單芯片解決方案，開啟全新體驗(yàn)——W55MH32 高性能以太網(wǎng)單片機(jī)

W55MH32是WIZnet重磅推出的高性能以太網(wǎng)單片機(jī)，它為用戶帶來前所未有的集成化體驗(yàn)。這顆芯片將強(qiáng)大的組件集于一身，具體來說，一顆W55MH32內(nèi)置高性能Arm? Cortex-M3核心，其主頻最高可達(dá)216MHz；配備1024KB FLASH與96KB SRAM，滿足存儲與數(shù)據(jù)處理需求；集成TOE引擎，包含WIZnet全硬件TCP/IP協(xié)議棧、內(nèi)置MAC以及PHY，擁有獨(dú)立的32KB以太網(wǎng)收發(fā)緩存，可供8個獨(dú)立硬件socket使用。如此配置，真正實(shí)現(xiàn)了All-in-One解決方案，為開發(fā)者提供極大便利。

在封裝規(guī)格上，W55MH32 提供了兩種選擇：QFN68和QFN100。

W55MH32Q采用QFN68封裝版本，尺寸為8x8mm，它擁有36個GPIO、3個ADC、12通道DMA、17個定時器、2個I2C、3個串口、2個SPI接口（其中1個帶I2S接口復(fù)用）、1個CAN以及1個USB2.0。在保持與同系列其他版本一致的核心性能基礎(chǔ)上，僅減少了部分GPIO以及SDIO接口，其他參數(shù)保持一致，性價比優(yōu)勢顯著，尤其適合網(wǎng)關(guān)模組等對空間布局要求較高的場景。緊湊的尺寸和精簡化外設(shè)配置，使其能夠在有限空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)高效的網(wǎng)絡(luò)連接與數(shù)據(jù)交互，成為物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)、邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)等緊湊型設(shè)備的理想選擇。 同系列還有QFN100封裝的W55MH32L版本，該版本擁有更豐富的外設(shè)資源，適用于需要多接口擴(kuò)展的復(fù)雜工控場景，軟件使用方法一致。更多信息和資料請進(jìn)入http://www.w5500.com/網(wǎng)站或者私信獲取。

此外，本W(wǎng)55MH32支持硬件加密算法單元，WIZnet還推出TOE+SSL應(yīng)用，涵蓋TCP SSL、HTTP SSL以及MQTT SSL等，為網(wǎng)絡(luò)通信安全再添保障。

為助力開發(fā)者快速上手與深入開發(fā)，基于W55MH32Q這顆芯片，WIZnet精心打造了配套開發(fā)板。開發(fā)板集成WIZ-Link芯片，借助一根USB C口數(shù)據(jù)線，就能輕松實(shí)現(xiàn)調(diào)試、下載以及串口打印日志等功能。開發(fā)板將所有外設(shè)全部引出，拓展功能也大幅提升，便于開發(fā)者全面評估芯片性能。

若您想獲取芯片和開發(fā)板的更多詳細(xì)信息，包括產(chǎn)品特性、技術(shù)參數(shù)以及價格等，歡迎訪問官方網(wǎng)頁：http://www.w5500.com/，我們期待與您共同探索W55MH32的無限可能。

第六章 外部中斷

在前面幾章的學(xué)習(xí)中，我們掌握了 W55MH32 的 IO 口最基本的操作。本章我們將介紹如何把 W55MH32 的 IO 口作為外部中斷輸入來使用。

1 NVIC概述

1.1 NVIC簡介

什么是 NVIC？NVIC 即嵌套向量中斷控制器，全稱 Nested vectored interrupt controller。它是內(nèi)核的器件，所以它的更多描述可以看內(nèi)核有關(guān)的資料《Cortex-M3 權(quán)威指南》。M3 內(nèi)核都是支持 256 個中斷，其中包含了 16 個系統(tǒng)中斷和 240 個外部中斷，并且具有 256 級的可編程中斷設(shè)置。然而芯片廠商一般不會把內(nèi)核的這些資源全部用完，下面我們看看中斷向量表-系統(tǒng)中斷部分：

關(guān)于 60 個外部中斷部分在《W55MH32參考手冊_V1.0.0（中文版）.pdf》有詳細(xì)的列表，這里就不列出來了。

1.2 NVIC寄存器

NVIC 相關(guān)的寄存器定義了可以在 core_cm3.h 文件中找到。我們直接通過程序的定義來分NVIC 相關(guān)的寄存器，其定義如下：

typedef struct
{
 __IOM uint32_t ISER[8U]; /* 中斷使能寄存器 */
uint32_t RESERVED0[24U];
 __IOM uint32_t ICER[8U]; /* 中斷清除使能寄存器 */
 uint32_t RSERVED1[24U];
 __IOM uint32_t ISPR[8U]; /* 中斷使能掛起寄存器 */
 uint32_t RESERVED2[24U];
 __IOM uint32_t ICPR[8U]; /* 中斷解掛寄存器 */
 uint32_t RESERVED3[24U];
 __IOM uint32_t IABR[8U]; /* 中斷有效位寄存器 */
 uint32_t RESERVED4[56U];
 __IOM uint8_t IP[240U]; /* 中斷優(yōu)先級寄存器（8Bit 位寬） */
 uint32_t RESERVED5[644U];
 __OM uint32_t STIR; /* 軟件觸發(fā)中斷寄存器 */
} NVIC_Type;

W55MH32 的中斷在這些寄存器的控制下有序的執(zhí)行的。只有了解這些中斷寄存器，才能方便的使用 W55MH32 的中斷。下面重點(diǎn)介紹這幾個寄存器：

ISER[8]：ISER 全稱是：Interrupt Set Enable Registers，這是一個中斷使能寄存器組。上面說了 CM3 內(nèi)核支持 256 個中斷，這里用 8 個 32 位寄存器來控制，每個位控制一個中斷。但是W55MH32 的可屏蔽中斷最多只有 60 個，所以對我們來說，有用的就是兩個(ISER[0]和ISER[1])，總共可以表示 64 個中斷。而 W55MH32 只用了其中的 60 個。ISER[0]的 bit0~31 分別對應(yīng)中斷 0~31；ISER[1]的 bit0~27 對應(yīng)中斷 32~59，這樣總共 60 個中斷就可以分別對應(yīng)上了。你要使能某個中斷，必須設(shè)置相應(yīng)的 ISER 位為 1，使該中斷被使能(這里僅僅是使能，還要配合中斷分組、屏蔽、IO 口映射等設(shè)置才算是一個完整的中斷設(shè)置)。具體每一位對應(yīng)哪個中斷，請參考 W55MH32 xe.h 里面的第 69 行。

ICER[8]：全稱是：Interrupt Clear Enable Registers，是一個中斷除能寄存器組。該寄存器組與 ISER 的作用恰好相反，是用來清除某個中斷的使能的。其對應(yīng)位的功能，也和 ICER 一樣。這里要專門設(shè)置一個 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。具體為什么是這樣子，可以查看《Cortex-M3 權(quán)威指南》第 125 頁，NVIC 章節(jié)。

ISPR[8]：全稱是：Interrupt Set Pending Registers，是一個中斷使能掛起控制寄存器組。每個位對應(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)行同級或更高級別的中斷。寫 0 是無效的。

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

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

IP[240]：全稱是：Interrupt Priority Registers，是一個中斷優(yōu)先級控制的寄存器組。這個寄存器組相當(dāng)重要！W55MH32 的中斷分組與這個寄存器組密切相關(guān)。IP 寄存器組由 240 個8bit 的寄存器組成，每個可屏蔽中斷占用 8bit，這樣總共可以表示 240 個可屏蔽中斷。而W55MH32 只用到了其中的 60 個。IP[59]~IP[0]分別對應(yīng)中斷 59~0。而每個可屏蔽中斷占用的 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)先級和子優(yōu)先級。搶占優(yōu)先級在前，子優(yōu)先級在后。而這兩個優(yōu)先級各占幾個位又要根據(jù) SCB->AIRCR 中的中斷分組設(shè)置來決定。

1.3 中斷優(yōu)先級

W55MH32中的中斷優(yōu)先級可以分為：搶占式優(yōu)先級和響應(yīng)優(yōu)先級，響應(yīng)優(yōu)先級也稱子優(yōu)先級，每個中斷源都需要被指定這兩種優(yōu)先級。搶占式優(yōu)先級和響應(yīng)優(yōu)先級的區(qū)別：搶占優(yōu)先級：搶占優(yōu)先級高的中斷可以打斷正在執(zhí)行的搶占優(yōu)先級低的中斷。響應(yīng)優(yōu)先級：搶占優(yōu)先級相同，響應(yīng)優(yōu)先級高的中斷不能打斷響應(yīng)優(yōu)先級低的中斷。

還有一種情況就是當(dāng)兩個或者多個中斷的搶占式優(yōu)先級和響應(yīng)優(yōu)先級相同時，那么就遵循自然優(yōu)先級，看中斷向量表的中斷排序，數(shù)值越小，優(yōu)先級越高。

在 NVIC 中由寄存器 NVIC_IPR0-NVIC_IPR59 共 60 個寄存器控制中斷優(yōu)先級，每個寄存器的 8 位，所以就有了 240 個寬度為 8bit 的中斷優(yōu)先級控制寄存器，原則上每個外部中斷可配置的優(yōu)先級為 0~255，數(shù)值越小，優(yōu)先級越高。但是實(shí)際上 M3 芯片為了精簡設(shè)計(jì)，只使用了高四位[7:4]，低四位取零，這樣以至于最多只有 16 級中斷嵌套，即 2^4=16。對于 NVCI 的中斷優(yōu)先級分組：W55MH32 將中斷分為 5 個組，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)系如表所示：

通過這個表，我們就可以清楚的看到組 0~4 對應(yīng)的配置關(guān)系，例如優(yōu)先級分組設(shè)置為 3，那么此時所有的 60 個中斷，每個中斷的中斷優(yōu)先寄存器的高四位中的最高 3 位是搶占優(yōu)先級，低 1 位是響應(yīng)優(yōu)先級。每個中斷，你可以設(shè)置搶占優(yōu)先級為 0~7，響應(yīng)優(yōu)先級為 1 或 0。搶占優(yōu)先級的級別高于響應(yīng)優(yōu)先級。而數(shù)值越小所代表的優(yōu)先級就越高。

結(jié)合實(shí)例說明一下：假定設(shè)置中斷優(yōu)先級分組為 2，然后設(shè)置中斷 3(RTC_WKUP 中斷)的搶占優(yōu)先級為 2，響應(yīng)優(yōu)先級為 1。中斷 6（外部中斷 0）的搶占優(yōu)先級為 3，響應(yīng)優(yōu)先級為 0。

中斷 7（外部中斷 1）的搶占優(yōu)先級為 2，響應(yīng)優(yōu)先級為 0。那么這 3 個中斷的優(yōu)先級順序?yàn)椋?/p>

中斷 7>中斷 3>中斷 6。上面例子中的中斷 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！

1.4 NVIC 相關(guān)函數(shù)

下面列出我們較為常用的函數(shù)進(jìn)行，想了解更多其他的函數(shù)請自行查閱。

1. HAL_NVIC_SetPriorityGrouping 函數(shù)

HAL_NVIC_SetPriorityGrouping 是設(shè)置中斷優(yōu)先級分組函數(shù)。其聲明如下：

void HAL_NVIC_SetPriorityGrouping(uint32_t PriorityGroup);

?函數(shù)描述：用于設(shè)置中斷優(yōu)先級分組。

?函數(shù)形參：形參 1 是中斷優(yōu)先級分組號，可以選擇范圍：NVIC_PRIORITYGROUP_0 到NVIC_PRIORITYGROUP_4（共 5 組）。

?函數(shù)返回值：無

?注意事項(xiàng)：這個函數(shù)在一個工程里基本只調(diào)用一次，而且是在程序 HAL 庫初始化函數(shù)里面已經(jīng)被調(diào)用，后續(xù)就不會再調(diào)用了。因?yàn)楫?dāng)后續(xù)調(diào)用設(shè)置成不同的中斷優(yōu)先級分組時，有可能造成前面設(shè)置好的搶占優(yōu)先級和響應(yīng)優(yōu)先級不匹配。

2. HAL_NVIC_SetPriority 函數(shù)

HAL_NVIC_SetPriority 是設(shè)置中斷優(yōu)先級函數(shù)。其聲明如下：

void HAL_NVIC_SetPriority(IRQn_Type IRQn, uint32_t PreemptPriority,uint32_t SubPriority);

?函數(shù)描述：用于設(shè)置中斷的搶占優(yōu)先級和響應(yīng)優(yōu)先級（子優(yōu)先級）。

?函數(shù)形參：

······形參 1 是中斷號，可以選擇范圍：IRQn_Type 定義的枚舉類型，定義在 W55MH32 xe.h。

······形參 2 是搶占優(yōu)先級，可以選擇范圍：0 到 15。

······形參 3 是響應(yīng)優(yōu)先級，可以選擇范圍：0 到 15。

?函數(shù)返回值：無

3. HAL_NVIC_EnableIRQ 函數(shù)

HAL_NVIC_EnableIRQ 是中斷使能函數(shù)。其聲明如下：

void HAL_NVIC_EnableIRQ(IRQn_Type IRQn);

?函數(shù)描述：用于使能中斷。

?函數(shù)形參：形 參 IRQn 是 中 斷 號 ， 可 以 選 擇 范 圍 ： IRQn_Type 定 義 的 枚 舉 類 型 ， 定 義 在W55MH32 xe.h。

?函數(shù)返回值：無

4. HAL_NVIC_DisableIRQ 函數(shù)

HAL_NVIC_DisableIRQ 是中斷除能函數(shù)。其聲明如下：

void HAL_NVIC_disableIRQ(IRQn_Type IRQn);

? 函數(shù)描述：用于中斷除能。

?函數(shù)形參：形參 IRQn 是中斷號，可以選擇范圍：IRQn_Type 定義的枚舉類型，定義在 W55MH32 xe.h。

?函數(shù)返回值：無

5. HAL_NVIC_SystemReset 函數(shù)

HAL_NVIC_SystemReset 是系統(tǒng)復(fù)位函數(shù)。其聲明如下：

void HAL_NVIC_SystemReset(void);

?函數(shù)描述：用于軟件復(fù)位系統(tǒng)。

?函數(shù)形參：無形參

?函數(shù)返回值：無

其他的 NVIC 函數(shù)用得較少，我們就不一一列出來了。NVIC 的介紹就到這，下面介紹外部中斷。

2 EXTI概述

2.1 EXTI簡介

EXTI 即是外部中斷和事件控制器，它是由 20 個產(chǎn)生事件/中斷請求的邊沿檢測器組成。每一條輸入線都可以獨(dú)立地配置輸入類型（脈沖或掛起）和對應(yīng)的觸發(fā)事件（上升沿或下降沿或者雙邊沿都觸發(fā)）。每個輸入線都可以獨(dú)立地被屏蔽。掛起寄存器保持著狀態(tài)線的中斷求。EXTI 的功能框圖是最直接把有關(guān) EXTI 的知識點(diǎn)連接起來的圖，掌握了該圖的來龍去脈，就會對 EXTI 有了一個整體熟悉，編程時候可以得心應(yīng)手。

2.2 EXTI功能框圖解析

EXTI 的功能框圖如下圖所示：

從 EXTI 功能框圖可以看到有兩條主線，一條是由輸入線到 NVIC 中斷控制器，一條是由輸入線到脈沖發(fā)生器。這就恰恰是 EXTI 的兩大部分功能，產(chǎn)生中斷與產(chǎn)生事件，兩者從硬件上就存在不同。

下面讓我們看一下 EXTI 功能框圖的產(chǎn)生中斷的線路，最終信號是流入 NVIC 控制器中。輸入線是線路的信息輸入端，它可以通過配置寄存器設(shè)置為任何一個 GPIO 口，或者是一些外設(shè)的事件。輸入線一般都是存在電平變化的信號。

標(biāo)號①是一個邊沿檢測電路，包括邊沿檢測電路，上升沿觸發(fā)選擇寄存器(EXTI_RTSR)和下降沿觸發(fā)選擇寄存器(EXTI_FTSR)。邊沿檢測電路以輸入線作為信號輸入端，如果檢測到有邊沿跳變就輸出有效信號‘1’到標(biāo)號②部分電路，否則輸入無效信號‘0’。邊沿跳變的標(biāo)準(zhǔn)在于開始的時候?qū)τ谏仙赜|發(fā)選擇寄存器或下降沿觸發(fā)選擇寄存器對應(yīng)位的設(shè)置。

標(biāo)號②是一個或門電路，它的兩個信號輸入端分別是軟件中斷事件寄存器(EXTI_SWIER)和邊沿檢測電路的輸入信號。或門電路只要輸入端有信號‘1’，就會輸出‘1’，所以就會輸出‘1’到標(biāo)號③電路和標(biāo)號④電路。通過對軟件中斷事件寄存器的讀寫操作就可以啟動中斷/事件線，即相當(dāng)于輸出有效信號‘1’到或門電路輸入端。

標(biāo)號③是一個與門電路，它的兩個信號輸入端分別是中斷屏蔽寄存器(EXTI_IMR)和標(biāo)號②電路輸出信號。與門電路要求輸入都為‘1’才輸出‘1’，這樣子的情況下，如果中斷屏蔽寄存器(EXTI_IMR)設(shè)置為 0 時，不管從標(biāo)號②電路輸出的信號特性如何，最終標(biāo)號③電路輸出的信號都是 0；假如中斷屏蔽寄存器(EXTI_IMR)設(shè)置為 1 時，最終標(biāo)號③電路輸出的信號才由標(biāo)號②電路輸出信號決定，這樣子就可以簡單控制 EXTI_IMR 來實(shí)現(xiàn)中斷的目的。標(biāo)號④電路輸出‘1’就會把請求掛起寄存器(EXTI_PR)對應(yīng)位置 1。最后，請求掛起寄存器(EXTI_PR)的內(nèi)容就輸出到 NVIC 內(nèi)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中斷事件的控制。接下來我們看看 EXTI 功能框圖的產(chǎn)生事件的線路。產(chǎn)生事件線路是從標(biāo)號②之后與中斷線路有所不用，之前的線路都是共用的。

標(biāo)號④是一個與門，輸入端來自標(biāo)號②電路以及來自于事件屏蔽寄存器(EXTI_EMR)。如果 EXTI_EMR 寄存器設(shè)置為 0，那不管標(biāo)號②電路輸出的信號是‘0’還是‘1’，最終標(biāo)號④輸出的是‘0’；如果 EXTI_EMR 寄存器設(shè)置為 1，最終標(biāo)號④電路輸出信號就由標(biāo)號③電路輸出的信號決定，這樣子就可以簡單的控制 EXTI_EMR 來實(shí)現(xiàn)是否產(chǎn)生事件的目的。標(biāo)號④電路輸出有效信號 1 就會使脈沖發(fā)生器電路產(chǎn)生一個脈沖，而無效信號就不會使其產(chǎn)生脈沖信號。脈沖信號產(chǎn)生可以給其他外設(shè)電路使用，例如定時器，模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器等，這樣的脈沖信號一般用來觸發(fā) TIM 或者 ADC 開始轉(zhuǎn)換。產(chǎn)生中斷線路目的使把輸入信號輸入到 NVIC，進(jìn)一步運(yùn)行中斷服務(wù)函數(shù)，實(shí)現(xiàn)功能。而產(chǎn)生事件線路目的是傳輸一個脈沖信號給其他外設(shè)使用，屬于硬件級功能。EXTI 支持 19 個外部中斷/事件請求，這些都是信息輸入端，也就是上面提及到了輸入線，具體如下：

?EXTI 線 0~15：對應(yīng)外部 IO 口的輸入中斷

?EXTI 線 16：連接到 PVD 輸出

?EXTI 線 17：連接到 RTC 鬧鐘事件

?EXTI 線 18：連接到 USB 喚醒事件

?EXTI 線 19：連接到以太網(wǎng)喚醒事件

從上面可以看出，W55MH32 供給 IO 口使用的中斷線只有 16 個，但是 W55MH32 的 IO 口卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止 16 個，所以W55MH32把 GPIO 管腳 GPIOx.0~GPIOx.15(x=A,B,C,D,E,F,G)分別對應(yīng)中斷線 0~15。這樣子每個中斷線對應(yīng)了最多 9 個 IO 口，以線 0 為例：它對應(yīng)了 GPIOA.0、GPIOB.0、GPIOC.0、GPIOD.0、GPIOE.0、GPIOF.0 和 GPIOG.0。而中斷線每次只能連接到 1個 IO 口上，這樣就需要通過配置決定對應(yīng)的中斷線配置到哪個 GPIO 上了。GPIO 和外部中斷線映射關(guān)系是在寄存器 AFIO_EXTICR1 ~ AFIO_EXTICR4 中配置的。

AFIO_EXTICR1 寄存器配置 EXTI0 到 EXTI3 線，對應(yīng)的外部中斷引腳有 PAx 到 PGx，x=0 到 3。AFIO_EXTICR2 寄存器配置 EXTI4 到 EXTI7 線，對應(yīng)的外部中斷引腳有 PAx 到PGx，x=4 到 7。AFIO_EXTICR3 寄存器配置 EXTI8 到 EXTI11 線，對應(yīng)的外部中斷引腳有PAx 到 PGx，x=8 到 11。AFIO_EXTICR4 寄存器配置 EXTI12 到 EXTI15 線，對應(yīng)的外部中斷引腳有 PAx 到 PGx，x=12 到 15。另外要注意的是，我們配置 AFIO 相關(guān)寄存器前，還需要打開 AFIO 時鐘。

審核編輯 黃宇