STM32学习9---EXIT外部中断（理论）

本文参考江科大和其他博主，侵删！

中断系统是管理和执行中断的逻辑结构，外部中断是产生中断的外设之一。

一、STM32中断

1、中断基本介绍

68个可屏蔽中断通道（中断源），包含EXTI外部、TIM定时器、ADC模数转换器、USART串口、SPI通信、I2C通信、RTC实时时钟等外设。STM32的型号不同，支持的中断不同。

NVIC是统一管理中断，每个中断通道有16个可编程的优先等级，并可对优先级进行分组，进而设置抢占优先级、响应优先级。NVIC就是管理中断分配优先级的。

STM32的中断资源：

比如第一个复位中断，当产生复位事件时，程序就会自动执行复位中断函数，也就是复位后程序开始执行的位置。NMI不可屏蔽中断，硬件失效、存储管理、总线错误、错误应用等等，这些都是内核里面的中断，都比较高深，也难理解，一般用不到，了解一下即可。

STM32的外设中断：

第一个窗口看门狗，用来监测程序运行状态的中断，比如程序卡死没有及时喂狗，窗口看门狗就会申请中断，让你的程序跳到窗口看门狗的中断程序里，这时可以在中断程序里进行一些错误检查，检查问题。

PVD电源电压监测。如果供电电压不足，PVD电路就会申请中断。从而知道现在供电不足，电池是否有电，保存重要数据。类似功能还有：

外设电路检测到异常或者事件，需要提示一下CPU的时候，可以申请中断，让程序跳到对应的中断函数里运行一次，用来处理这个异常或事件。

EXTI0到EXTI4，还有下面的EXTI9_5和EXTI15-10，是本节要学习的内容。

表的右边是中断的地址：

程序中的中断函数的地址是由编译器来分配的,是不固定的，但是中断跳转由于硬件的限制，只能跳到固定的地址执行程序。所以为了能让硬件跳转到一个不固定的中断函数里，这里就需要在内存中定义一个地址的列表。这个列表地址是固定的，中断发生后就跳到这个固定位置。然后在这个固定位置，由编译器，再加上一条跳转到中断函数的代码，这样中断跳转就可以跳到任意位置了

这个中断地址的列表就叫中断向量表，是中断跳转的一个跳板。使用C语言编程不要考虑中断向量表，由编译器完成。

2、NVIC的基本结构

NVIC：嵌套中断向量控制器，在STM32中，统一分配中断优先级和管理中断的。

NVIC是一个内核外设，是CPU的助手。STM32的中断非常多，如果把这些中断全都接到CPU上，CPU还得引出很多线进行适配，如果很多中断同时申请或者中断很多产生了拥堵，CPU也会很难处理，毕竟CPU主要是用来运算的，所以设置NVIC负责中断分配的任务。

NVIC有很多输入口，中断线路都可以接过来。比如：EXTI、TIM、ADC、USART等

线上画了个斜杠，上面写个n，这个意思是一个外设可能会同时占用多个中断通道，所以这里有n条线。

3、优先级

NVIC只有一个输出口，NVIC根据中断的优先级分配中断的先后顺序，通过输出口到CPU。怎么分配优先级，CPU不参与。（相当于医院的叫号系统，医生不参与叫号排序）

为了处理不同形式的优先级，STM32的NVIC可以对优先级进行分组。每个中断有16个优先级，这个优先级再可以再划分为抢占优先级和响应优先级，就需要16个优先级进行分组。

NVIC的中断优先级由优先级寄存器的4位决定。（4位二进制可以表示0~15的数，对应16个优先级，这个优先级的数是值越小，优先级越高，0就是最高优先级）。这4位再切分，分位n位的抢占优先级和4-n的响应优先级。

抢占优先级高的可以中断嵌套，响应优先级高的可以优先排队。

当2个中断同时响应，抢占优先级高的先中断。

抢占优先级相同时，响应优先级高的先中断。

抢占优先级相同时，低响应优先级已经进入中断函数，高响应优先级不可打断低响应优先级。

抢占优先级和响应优先级均相同，按中断号排队。当抢占优先级和响应优先级均相同时，就按照这里的这个数字来排队，数值小的优先响应。这个中断号就是这里这个表里的这栏数字。

总之，STM32的中断不存在先来后到的排队方式，在任何时候都是优先级高的先响应。

3、优先级分组

因为优先级总共是四位，所以就有五种分组方式。

分组0：0位的抢占优先级，取值只能为0。4位的响应等级取值可以是0~15。

分组1：是1位的抢占优先级，取值是0~1；3位的响应等级取值是0~7。

然后分组2、3、4都是按照这个规律来分配的。

这个分组方式在程序中可以选择的，选好分组方式之后，在配置优先级的时候，就要注意抢占优先级和响应优先级的取值范围了，不要超出这个表里规定的取值范围。

二、EXTI外部中断

1、外部中断基本介绍

EXTI可以监测指定GPIO口的电平信号，指定GPIO口的电平发生变化时，EXTI立即向NVIC申请中断，经过NVIC裁决后，可中断CPU主程序，使CPU执行EXTI对应的中断程序。

支持的触发方式：

触发方式：上升沿、下降沿、双边沿、软件触发（使用代码触发，与引脚无关）。

支持的GPIO口：

所有GPIO口，但相同的Pin不能同时触发中断，比如PA0和PB0不能同时触发，PA1、PB1、PC1等都不能同时触发中断，只能选择一个。有多个中断引脚，要选择不同Pin脚，如：PA7、PA9。

外部中断占用的通道：
通道数：16个GPIO_Pin(GPIO_Pin_0到GPIO_Pin_15），再加PVD输出、RTC时钟、USB唤醒、以太网唤醒，共计20条中断线路。16个GPIO_Pin是外部中断的主要功能。

外部中断的触发响应方式

分为中断响应/事件响应。

中断响应：申请中断，让CPU执行中断函数。

事件响应：外部中断的额外功能。当外部中断检测到引脚电平变化时，一般时申请中断，但还可以选择触发事件，外部中断的信号不会通向CPU，而是通向其他外设，触发外设的操作，比如ADC转换、触发DMA。总之，中断响应是正常的操作，引脚电平触发中断。事件响应不会触发中断，而是触发别的外设，属于外设之间的联合工作。

2、基本结构

最左边是GPIO口的外设，每个GPIO外设有16个引脚，所以每个外设进来16根线

AFIO：中断引脚选择

EXTI模块只有16个GPIO的通道。但这里每个GPIO外设都有16个引脚，如果每个引脚占用一个通道，EXTI的16个通道显然就不够用了。所以在这里会有一个AFIO中断引脚选择的电路模块。

AFIO：是一个数据选择器。在GPIO外设各自的16个引脚里，选择其中一个连接到后面的EXTI的通道里，所以这前面说相同的Pin不能同时触发中断。因为对于PA0、PB0、PC0，通过AFIO选择之后，只有其中一个能接到EXTI的通道0上。同理，PA1、PB1、PC1，也只能有一个接到通道1上。这就是所有GPIO口都能触发中断，但相同的pin不能同时触发中断的原因。

EXTI边沿检测及控制：

AFIO选择之后的16个通道，接到EXTI边沿检测及控制电路上。还有下面PVD等4个蹭网的外设，共计组成EXTI的20个中断通道。

NVIC中断选择分配优先级

经过EXTI电路后，分为2种输出，接到NVIC的，是触发中断的。

注意：本来20个输入，应该20个输出，但是为了节省NVIC的通道资源，外部中断的9~5，15~10给分配了同一个通道。即：外部中断的9~5会触发同一个中断函数，15~10也会触发同一个中断函数。编程时，在这两个中断函数里，根据标志位来区分到底是哪个中断。

右下角有20条输出线路到了其他外设，这就是用来触发其他外设的，也就是上文提到的事件响应。

AFIO和NVIC的内部电路：

先看一下AFIO复用lO口：

上图是AFIO选择中断引脚的结构图，这里就是一系列的数据选择器。

第一个输入是PA0、PB0、PC0等，一直到PG0，尾号都是0，然后通过数据选择器，最终选择一个接到EXTI0上。配置AFIO_EXTICR1寄存器的EXIT0可以决定选择哪一个输入。

AFIO注意用于引脚复用功能的选择和重定义，也就是数据选择器的作用。

在STM32中，AFIO主要2个作用：复用功能引脚重映射、中断引脚选择。

复用功能引脚重映射：把这些默认复用功能的引脚换到重定义的这个位置来，使用AFIO来完成的，这也是AFIO的一大主要功能。

EXTI的内部框图：

从框图看到，EXTI的右边就是20根输入线，输入线首先进入边沿检测电路，在上面的上升沿寄存器和下降沿寄存器，可以选择是上升沿触发还是下降沿触发，或者两个都触发。接着触发信号就进入到这个或门的输入端了。

硬件触发和软件中断寄存器的值，接在这个或门上，也就是任意一个为1，或门就可以输出1，所以才支持多种触发方式，如上升沿、下降沿、双边沿和软件触发。

触发信号通过这个或门之后就分两路，上一路是触发中断，下一路是触发事件。

触发中断：首先会置一个请求挂起寄存器，即中断标志位，可以读取该标志位，判断哪个通道触发的中断。该寄存器置1，沿着线路继续往左走，和中断屏蔽寄存器共同进入一个与门，最后至NVIC中断控制器。

这里的与门起了开关的作用，对于与门来说，1&x=x，0&x=0。中断屏蔽寄存器给1，那另一个输入就是直接输出，也就是允许中断。中断屏蔽寄存器给0，另一个输入无论是什么，输出都是0，相当于屏蔽了这个中断。这就是这个与门的作用，相当于一个开关控制。

触发事件：

首先事件屏蔽寄存器进行开关控制，通过一个脉冲发生器到其他外设。这个脉冲发生器就是给一个电平脉冲，用来触发其他外设的动作。

另外，这个框图上画一个斜杠写着20，表示20根线，代表20个通道。最上面是外设接口和APB总线，可以通过总线访问这些寄存器。

以上就是EXTI的内部结构。

三、外部中断使用的硬件模块

1、编码器介绍

什么样的设备需要用到外部中断？对于STM32来说，想要获取的信号是外部驱动的很快的突发信号。比如旋转编码器的输出信号。这个信号是突发的，STM32不知道什么时候会来，同时它是外部驱动的，STM32只能被动读取，而且这个信号非常快，STM32稍微晚读取，就会错过很多波形。对于这种情况，就考虑使用STM32的外部中断。一有脉冲过来，STM32立即进入中断函数处理。没有脉冲的时候，STM32处理其他。

再比如红外遥控接收头的输出，接收到遥控数据之后，它会输出一段波形。这个波形转瞬即逝，所以就需要用外部中断来读取。

但按键的动作可以看成外部驱动的突发事件，但并不推荐使用外部中断来读取按键，因为外部中断不好处理按键抖动和松手检测的问题，对于按键来说，它的输出波形也不是转瞬即逝的。所以要求不高的话，可以在主程序中循环读取。如果不想用主循环读取的话，采用定时器中断读取的方式。这样既能后台读取按键值不阻塞主程序，也能处理按键抖动和松手检测的问题。

旋转编码器

它是测量速度、位置、和旋转方向的装置。当旋转轴旋转时，输出端可以输出与旋转方向和速度对应的方波信号，读取方波信号的频率和相位就可以测出旋转轴的旋转方向和速度。

旋转编码器的类型：机械触点式、霍尔传感器式、光栅式等

这是最简单的编码器，使用对射式红外传感器测速，需要配合光栅编码盘使用。