STM32中斷優(yōu)先級相關概念與使用筆記

一、基本概念
1．ARM cortex_m3內(nèi)核支持256個中斷（16個內(nèi)核+240外部）和可編程256級中斷優(yōu)先級的設置，與其相關的中斷控制和中斷優(yōu)先級控制寄存器（NVIC、SYSTICK等）也都屬于cortex_m3內(nèi)核的部分。STM32采用了cortex_m3內(nèi)核，所以這部分仍舊保留使用，但STM32并沒有使用cortex_m3內(nèi)核全部的東西（如內(nèi)存保護單元MPU等），因此它的NVIC是cortex_m3內(nèi)核的NVIC的子集。
2．STM32目前支持的中斷共為84個（16個內(nèi)核+68個外部），和16級可編程中斷優(yōu)先級的設置（僅使用中斷優(yōu)先級設置8bit中的高4位，見后面解釋）?！秴⒖甲钚?01xx-107xx STM32 Reference manual, RM0008》。
3．以下主要對“外部中斷通道”進行說明。
對于cortex_m3內(nèi)核所支持的240個外部中斷，我在這里使用了“中斷通道”這個概念，因為盡管每個中斷對應一個外圍設備，但該外圍設備通常具備若干個可以引起中斷的中斷源或中斷事件。而該設備的所有的中斷都只能通過該指定的“中斷通道”向內(nèi)核申請中斷。因此，下面關于中斷優(yōu)先級的概念都是針對“中斷通道”的。當該中斷通道的優(yōu)先級確定后，也就確定了該外圍設備的中斷優(yōu)先級，并且該設備所能產(chǎn)生的所有類型的中斷，都享有相同的通道中斷優(yōu)先級。至于該設備本身產(chǎn)生的多個中斷的執(zhí)行順序，則取決于用戶的中斷服務程序。
4． STM32可以支持的68個外部中斷通道，已經(jīng)固定的分配給相應的外部設備。每個中斷通道都具備自己的中斷優(yōu)先級控制字節(jié)PRI_n（8位，但在STM32中只使用4位，高4位有效），每4個通道的8位中斷優(yōu)先級控制字（PRI_n）構成一個32位的優(yōu)先級寄存器（Priority Register）。68個通道的優(yōu)先級控制字至少構成17個32位的優(yōu)先級寄存器，它們是NVIC寄存器中的一個重要部分。
5．對于這4bit的中斷優(yōu)先級控制位還必須分成2組看：從高位開始，前面是定義搶先式優(yōu)先級的位，后面用于定義子優(yōu)先級。4bit的分組組合可以有以下幾種形式：
編 號
分配情況
7
0:4
無搶先式優(yōu)先級，16個子優(yōu)先級
6
1:3
2個搶先式優(yōu)先級，8個子優(yōu)先級
5
2:2
4個搶先式優(yōu)先級，4個子優(yōu)先級
4
3:1
8個搶先式優(yōu)先級，2個子優(yōu)先級
3/2/1/0
4:0
16個搶先式優(yōu)先級，無子優(yōu)先級
6．在一個系統(tǒng)中，通常只使用上面5種分配情況的一種，具體采用哪一種，需要在初始化時寫入到一個32位寄存器AIRC（Application Interrupt and Reset Control Register）
的第[10：8]這3個位中。這3個bit位有專門的稱呼：PRIGROUP（具體寫操作后面介紹）。比如你將0x05（即上表中的編號）寫到AIRC的[10：8]中，那么也就規(guī)定了你的系統(tǒng)中只有4個搶先式優(yōu)先級，相同的搶先式優(yōu)先級下還可以有4個不同級別的子優(yōu)先級。
7．AIRC中PRIGROUP的值規(guī)定了設置和確定每個外部中斷通道優(yōu)先級的格式。例如，在上面將0x05寫入了AIRC中PRIGROUP，也就規(guī)定了當前系統(tǒng)中只能有4個搶先式優(yōu)先級，相同的搶先式優(yōu)先級下還可以有4個不同級別的子優(yōu)先級，他們分別為：
位[7：6]
位[5：4]
位[3：0]
00
0號搶先優(yōu)先級
00
0號子優(yōu)先級
無效
01
1號搶先優(yōu)先級
01
1號子優(yōu)先級
無效
10
2號搶先優(yōu)先級
10
2號子優(yōu)先級
無效
11
3號搶先優(yōu)先級
11
3號子優(yōu)先級
無效
8．如果在你的系統(tǒng)中使用了TIME2（中斷通道28）和EXTI0（中斷通道6）兩個中斷，而TIME2中斷必須優(yōu)先響應，而且當系統(tǒng)在執(zhí)行EXIT0中斷服務時也必須打斷（搶先、嵌套），就必須設置TIME2的搶先優(yōu)先級比EXTI0的搶先優(yōu)先級要高（數(shù)目小）。假定EXTI0為2號搶先優(yōu)先級，那么TIME2就必須設置成0或1號搶先優(yōu)先級。這些工作需要在AIRC中的PRIGROUP設置完成，確定了整個系統(tǒng)所具有的優(yōu)先級個數(shù)后，再分別對每個中斷通道（設備）進行設置。
9．具體優(yōu)先級的確定和嵌套規(guī)則。ARM cortex_m3（STM32）規(guī)定
a/ 只能高搶先優(yōu)先級的中斷可以打斷低搶先優(yōu)先級的中斷服務，構成中斷嵌套。
b/ 當2（n）個相同搶先優(yōu)先級的中斷出現(xiàn)，它們之間不能構成中斷嵌套，但STM32首先響應子優(yōu)先級高的中斷。
c/ 當2（n）個相同搶先優(yōu)先級和相同子優(yōu)先級的中斷出現(xiàn)，STM32首先響應中斷通道所對應的中斷向量地址低的那個中斷（見ROM0008，表52）。
具體一點：
0號搶先優(yōu)先級的中斷，可以打斷任何中斷搶先優(yōu)先級為非0號的中斷；1號搶先優(yōu)先級的中斷，可以打斷任何中斷搶先優(yōu)先級為2、3、4號的中斷；……；構成中斷嵌套。
如果兩個中斷的搶先優(yōu)先級相同，誰先出現(xiàn)，就先響應誰，不構成嵌套。如果一起出現(xiàn)（或掛在那里等待），就看它們2個誰的子優(yōu)先級高了，如果子優(yōu)先級也相同，就看它們的中斷向量位置了。
10．上電Reset后，寄存器AIRC中PRIGROUP[10：8]的值為0（編號0），因此此時系統(tǒng)使用16個搶先優(yōu)先級，無子優(yōu)先級。另外由于所有外部中斷通道的優(yōu)先級控制字PRI_n也都是0，所以根據(jù)上面的定義可以得出，此時68個外部中斷通道的搶先優(yōu)先級都是0號，沒有子優(yōu)先級的區(qū)分。故此時不會發(fā)生任何的中斷嵌套行為，誰也不能打斷當前正在執(zhí)行的中斷服務。當多個中斷出現(xiàn)后，則看它們的中斷向量地址：地址越低，中斷級別越高，STM32優(yōu)先響應。
注意：此時內(nèi)部中斷的搶先優(yōu)先級也都是0號，由于它們的中斷向量地址比外部中斷向量地址都低，所以它們的優(yōu)先級比外部中斷通道高，但如果此時正在執(zhí)行一個外部中斷服務，它們也必須排隊等待，只是可以插隊，當正在執(zhí)行的中斷完成后，它們可以優(yōu)先得到執(zhí)行。
了解以上基本概念還是不夠的，還要了解具體中斷的控制有那些途徑，中斷服務程序如何正確的編寫。下面的描述主要以TIME2通道為例。
二、中斷控制
1．對于STM32講，外部中斷通道位置28（35號優(yōu)先級）是給外部設備TIME2的，但TIME2本身能夠引起中斷的中斷源或事件有好多個，比如更新事件（上溢/下溢）、輸入捕獲、輸出匹配、DMA申請等。所有TIME2的中斷事件都是通過一個TIME2的中斷通道向STM32內(nèi)核提出中斷申請，那么STM32中如何處理和控制TIME2和它眾多的、不同的、中斷申請呢？
（題外話：STM32中的一個通用定時計數(shù)器，就比8位控制器（如AVR，MCS-51就更不必說了）中TIME要復雜多了。學過AVR的，可能對輸入捕獲、輸出匹配等還有概念，但如果你學的標準架構的MCS-51，那么上手32位可能困難就更多了。所以我一直推薦學習8位機應該認真的從AVR開始。盡管51有很大的市場，價格也相對便宜，但從長遠的眼光看問題，從后續(xù)掌握32位的使用，考慮到學生的可持續(xù)發(fā)展，AVR應該是比較好的選擇。）
2．cortex_m3內(nèi)核對于每一個外部中斷通道都有相應的控制字和控制位，用于單獨的和總的控制該中斷通道。它們包括有：