STM32——NVIC中断优先级管理分析

文章目录

前言

个人认为本篇文章是我作总结的最好的一篇，用自己的话总结出来清晰易懂，给小白看也能一眼明了，这就是写博客的意义吧。本篇文章具体介绍了 NVIC中断优先级管理，是如何进行管理，如何根据优先级响应中断的。本篇文章仅作为个人学习笔记总结，不做权威标准。

一、中断如何响应？NVIC如何分配优先级？

那么是如何响应的呢？中断占用8bit，但是只用高四位。优先级分组为4位，有以下的分组方式:0-4,1-3,2-2,3-1,4-0，这几组中分别是响应优先级和抢占优先级的分组，例如1-3，就是响应优先级为1，抢占优先级为3。

1.抢占优先级的级别>响应优先级级别
2.数值越小优先级越高
3.抢占优先级与响应优先级都一样，那么看哪个中断先发生。
4.高优先级的抢占优先级的中断可以打断低抢占优先级的中断，但是高优先级的响应优先级的中断不能够打断低响应优先级的中断。

例子：假定设置中断优先级组为 2，然后设置中断 3(RTC 中断)的抢占优先级为 2，响应优先级为 1。中断 6（外部中断 0）的抢占优先级为 3，响应优先级为 0。中断 7（外部中断 1）的抢占优先级为 2，响应优先级为 0。那么这 3 个中断的优先级顺序为：中断 7>中断 3>中断 6。
上面例子中的中断 3 和中断 7 都可以打断中断 6 的中断。而中断 7 和中断 3 却不可以相互打断！

二、NVIC中断优先级管理详解

详细NVIC中断优先级管理，以下是正点原子的详细介绍：（上面懂了下面不用看）
CM3 内核支持 256 个中断，其中包含了 16 个内核中断和 240 个外部中断，并且具有 256 级的可编程中断设置。但 STM32 并没有使用 CM3 内核的全部东西，而是只用了它的一部分。 STM32 有 84 个中断，包括 16 个内核中断和 68 个可屏蔽中断，具有 16 级可编程的中断优先级。而我们常用的就是这 68 个可屏蔽中断，但是 STM32 的 68 个可屏蔽中断，在 STM32F103 系列上面，又只有 60 个（在 107 系列才有 68 个）。
在 MDK 内，与 NVIC 相关的寄存器，MDK 为其定义了如下的结构体：

typedef struct 
{ 
	__IOM uint32_t ISER[8U]; 
	uint32_t RESERVED0[24U]; 
	__IOM uint32_t ICER[8U]; 
	uint32_t RSERVED1[24U]; 
	__IOM uint32_t ISPR[8U]; 
	uint32_t RESERVED2[24U]; 
	__IOM uint32_t ICPR[8U]; 
	uint32_t RESERVED3[24U]; 
	__IOM uint32_t IABR[8U]; 
	uint32_t RESERVED4[56U];
	__IOM uint8_t IP[240U]; 
	uint32_t RESERVED5[644U]; 
__OM uint32_t STIR; 
} NVIC_Type;

STM32 的中断在这些寄存器的控制下有序的执行的。只有了解这些中断寄存器，才能方便 的使用 STM32 的中断。下面重点介绍这几个寄存器：

  1. ISER[8]：ISER 全称是：Interrupt Set-Enable Registers，这是一个中断使能寄存器组。上面说了 CM3 内核支持 256 个中断，这里用 8 个32 位寄存器来控制，每个位控制一个中断。但是STM32F103 的可屏蔽中断只有 60 个，所以对我们来说，有用的就是两个（ISER[0]和 ISER[1]），总共可以表示 64 个中断。而 STM32F103 只用了其中的前 60 位。ISER[0]的 bit0~bit31 分别对应中断 0~31。ISER[1]的 bit0~27 对 应中断 32~59；这样总共 60 个中断就分别对应上了。你要使能某个中断，必须设置相应的 ISER 位为 1，使该中断被使能(这里仅仅是使能，还要配合中断分组、屏蔽、IO 口映射等设置才算是一个完整的中断设置)。具体每一位对应哪个中断，请参考 stm32f10x.h 里面的第 140 行处（针对编译器 MDK5 来说）。

  2. ICER[8]：全称是：Interrupt Clear-Enable Registers，是一个中断除能寄存器组。该寄存器组与ISER 的作用恰好相反，是用来清除某个中断的使能的。其对应位的功能，也和 ICER 一样。这里要专门设置一个 ICER 来清除中断位，而不是向 ISER 写 0 来清除，是因为 NVIC 的这些寄存器都是写 1 有效的，写 0 是无效的。具体为什么这么设计，请看《CM3 权威指南》第 125 页，NVIC 概览一章。

  3. ISPR[8]：全称是：Interrupt Set-Pending Registers，是一个中断挂起控制寄存器组。每个位对应的中断和 ISER 是一样的。通过置 1，可以将正在进行的中断挂起，而执行同级或更高级别的中断。写 0 是无效的。

  4. ICPR[8]：全称是：Interrupt Clear-Pending Registers，是一个中断解挂控制寄存器组。其作用与 ISPR 相反，对应位也和 ISER 是一样的。通过设置 1，可以将挂起的中断接挂。写 0 无效。

  5. IABR[8]：全称是：Interrupt Active Bit Registers，是一个中断激活标志位寄存器组。对应位所代表的中断和 ISER 一样，如果为 1，则表示该位所对应的中断正在被执行。这是一个只读寄存器，通过它可以知道当前在执行的中断是哪一个。在中断执行完了由硬件自动清零。

  6. **IP[240]：全称是：Interrupt Priority Registers，是一个中断优先级控制的寄存器组。**这个寄存器组相当重要！STM32 的中断分组与这个寄存器组密切相关。IP 寄存器组由 240 个 8bit 的寄存器组成，每个可屏蔽中断占用 8bit，这样总共可以表示 240 个可屏蔽中断。而 STM32 只用到了其中的前 60 个。IP[59]~IP[0]分别对应中断 59~0。而每个可屏蔽中断占用的 8bit 并没有全部使用，而是只用了高 4 位。这 4 位，又分为抢占优先级和子优先级。抢占优先级在前，子优先级在后。而这两个优先级各占几个位又要根据 SCB->AIRCR 中的中断分组设置来决定。这里简单介绍一下 STM32 的中断分组：STM32 将中断分为 5 个组，组 0~4。该分组的设置是由 SCB->AIRCR 寄存器的 bit10~8 来定义的。
    在这里插入图片描述
    通过这个表，我们就可以清楚的看到组 0~4 对应的配置关系，例如组设置为 3，那么此时所有的 60 个中断，每个中断的中断优先寄存器的高四位中的最高 3 位是抢占优先级，低 1 位是响应优先级。每个中断，你可以设置抢占优先级为 0~7，响应优先级为 1 或 0。抢占优先级的级别高于响应优先级。而数值越小所代表的优先级就越高。

这里需要注意两点：第一，如果两个中断的抢占优先级和响应优先级都是一样的话，则看哪个中断先发生就先执行；第二，高优先级的抢占优先级是可以打断正在进行的低抢占优先级中断的。而抢占优先级相同的中断，高优先级的响应优先级不可以打断低响应优先级的中断。
中断优先级在程序中的配置：

以下是中断优先级设置的步骤：
①系统运行开始的时候设置中断分组。确定组号，也就是确定抢占优先级和响应优先级的 分配位数。设置函数为HAL_NVIC_PriorityGroupConfig。对于 HAL 库，在文件stm32f1xx_hal.c 内部定义函数 HAL_Init 中有调用 HAL_NVIC_PriorityGroupConfig 函数进行相关设置，所以我 们只需要修改 HAL_Init 内部对中断优先级分组设置即可。
② 设置单个中断的中断优先级别和使能相应中断通道，使用到的函数函数主要为函数HAL_NVIC_SetPriority 和函数HAL_NVIC_EnableIRQ。

三、问题汇总

1. ok，此时有人问了，如果中断的响应优先级和抢占优先级都一样呢？谁先发生？
根据ARM Cotex-M处理器的规范，中断请求的处理顺序将由唯一的硬件优先级标识符决定，即中断向量表中的位置。

2. 什么是中断向量表？
中断向量表中是一个存储中断服务程序地址的表格，每个中断都有唯一的中断号，每一个中断号对应中断向量表中的条目，中断号越低，此中断在表中的位置越靠前，就越先发生。

3. 我应该如何查看中断向量表？
芯片的数据手册或者参考手册，查找中断向量表的章节，查找中断向量表的起始位置，在KEIL5中搜索中断向量表的地址来查看。

4. 那么除了中断的响应优先级、抢占优先级、中断号，还有那些影响中断响应的因素呢？
中断处理函数的执行时间：如果执行时间很长，其他中断的请求有可能就被挂起，只有当前的中断处理函数执行完成，其他中断继续执行
中断屏蔽：前面简单介绍了几种中断，我们知道中断屏蔽某位置1，该中断就不能发生，即使优先级高也无法执行。

5. 那么问题又来了：某中断正在发生，是如何影响中断执行顺序的呢？
举例中断1和中断2，他们的响应和抢占相同，中断1触发但是执行时间很长，可能是数据处理运算，此时！2被触发，但是他俩响应和抢占相同，2就要等1处理完，此时2就被挂起，1结束后，NVIC就会查看在1执行的过程中是否有中断挂起，如果有就执行，这里就是2了。

6. 问题又又来了，1在执行2如何触发的：
通常情况下触发的原因是指：有中断源产生中断请求信号，那么中断被触发，此时不用考虑1是否在执行。

7. 问题又又又来了：中断触发的原因只有中断产生了中断请求这一种情况吗？
上个问题我们说到通常情况下是这样，那不通常呢？具体要取决于处理器的架构和中断控制器的功能。有以下触发原因：
1.软件触发中断：有些处理器允许软件生成中断请求信号，触发中断。
2.异常或错误中断：处理器发生异常、错误、故障的情况下，可能触发响应的中断。
3.调试中断：程序在debug调试的时候暂停，跳转，会响应中断。

8. 那么调试中断响应的是哪些中断？
1.调试监听中断
2.断点
3.数据观察暂停

如果小伙伴对NVIC中断优先级管理还有其他疑问欢迎留言讨论，如有错误还请指出！