì)發(fā)生任何的中斷嵌套行為，誰也不能打斷當(dāng)前正在執(zhí)行的中斷服務(wù)。當(dāng)多個(gè)中斷出現(xiàn)后，則看它們的中斷向量地址：地址越低，中斷級(jí)別越高，STM32優(yōu)先響應(yīng)。
注意：此時(shí)內(nèi)部中斷的搶先優(yōu)先級(jí)也都是0號(hào)，由于它們的中斷向量地址比外部中斷向量地址都低，所以它們的優(yōu)先級(jí)比外部中斷通道高，但如果此時(shí)正在執(zhí)行一個(gè)外部中斷服務(wù)，它們也必須排隊(duì)等待，只是可以插隊(duì)，當(dāng)正在執(zhí)行的中斷完成后，它們可以優(yōu)先得到執(zhí)行。
了解以上基本概念還是不夠的，還要了解具體中斷的控制有那些途徑，中斷服務(wù)程序如何正確的編寫。下面的描述主要以TIME2通道為例。
二、中斷控制
1．對(duì)于STM32講，外部中斷通道位置28（35號(hào)優(yōu)先級(jí)）是給外部設(shè)備TIME2的，但TIME2本身能夠引起中斷的中斷源或事件有好多個(gè)，比如更新事件（上溢/下溢）、輸入捕獲、輸出匹配、DMA申請(qǐng)等。所有TIME2的中斷事件都是通過一個(gè)TIME2的中斷通道向STM32內(nèi)核提出中斷申請(qǐng)，那么STM32中如何處理和控制TIME2和它眾多的、不同的、中斷申請(qǐng)呢？
（題外話：STM32中的一個(gè)通用定時(shí)計(jì)數(shù)器，就比8位控制器（如AVR，MCS-51就更不必說了）中TIME要復(fù)雜多了。學(xué)過AVR的，可能對(duì)輸入捕獲、輸出匹配等還有概念，但如果你學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)的MCS-51，那么上手32位可能困難就更多了。所以我一直推薦學(xué)習(xí)8位機(jī)應(yīng)該認(rèn)真的從AVR開始。盡管51有很大的市場(chǎng)，價(jià)格也相對(duì)便宜，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)的眼光看問題，從后續(xù)掌握32位的使用，考慮到學(xué)生的可持續(xù)發(fā)展，AVR應(yīng)該是比較好的選擇。）
2．cortex_m3內(nèi)核對(duì)于每一個(gè)外部中斷通道都有相應(yīng)的控制字和控制位，用于單獨(dú)的和總的控制該中斷通道。它們包括有：