MCU微課堂

CKS32F4xx系列產(chǎn)品NVIC中斷優(yōu)先級(jí)管理

第三期 2023.2.2

本課將為大家講解CKS32F4xx系列產(chǎn)品的中斷優(yōu)先級(jí)管理單元NVIC。CM4內(nèi)核共支持256個(gè)中斷，其中包含了16個(gè)內(nèi)核中斷和240個(gè)外部中斷，具有256級(jí)可編程中斷設(shè)置。但CKS32F4xx系列只使用了CM4內(nèi)核的一部分，共有98個(gè)中斷，包括16個(gè)帶有FPU核的CM4中斷和82個(gè)可屏蔽中斷，而我們常用的就是這82個(gè)可屏蔽中斷。

NVIC寄存器簡介

MDK為NVIC相關(guān)寄存器其定義了如下的結(jié)構(gòu)體：

typedef struct 
{ 
__IO uint32_t ISER[8]; /*!< Interrupt Set Enable Register */ 
uint32_t RESERVED0[24]; 
__IO uint32_t ICER[8]; 
/*!< Interrupt Clear Enable Register */ 
uint32_t RSERVED1[24]; 
__IO uint32_t ISPR[8]; 
/*!< Interrupt Set Pending Register */ 
uint32_t RESERVED2[24]; 
__IO uint32_t ICPR[8]; 
/*!< Interrupt Clear Pending Register */ 
uint32_t RESERVED3[24]; 
__IO uint32_t IABR[8]; 
/*!< Interrupt Active bit Register */ 
uint32_t RESERVED4[56]; 
__IO uint8_t IP[240]; 
/*!< Interrupt Priority Register, 8Bit wide */ 
uint32_t RESERVED5[644]; 
__O uint32_t STIR; 
/*!< Software Trigger Interrupt Register */ 
} NVIC_Type;

CKS32F4xx系列的中斷在這些寄存器控制下有序執(zhí)行，只有了解這些中斷寄存器后，才能方便的使用CKS32F4xx系列中斷功能。下面重點(diǎn)介紹這幾個(gè)寄存器：

ISER[8]：ISER 全稱是：Interrupt Set-Enable Registers，這是一個(gè)中斷使能寄存器組。上面說了CM4內(nèi)核支持256個(gè)中斷，這里用8個(gè)32位寄存器來控制，每個(gè)位控制一個(gè)中斷。但是CKS32F4xx系列的可屏蔽中斷最多只有82個(gè)，所以對(duì)我們來說，有用的就是三個(gè)（ISER[0~2])，ISER[0]的bit 0~31分別對(duì)應(yīng)中斷0~31；ISER[1]的bit 0~31對(duì)應(yīng)中斷32~63；ISER[2]的bit 0~17對(duì)應(yīng)中斷64~81，共82個(gè)中斷。你要使能某個(gè)中斷，必須設(shè)置相應(yīng)的ISER位為 1，使該中斷被使能，另外還要配合中斷分組、屏蔽、IO口映射等設(shè)置才算是一個(gè)完整的中斷設(shè)置。具體每一位對(duì)應(yīng)哪個(gè)中斷，請(qǐng)參考CKS32f4xx.h。

ICER[8]：全稱是：Interrupt Clear-Enable Registers，是一個(gè)中斷除能寄存器組。該寄存器組與 ISER 的作用恰好相反，是用來清除某個(gè)中斷的使能的。其對(duì)應(yīng)位的功能，也和 ICER 一樣。這里要專門設(shè)置一個(gè) ICER 來清除中斷位，而不是向 ISER 寫 0 來清除，是因?yàn)?NVIC 的這些寄存器都是寫 1 有效的，寫 0 是無效的。

ISPR[8]：全稱是：Interrupt Set-Pending Registers，是一個(gè)中斷掛起控制寄存器組。每個(gè)位對(duì)應(yīng)的中斷和ISER是一樣的。通過置1，可以將正在進(jìn)行的中斷掛起，而執(zhí)行同級(jí)或更高級(jí)別的中斷。寫0是無效的。

ICPR[8]：全稱是：Interrupt Clear-Pending Registers，是一個(gè)中斷解掛控制寄存器組。其作用與ISPR相反，對(duì)應(yīng)位也和 ISER是一樣的。通過設(shè)置1，可以將掛起的中斷接掛。寫 0 無效。

IABR[8]：全稱是：Interrupt Active Bit Registers，是一個(gè)中斷激活標(biāo)志位寄存器組。對(duì)應(yīng)位所代表的中斷和ISER一樣，如果為 1，則表示該位所對(duì)應(yīng)的中斷正在被執(zhí)行。這是一個(gè)只讀寄存器，通過它可以知道當(dāng)前在執(zhí)行的中斷是哪一個(gè)。在中斷執(zhí)行完了由硬件自動(dòng)清零。

IP[240]：全稱是：Interrupt Priority Registers，是一個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)控制的寄存器組。CKS32F4的中斷分組與這個(gè)寄存器組密切相關(guān)。IP寄存器組由240個(gè)8bit的寄存器組成，每個(gè)可屏蔽中斷占用8bit，這樣總共可以表示240個(gè)可屏蔽中斷。而CKS32F4只用到了其中的82個(gè)。IP[81]~IP[0]分別對(duì)應(yīng)中斷 81~0。而每個(gè)可屏蔽中斷占用的 8bit 并沒有全部使用，而是只用了高4位。這4位，又分為搶占優(yōu)先級(jí)和響應(yīng)優(yōu)先級(jí)。搶占優(yōu)先級(jí)在前，響應(yīng)優(yōu)先級(jí)在后。而這兩個(gè)優(yōu)先級(jí)各占幾個(gè)位又要根據(jù) SCB->AIRCR 中的中斷分組設(shè)置來決定。

NVIC中斷分組

這里簡單介紹一下 CKS32F4 的中斷分組：CKS32F4將中斷分為5個(gè)組，組0~4。該分組的設(shè)置是由 SCB->AIRCR 寄存器的 bit10~8 來定義的。具體的分配關(guān)系如下：

通過這個(gè)表，我們就可以清楚的看到組0~4對(duì)應(yīng)的配置關(guān)系，例如組設(shè)置為3，那么此時(shí)所有的82個(gè)中斷，每個(gè)中斷的中斷優(yōu)先寄存器的高四位中的最高3位是搶占優(yōu)先級(jí)，低1位是響應(yīng)優(yōu)先級(jí)。每個(gè)中斷，你可以設(shè)置搶占優(yōu)先級(jí)為0~7，響應(yīng)優(yōu)先級(jí)為1或0。搶占優(yōu)先級(jí)的級(jí)別高于響應(yīng)優(yōu)先級(jí)。而數(shù)值越小所代表的優(yōu)先級(jí)就越高。

這里需要注意兩點(diǎn)：

第一，如果兩個(gè)中斷的搶占優(yōu)先級(jí)和響應(yīng)優(yōu)先級(jí)都是一樣的話，則看哪個(gè)中斷先發(fā)生就先執(zhí)行；

第二，高優(yōu)先級(jí)的搶占優(yōu)先級(jí)是可以打斷正在進(jìn)行的低搶占優(yōu)先級(jí)中斷的。而搶占優(yōu)先級(jí)相同的中斷，高優(yōu)先級(jí)的響應(yīng)優(yōu)先級(jí)不可以打斷低響應(yīng)優(yōu)先級(jí)的中斷。

結(jié)合實(shí)例說明一下：假定設(shè)置中斷優(yōu)先級(jí)組為2，然后設(shè)置中斷3(RTC_WKUP中斷)的搶占優(yōu)先級(jí)為2，響應(yīng)優(yōu)先級(jí)為1。中斷6（外部中斷0）的搶占優(yōu)先級(jí)為3，響應(yīng)優(yōu)先級(jí)為0。中斷7（外部中斷1）的搶占優(yōu)先級(jí)為2，響應(yīng)優(yōu)先級(jí)為0。那么這3個(gè)中斷的優(yōu)先級(jí)順序?yàn)椋褐袛?>中斷3>中斷6。其中中斷3和中斷7都可以打斷中斷6的中斷。而中斷7和中斷3卻不可以相互打斷！

軟件實(shí)現(xiàn)

通過以上介紹，我們熟悉了CKS32F4中斷設(shè)置的大致過程。接下來我們介紹如何使用庫函數(shù)實(shí)現(xiàn)以上中斷分組設(shè)置以及中斷優(yōu)先級(jí)管理，使得我們以后的中斷設(shè)置簡單化。NVIC中斷管理函數(shù)主要在misc.c文件里面。

首先要講解的是中斷優(yōu)先級(jí)分組函數(shù)NVIC_PriorityGroupConfig，其函數(shù)申明如下：

void NVIC_PriorityGroupConfig(uint32_t NVIC_PriorityGroup);

這個(gè)函數(shù)的作用是對(duì)中斷的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行分組，這個(gè)函數(shù)在系統(tǒng)中只能被調(diào)用一次，一旦分組確定就最好不要更改。這個(gè)函數(shù)我們可以找到其實(shí)現(xiàn)：

void NVIC_PriorityGroupConfig(uint32_t NVIC_PriorityGroup) 
{ 
assert_param(IS_NVIC_PRIORITY_GROUP(NVIC_PriorityGroup)); 
SCB->AIRCR = AIRCR_VECTKEY_MASK | NVIC_PriorityGroup; 
}

從函數(shù)體可以看出，這個(gè)函數(shù)唯一目的就是通過設(shè)置SCB->AIRCR寄存器來設(shè)置中斷優(yōu)先級(jí)分組，查看其定義為：

#define IS_NVIC_PRIORITY_GROUP(GROUP) 
(((GROUP) == NVIC_PriorityGroup_0) || 
((GROUP) == NVIC_PriorityGroup_1) ||  
((GROUP) == NVIC_PriorityGroup_2) ||  
((GROUP) == NVIC_PriorityGroup_3) ||  
((GROUP) == NVIC_PriorityGroup_4))

可以看到這個(gè)定義對(duì)應(yīng)上表中的分組范圍0-4。如果我們需要設(shè)置系統(tǒng)的中斷優(yōu)先級(jí)分組值為2，那么方法是：NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);這樣就確定了一共為“2位搶占優(yōu)先級(jí)，2位響應(yīng)優(yōu)先級(jí)”。設(shè)置好了系統(tǒng)中斷分組，接下來設(shè)置中斷的搶占優(yōu)先級(jí)和響應(yīng)優(yōu)先級(jí)，這里需要用到一個(gè)重要的函數(shù)為中斷初始化函數(shù)NVIC_Init，其函數(shù)聲明為：voidNVIC_Init(NVIC_InitTypeDef*NVIC_InitStruct)，其中NVIC_InitTypeDef是一個(gè)結(jié)構(gòu)體，我們可以看看結(jié)構(gòu)體的成員變量：

typedef struct 
{ 
uint8_t NVIC_IRQChannel; 
uint8_t NVIC_IRQChannelPreemptionPriority; 
uint8_t NVIC_IRQChannelSubPriority; 
FunctionalState NVIC_IRQChannelCmd; 
} NVIC_InitTypeDef;

NVIC_InitTypeDef結(jié)構(gòu)體中間有四個(gè)成員變量，這四個(gè)成員變量的作用是：

NVIC_IRQChannel：

定義初始化的是哪個(gè)中斷，這個(gè)我們可以在CKS32f4xx.h中定義的枚舉類型IRQn的成員變量中可以找到每個(gè)中斷對(duì)應(yīng)的名字。例如串口1對(duì)應(yīng)USART1_IRQn。

NVIC_IRQChannelPreemptionPriority：

定義這個(gè)中斷的搶占優(yōu)先級(jí)別；

NVIC_IRQChannelSubPriority：

定義這個(gè)中斷的響應(yīng)優(yōu)先級(jí)別。

NVIC_IRQChannelCmd：

該中斷通道是否使能。比如我們要使能串口1的中斷，同時(shí)設(shè)置搶占優(yōu)先級(jí)為1，響應(yīng)優(yōu)先級(jí)位2，初始化的方法是：

NVIC_InitTypeDefNVIC_InitStructure;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;//>>串口 1 中斷 
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=1 ;//>> 搶占優(yōu)先級(jí)為 1 
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 2;//>> 響應(yīng)優(yōu)先級(jí)位 2 
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //>>IRQ 通道使能 
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

這里我們講解了中斷的分組的概念以及設(shè)定優(yōu)先級(jí)值的方法，至于每種優(yōu)先級(jí)還有一些關(guān)于清除中斷，查看中斷狀態(tài)，這在后面課堂中我們講解每個(gè)中斷的時(shí)候會(huì)詳細(xì)講解到。

課程總結(jié)

中斷優(yōu)先級(jí)設(shè)置的步驟：

1.系統(tǒng)初始化的時(shí)候設(shè)置中斷分組：

確定組號(hào)，也就是確定搶占優(yōu)先級(jí)和響應(yīng)優(yōu)先級(jí)的分配位數(shù)。調(diào)用函數(shù)為NVIC_PriorityGroupConfig();

2.設(shè)置所用到的中斷的中斷優(yōu)先級(jí)別：

對(duì)每個(gè)中斷調(diào)用函數(shù)NVIC_Init();確定具體的搶占優(yōu)先級(jí)和響應(yīng)優(yōu)先級(jí)，并使能通道。

審核編輯：湯梓紅