處理器:GD32F103VET6

開發(fā)環(huán)境：MDK(keil 5) + STM32CubeMX

1.1 中斷的作用

中斷的主要作用就是允許一些緊急的任務“插隊”，提前進行。比如，大家在排隊做核酸檢測，但是，現在來了一位男士，他說他有緊急情況，希望能夠先做，在征得同意后，他先做了核酸，他做完了跑了，但大家仍然按照原來的順序排隊進行，這就是中斷。

又如，你在玩游戲，但是一個重要電話進來了，你只得暫停當前的游戲，先接電話，接完電話繼續(xù)玩。這也是中斷。

在各種電子產品中，中斷用得非常非常多，在我看來，它和GPIO、串口、定時器一起，是各種處理器學習的最重要的四個模塊之一，我稱之為“四大金剛”。

1.2 GD32的中斷的執(zhí)行及其優(yōu)先級

對于GD32的中斷，我們需要關注以下問題：

1.那些模塊可以申請中斷？絕大部分的模塊，比如串口、定時器、SPI接口等都可以申請中斷，這些可以申請中斷的模塊我們叫中斷源。

2.某個模塊申請中斷，并獲得系統(tǒng)同意后，系統(tǒng)將會做什么？中斷申請并獲得通過后，將會執(zhí)行中斷函數，中斷函數執(zhí)行完后又回到原來的地方繼續(xù)執(zhí)行。

GD32的各個模塊的中斷函數的函數名廠家已經幫我們取好了，在啟動文件(.s文件)中，具體如圖1所示。

圖1 GD32的中斷函數

3.如果有多個中斷同時到來，處理器該怎么辦呢？它會先去執(zhí)行哪個中斷的中斷函數呢？通過每個中斷的優(yōu)先級才裁決先響應誰！優(yōu)先級高的中斷，它的中斷函數將會獲得優(yōu)先執(zhí)行。GD32的每個中斷的優(yōu)先級分為搶占式優(yōu)先級和子優(yōu)先級兩部分，在實際應用中，一般我們都是只需要設置搶占式優(yōu)先級即可，子優(yōu)先級不用理會。搶占式優(yōu)先級可以設置的值為0-15，值越小優(yōu)先級越高，這點跟freertos操作系統(tǒng)的優(yōu)先級剛好相反，freertos的是值越高優(yōu)先級越高。

GD32的中斷由一個叫NVIC的模塊統(tǒng)一處理，NVIC全稱叫嵌套中斷向量控制器，搶占式優(yōu)先級、子優(yōu)先級、中斷允許、中斷失能都在它里面設置。

最后補充說明兩點：

1.GD32的每一個模塊都會有至少一個中斷開關，只有這個開關處于使能狀態(tài)，該模塊的中斷信號才能進入到NVIC內部。

2.中斷函數中盡量不要有延時，如必須要延時，則延時要盡量小，要快進快出，不要影響后續(xù)的中斷的響應！

1.3 GD32的外部中斷

GD32F103VET6支持19個外部中斷，注意，這里雖然用了外部兩個字，但真正只有16來自于芯片的外部，有3個仍然是在芯片的內部。外部的16個中斷分別為EXTI0~EXTI15，其中EXTI0可以從PA0、PB0、PC0等標號為0的引腳進入，EXTI1可以從PA1、PB1、PC1等標號為1引腳進入，其他外部中斷同理。

在這16個從IO引腳進入的中斷中，他們的中斷函數分別為

●EXTI0-EXTI4都有自己獨立的中斷函數，他們的函數名分別為EXTI0_IRQHandler~ EXTI4_IRQHandler；

●外部中斷5到9共用一個中斷函數，函數名為EXTI9_5_IRQHandler；

●外部中斷10到15共用一個中斷函數，函數名為EXTI15_10_IRQHandler。

對于這些共用中斷函數的外部中斷，需要在中斷函數的內部進一步判斷是那個外部中斷。

外部中斷的觸發(fā)方式可以有下降沿觸發(fā)和上升沿觸發(fā)，這個可以根據具體情況來選擇。

1.4 外部中斷應用示例

下面我們通過一個例子來學習外部中斷的應用。

【例1】使用PE2外部的按鍵KEY0產生外部中斷，每發(fā)生一次外部中斷將LED0的狀態(tài)反轉一次。在整個過程中，LED1以1秒的頻率閃爍。

【實現過程】

1.設置系統(tǒng)時鐘源和系統(tǒng)時鐘的頻率為72MHz；

2.設置調試方式為Serial Wire;

3.設置與LED0相連的PE12，與LED1相連的PE13工作方式為輸出；

4.設置與KEY0相連的PE2引腳的為外部中斷引腳，搶占式優(yōu)先級為3(由于系統(tǒng)滴答定時器的優(yōu)先級為0，所以這個優(yōu)先級比0低即可)。整個過程的步驟為：

(1)設置PE2的工作模式為外部中斷，如圖2所示。

圖2 PE2引腳設置為外部中斷示意圖

(2)在GPIO中設置PE2的中斷觸發(fā)方式為下降沿觸發(fā)(按鍵按下就觸發(fā))，如圖3所示。

圖3 設置下降沿觸發(fā)示意圖

(3)設置外部中斷2的搶占式優(yōu)先級的值為3，實際上由于本工程中除了系統(tǒng)滴答定時器的中斷，其他的中斷都沒有，所以這里設置不與滴答定時器的中斷優(yōu)先級相同即可(滴答定時器的中斷優(yōu)先級為0)。設置步驟和結果如圖4所示。

圖4 優(yōu)先級設置示意圖

注意，如果EXTI2的中斷的優(yōu)先級采用默認，也就是搶占式優(yōu)先級為0，子優(yōu)先級也為0，這兩個優(yōu)先級跟滴答定時器(System tick timer)的優(yōu)先級一樣，則可能在中斷中使用延時函數HAL_Delay()時，有可能會使系統(tǒng)死機(延時函數HAL_Delay()通過tick 定時器的中斷來工作，當進入EXTI2中斷函數執(zhí)行時，tick 定時器的中斷得不到及時執(zhí)行，所以會出現死機現象！)。

5.配置好中斷后，接下來是配置工程名、工程存放路徑等信息，然后點擊生成代碼，生成代碼后，我們需要補充如下功能：

(1)在主函數的while循環(huán)中補充是的LED1閃爍的程序段，具體如圖5所示。

圖5 LED1閃爍程序段示意圖

(2)編寫中斷服務回調函數，注意不是中斷服務函數，該函數的內容如圖6所示。

圖6 EXTI2的中斷回調(callback)函數

程序編寫好后，編譯程序并將程序下載到開發(fā)板中，可以看到LED1閃爍，LED0則是按下一次KEY0鍵LE0的狀態(tài)反轉一次，任務目標完成。

1.5 HAL庫中中斷函數的執(zhí)行流程

在剛才的步驟中，有一步為編寫中斷服務回調函數，注意，為回調函數而不是中斷服務函數，這跟我們前面的介紹是不是互相矛盾呢？我們通過觀察CubeMX生成的工程的中斷的執(zhí)行流程來回答這個問題。這個流程如下：

①系統(tǒng)接收到EXTI2的中斷請求并響應后，到.s文件中尋找到該中斷函數的入口，如圖7所示。

圖7 外部中斷EXTI2的中斷服務函數的入口示意圖

②由于函數的名字就是函數的入口，所以找到入口后，接下來執(zhí)行函數EXTI2_IRQHandler，如圖8所示。函數EXTI2_IRQHandler就是EXTI2的中斷服務函數。

圖8 中斷服務函數EXTI2_IRQHandler的內容

③執(zhí)行通用IO口外部中斷函數HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler()，這個函數是一個通用函數，其他的GPIO口的外部中斷都調用這個函數，它的參數只有一個，就是中斷的輸入引腳標號，實際上就是外部中斷線編號。函數HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler的內容如圖9所示。

圖9 通用外部中斷函數的內容示意圖

由圖9可以看到，在該函數中，在判斷GPIO_Pin引腳對應的標志位為真后執(zhí)行兩個動作，分別是

●使用宏__HAL_GPIO_EXTI_CLEAR_IT(GPIO_Pin)來清除標志位，以便下一次的中斷能夠進來；

●調用中斷回調函數HAL_GPIO_EXTI_Callback()，我們要實現的中斷需要做的事情就在中斷回調函數中實現，所以在前面的步驟中，我們編寫的是中斷回調函數的代碼，而不是中斷服務函數的代碼，當然，大家也可以將代碼內容直接寫到中斷服務函數中。

1.6 外部中斷實驗中涉及到的HAL庫的函數/宏及其他相關知識

1.獲取外部中斷標志位和清除外部中斷標志位

中斷標志位被置1說明該中斷獲得了響應，獲得響應后要在中斷服務函數中清除該標志位，以使得下次該中斷有中斷申請到來時能獲得響應。HAL庫中，獲取中斷標志位和清除中斷標志位分別用下面兩個宏來完成。

●獲取中斷標志位：__HAL_GPIO_EXTI_GET_IT()

●清除中斷標志位: __HAL_GPIO_EXTI_CLEAR_IT()

這兩個宏都只有一個參數，就是外部中斷輸入引腳的編號。

注意，與HAL庫中的函數不用，HAL庫中宏名用兩個下劃線開始，其格式為

“__” + “HAL” + 模塊名 + 執(zhí)行動作名

2.外部中斷回調函數HAL_GPIO_EXTI_Callback()

HAL庫中回調函數使用Callback結尾，對于外部中斷回調函數，它只有一個參數，這個參數就是外部中斷的編號—也即外部中斷輸入IO引腳的標號。

3.HAL庫初始化函數HAL_Init()

每次我們用STM32CubeMX生成工程時，主函數中的第一條語句就是執(zhí)行函數HAL_Init()的內容，這個函數具體做什么呢？我們打開看一下，可以看到這個函數的內容如圖10所示。

圖10 HAL庫初始化函數HAL_Init()的內容

由圖可見，函數HAL_Init()主要所兩個事，分別是：

①設置搶占式優(yōu)先級的位數，這里是設置為4位，其值可以從015，所以搶占式優(yōu)先級可以設置為015的任意數字。

②配置tick timer定時器，并設置它的優(yōu)先級。

1.7 結論及注意事項

在本章的學習中，主要注意以下幾點：

1.發(fā)生外部中斷后，在系統(tǒng)提供的中斷服務函數中已經清除了中斷標志位，所以大家在編寫中斷回調函數的時候不需要再次清除中斷標志位。

2.中斷的優(yōu)先級不要跟tick timer，也就是滴答定時器的中斷優(yōu)先級一樣，否則在中斷回調函數中使用HAL_Delay函數時會出現死機現象。

3.GD32/STM32的優(yōu)先級是：優(yōu)先級值越小的中斷，它的中斷優(yōu)先級越高。