12. 外部中断与按键触发¶
12.1. 概述¶
- 中断是啥？
中断是指芯片运行过程中，发生特殊事件，需芯片干预时，芯片自动停止正在运行的程序，并转入处理刚刚中断发生的事件，处理完后返回被打断暂停的程序继续运行。
在前面的程序中，程序没有使用中断，执行流程就只有main函数中的while(1)循环执行。
比如前面一章节按键扫描：
while(1) {
/*-----------------驱动--------------*/
/* 使用显示缓冲方法，要改变显示内容，
调用函数seg_fill_disbuf改变Seg8DisBuf中的内容即可 */
seg_display_task();
/*-----------------应用-----------------*/
new_sta = GPIO_ReadInputData(GPIOB);
new_sta = new_sta&0xf000;
......
/*----------------------------------*/
delay(1000);
}
这就是程序的全部流程，驱动和应用都放在这个流程中，循环执行。
- 为什么要中断？
在按键的while循环中，不断查询IO口的状态，判断是否有按键按下。有按键按下时，就进行去抖动。
这里有两个事情是要记住的：
- 循环查询，速度再快，也是有间隔的。
- 连续不断查询，是要使用CPU时间片的。
那么，查询的越频繁，需要的CPU时间越多，那就不能去干其他事情了。
查询的不频繁呢？间隔就大了，响应的速度就不及时了。
现在我们拿一个按键输入和你在家等快递对比。
按键按下，就相当于快递敲门。
在while循环中查询IO口，就相当于你想知道有没有人敲门，跑到门口看看有没有人。
如果你频繁的去门口查看是否有人来，甚至一直坐在门口等，你就没时间干其他事情。
如果你一个小时才去看一次，那很可能就会让快递员等一个小时，或者，快递员都不等你，没人开门就走了。这样，你就会丢掉一个快递。
如果使用中断呢
相当于在门口装个门铃，你在家里做其他事情，快递来了，按下门铃，然后你出去开门，拿了快递后，回家接着做刚才做的事。
12.2. STM32中断管理¶
我们常说某某芯片的中断管理，就像本节标题。
实际上，中断是内核在管理。所以，要搞懂芯片的中断，需要学习两部分知识。
- 内核如何管理中断。（中断响应）
- 芯片中断如何连接到内核。
12.2.1. NVIC¶
NVIC的全称是Nested vectoredinterrupt controller，即嵌套向量中断控制器。
NVIC属于内核的一部分，这东西怎么实现的我们不需要管。只需要知道：
- 要在NVIC中使能对应中断，才会产生中断
- 通过NVIC可以配置中断的优先级，优先级有两种：响应优先级和嵌套优先级。
内核还决定了中断向量表。
什么是中断向量？这个问题在知乎有一个讨论。
我的观点是何必浪费时间。
12.2.2. 中断向量表¶
在startup_stm32f10x_hd.s文件中，有以下这段代码:
; Vector Table Mapped to Address 0 at Reset
AREA RESET, DATA, READONLY
EXPORT __Vectors
EXPORT __Vectors_End
EXPORT __Vectors_Size
__Vectors DCD __initial_sp ; Top of Stack
DCD Reset_Handler ; Reset Handler
DCD NMI_Handler ; NMI Handler
DCD HardFault_Handler ; Hard Fault Handler
DCD MemManage_Handler ; MPU Fault Handler
DCD BusFault_Handler ; Bus Fault Handler
DCD UsageFault_Handler ; Usage Fault Handler
DCD 0 ; Reserved
DCD 0 ; Reserved
DCD 0 ; Reserved
DCD 0 ; Reserved
DCD SVC_Handler ; SVCall Handler
DCD DebugMon_Handler ; Debug Monitor Handler
DCD 0 ; Reserved
DCD PendSV_Handler ; PendSV Handler
DCD SysTick_Handler ; SysTick Handler
; External Interrupts
DCD WWDG_IRQHandler ; Window Watchdog
DCD PVD_IRQHandler ; PVD through EXTI Line detect
DCD TAMPER_IRQHandler ; Tamper
DCD RTC_IRQHandler ; RTC
DCD FLASH_IRQHandler ; Flash
DCD RCC_IRQHandler ; RCC
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
这就是中断向量表，表内是什么呢？
第2行，AREA RESET, DATA, READONLY，指定了这段代码放在RESET 段，这个RESET会在分散加载文件中指定在芯片启动的位置0x8000000。所以芯片能在复位时执行Reset_Handler函数。从这里可见，复位也是一个中断。
后面一堆DCD，DCD的意思是，分配一个4个字节，内容是后面跟着的标志，通常是一个函数名，也就是一个函数指针，一个函数的地址。比如：DCD EXTI4_IRQHandler，意思就是把EXTI4_IRQHandler这个函数的地址放在这个地方。如此一来，当产生EXTI4中断时，芯片就会自动到这个位置取这个函数地址，然后执行这个函数。
12.2.3. 外设中断¶
一个芯片有很多外设，每个外设都有各种中断。NVIC决定了芯片能响应多少中断，但是，芯片能在一个中断入口中实现多种中断。
比如，串口5在中断向量表中只有一个中断入口，但是串口5有很多中断，接收到数据中断，发送数据完成中断，接收溢出中断等。
有个更特别的，EXTI15_10_IRQHandler，从名字就知道，这个中断入口时外部中断15~外不中断10，总共6个外不中断的入口。
所以，要正确配置一个中断，除了NVIC之外，对应外设的中断配置相当重要。
下面我们看看STM32F103这款芯片的IO口外部中断。
12.2.4. STM32 EXIT中断¶
- 所有IO都支持中断。
- 中断方式有电平、边沿（上升沿、下降沿）
- 中断线只有16根，所有PORT的相同编号的IO，共用中断线，只能用同时有一个IO具有中断功能。
- 中断入口并没有16个，EXTI15_10_IRQHandler，EXTI9_5_IRQHandler。
12.3. 外部中断例程¶
参考官方例程：STM32F10x_StdPeriph_Lib_V3.5.0\Project\STM32F10x_StdPeriph_Examples\EXTI\EXTI_Config
配置中断如下，分4部分：
void EXTI0_Config(void)
{
/* Enable GPIOA clock */
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
/* Configure PA.00 pin as input floating */
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
/* Enable AFIO clock */
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);
/* Connect EXTI0 Line to PA.00 pin */
GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOA, GPIO_PinSource0);
/* Configure EXTI0 line */
EXTI_InitStructure.EXTI_Line = EXTI_Line0;
EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;
EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Rising;
EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE;
EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);
/* Enable and set EXTI0 Interrupt to the lowest priority */
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI0_IRQn;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0x0F;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0x0F;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}
IO口初始化，将IO配置为浮空输入。（纯粹的浮空是不行的，外部应该带上下拉）
使能AFIO时钟，并用函数GPIO_EXTILineConfig将GPIOA的GPIO_Pin_0连接到中断源GPIO_PinSource0。
配置外部中断，调用EXTI_Init函数配置EXTI_Line0为中断模式，Rising上升沿触发，ENABLE。
配置NVIC，调用函数NVIC_Init配置EXTI0_IRQn， Pre优先级（）为0x0f，Sub优先级（）也配置为0x0f，使能（ENABLE）
对于NVIC的配置，特别是优先级的配置，需要先设置优先级分组。不同的分组支持不同的pre和sub优先级。
此处我们暂时不管优先级问题。
中断配置好后，还需要编写中断服务函数。通常我们统一将中断函数放在stm32f10x_it.c
void EXTI0_IRQHandler(void)
{
if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line0) != RESET)
{
/* Toggle LED1 */
STM_EVAL_LEDToggle(LED1);
/* Clear the EXTI line 0 pending bit */
EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line0);
}
}
函数名EXTI0_IRQHandler跟中断向量表中的名字一致。
进入中断后，先判断是不是EXTI_Line0中断，是才进入处理，STM_EVAL_LEDToggle 转换LED状态，这就是用户功能。然后EXTI_ClearITPendingBit，清楚中断标志，如果不清楚，中断就会重复进入。
由此可知一个中断的响应流程：
IO状态变化–>产生EXIT事件标志–>如果使能了中断，就会产生设备中断标志，并产生信号发送给NVIC–>NVIC使能了中断，芯片自动操作，从当前执行位置跳转到中断向量指定的函数–>执行中断服务程序–>执行完之后就返回原来的位置继续执行。
12.4. 按键中断¶
板子的4个按键连接在GPIOB的12/13/14/15四个IO。
参考例程配置即可，代码如下：
void EXTI15_10_Config(void)
{
EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStructure;
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
/* Configure PG.08 pin as input floating */
/* 外部中断的IO，属于输入IO，先配置未输入
输入IO有3中模式，浮空，上拉，下拉。做为按键通常是上拉，按下按键就是接地。
*/
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_12|GPIO_Pin_13|GPIO_Pin_14|GPIO_Pin_15;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
/* Enable AFIO clock */
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);
/* Connect EXTI8 Line to PG.08 pin */
/* 配置中断线，中中断源接到制定的IO口*/
GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOB, GPIO_PinSource12);
GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOB, GPIO_PinSource13);
GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOB, GPIO_PinSource14);
GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOB, GPIO_PinSource15);
/* Configure EXTI8 line */
/* 使能外部中断*/
EXTI_InitStructure.EXTI_Line = EXTI_Line12|EXTI_Line13|EXTI_Line14|EXTI_Line15;
EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;
EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Falling;
EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE;
EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);
/* Enable and set EXTI9_5 Interrupt to the lowest priority */
/* 配置NVIC */
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI15_10_IRQn;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0x0F;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0x0F;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}
中断服务函数也是一样的。
/*
EXTI15_10_IRQHandler 中断服务函数名，要跟中断限量表一致。
*/
void EXTI15_10_IRQHandler(void)
{
/* EXTI15_10_IRQHandler 是10~15中断线的入口。
产生中断后，只能通过查询EXTI状态来判断到底是那根IO产生了中断。
*/
if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line12) != RESET)
{
app_display_num(4, 0, 1);
/* Clear the EXTI line 8 pending bit */
/* 请中断标志 */
EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line12);
}
......
响应中断后，调用app_display_num在数码管上显示数字。
编译下载，按4个按键，对应在最后一位数码管上显示1~4四个数字。