【STM32入门】4.1中断基本知识

1.中断概览

在开展红外传感器遮挡计次的实验之前，有必要系统性的了解“中断”的基本知识.

中断是指：在主程序运行过程中，出现了特定的中断触发条件（中断源），使得CPU暂停当前正在运行的程序，转而去处理中断程序，处理完成后又返回原来被暂停的位置继续运行。初看这里会感觉有些奇怪，我正在干一件事情，你是凭什么让我停下来去干另一件事，然后干完之后再返回来去完成我本来在干的事情呢？这里就涉及到一个概念，叫做“优先级”。

优先级：当有多个中断源同时申请中断的时候，CPU会根据中断源的轻重缓急进行裁决，优先响应更加紧急的中断源。假设场景在幼儿园，老师是CPU，本来正在上课，有个小朋友喊“老师我尿裤裆了”，这件事的优先级高于上课，于是老师中断了上课优先去处理尿裤裆的小朋友。但如果遇到了优先级更高的事情怎么办？例如，这个小朋友尿裤裆了，但是另一个小朋友拉裤裆了，而且拉的是稀的，已经流到地上了。

中断嵌套：前面这个恶心的例子中，小朋友尿裤子是一个中断事件，让老师停止了上课，但拉裤裆是一个中断优先级更高的事件，老师不得不先处理拉裤裆的小朋友。这种在执行中断过程中，又来了一个优先级更高的中断的过程，叫做中断嵌套。

2.STM32的中断 

STM32中包含了68个可屏蔽中断通道，•包含EXTI、TIM、ADC、USART、SPI、I2C、RTC等多个外设。这些中断都通过NVIC统一管理，先看看内部逻辑结构，为什么要用到NVIC？

从上图可以看出，STM32涉及中断的外设都是先链接到NVIC，最后在NVIC中经过优先级排序，再决定传哪个中断信号给CPU。这是一种减少CPU运算量的设计方法，试想，如果一个学校里面，连进出门禁、学生请假等等一系列的所有事情都需要校长亲自去管，那这个校长就不用做其他事情了。在这里CPU也是同样的，让他专注于运算，NVIC做他的秘书。 

使用NVIC统一管理中断，每个中断通道都拥有16个可编程的优先等级，可对优先级进行分组，进一步设置抢占优先级和响应优先级。

2.1抢占优先级和响应优先级

在上面的图里可以看到，NVIC的优先级一共有0-15个等级，这里需要注意的是很多教程和书里会有这么一句话“NVIC的中断优先级由优先级寄存器的4位（0~15）决定”，试一试2进制的4位最小和最大可以表示什么十进制数字，0000--0，1111--15。这样就可以理解了，总共有0-15共计16个优先级排序，在stm32的底层是用4位2进制数来表达这些优先级，暂且这么理解。

这4位二进制数可以进行切分，分为高n位的抢占优先级和低4-n位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，抢占优先级和响应优先级均相同的按中断号排队。

上面这个表其实很好理解，反正总共只有4位二进制数可以用来表达优先级，还要在这4位里面分个组，一部分用来表达抢占优先级（小朋友拉裤裆，这事很上头是最优先的），一部分用来表达响应优先级（小朋友尿裤裆，忍一忍没准自己干了，不是太上头）。

假设我要用这4位二进制中的2位去表达抢占优先级，那就是000-111，即0-7总共可以容纳八个小朋友拉裤裆，用4位二进制中的其余2位去表达响应优先级，那也是000-111，即0-7，总共可以容纳八个小朋友尿裤裆。总之，老师一回就只能处理16个小朋友的“惊喜”至于是拉裤裆还是尿裤裆，你们自己选。 这样的分组总共有5中，就是表格第一列的分组0~分组4.

2.2EXTI

全称是Extern Interrupt外部中断，这是专门用于监测外部发起中断的模块。•EXTI可以监测指定GPIO口的电平信号，当其指定的GPIO口产生电平变化时，EXTI将立即向NVIC发出中断申请，经过NVIC裁决后即可中断CPU主程序，使CPU执行EXTI对应的中断程序。

支持的触发方式有：上升沿/下降沿/双边沿/软件触发。

支持的GPIO口：所有GPIO口，但相同的Pin不能同时触发中断通道数：16个GPIO_Pin，外加PVD输出、RTC闹钟、USB唤醒、以太网唤醒

触发响应方式：中断响应/事件响应

上面硕了EXTI主要是监测引脚输入的外部中断信号，但是STM32引脚那么多，到底选择哪个去监测是需要先配置的，这里就需要用到AFIO，整体的EXTI结构如下图：

AFIO的功能是引脚的复用和重定义，在中断部分，AFIO的主要作用是中断引脚的选择，别的先不管。 EXTI的内部逻辑框图如下：

这个逻辑比较简单，用与门和或门来选择信号，配合中间的寄存器来选择中断信号的发送。具体内容可以先不深究，知道这东西在哪儿，要用回来翻看就是了。