IO 口作为外部中断输入

weixin_51459644

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weixin_51459644 · 2025-04-16 23:34:38 发布

外部中断

1. NVIC
2. EXTI
3. 配置外部中断的步骤

1. NVIC

NVIC即嵌套向量中断控制器，它是内核的器件，M3/M4/M7 内核都是支持 256 个中断，其中包含了 16 个系统中断和 240 个外部中断，并且具有 256 级的可编程中断设置。然而芯片厂商一般不会把内核的这些资源全部用完，如 STM32F407 的系统中断有 10 个(NVIC)，外部中断有82 个(EXTI)。
//NVIC 寄存器
typedef struct
{
     _IOM uint32_t ISER[8U]; /* 中断使能寄存器 */
     uint32_t RESERVED0[24U];
     __IOM uint32_t ICER[8U]; /* 中断清除使能寄存器 */
     uint32_t RSERVED1[24U];
     __IOM uint32_t ISPR[8U]; /* 中断使能挂起寄存器 */
     uint32_t RESERVED2[24U];
     __IOM uint32_t ICPR[8U]; /* 中断解挂寄存器 */
     uint32_t RESERVED3[24U];
     __IOM uint32_t IABR[8U]; /* 中断有效位寄存器 */
     uint32_t RESERVED4[56U];
     __IOM uint8_t IP[240U]; /* 中断优先级寄存器（8Bit 位宽） */
     uint32_t RESERVED5[644U];
     __OM uint32_t STIR; /* 中断触发中断寄存器 */
} NVIC_Type;
ISER[8]：中断使能寄存器组。用 8 个 32 位寄存器来控制，每个位控制一个中断。STM32F407 的可屏蔽中断最多只有 82 个，ISER[0]的 bit0~31 分别对应中断0~31；ISER[1]的 bit0~31 对应中断 32~63; ISER[2]的 bit0~16 对应中断 64~81。设置相应的 ISER 位为 1，使该中断被使能。

ICER[8]：中断除能寄存器组。用来清除某个中断的使能的，对应位的功能和 ISER 一样。写 1 有效的，写 0 是无效的。

ISPR[8]：中断使能挂起控制寄存器组。将正在进行的中断挂起，去执行同级或更高级别的中断，对应位的功能和 ISER 一样。写 1 有效的，写 0 是无效的。

ICPR[8]：中断解挂控制寄存器组。其作用与 ISPR 相反，将挂起的中断解挂。对应位的功能和 ISER 一样。写 1 有效的，写 0 是无效的。

IABR[8]：中断激活标志位寄存器组。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。对应位的功能和 ISER 一样，置 1，则表示该位所对应的中断正在被执行。在中断执行完了由硬件自动清零。

IP [240]：中断优先级控制的寄存器组。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，总共可以表示 240 个可屏蔽中断。而 STM32F407N只用到了其中的 82 个。IP[81] ~ IP[0] 分别对应中断 81~0。而每个可屏蔽中断占用的 8bit 并没有全部使用，而是只用了高四位[7:4]，低四位取零，致使最多只有 16 级中断嵌套。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。这两个优先级各占几个位由SCB->AIRCR中的中断分组设置决定。
抢占优先级： 抢占优先级高的中断可以打断正在执行的抢占优先级低的中断。
响应优先级： 抢占优先级相同，响应优先级高的中断不能打断响应优先级低的中断。
抢占式优先级和响应优先级相同时，则遵循自然优先级，看中断向量表的中断排序，数值越小，优先级越高。

STIR：只写属性，允许开发者通过向该寄存器写入目标中断的中断号（IRQn），直接触发对应的中断服务程序。一般使用场景为：
调试与测试：模拟硬件中断事件，验证中断处理逻辑的正确性；
系统调度：在实时操作系统中，通过软件中断实现任务切换（例如触发PendSV中断）

2. EXTI

EXTI 即是外部中断和事件控制器，它是由 20 个产生事件/中断请求的边沿检测器组成。每一条输入线都可以独立地配置输入类型（脉冲或挂起）和对应的触发事件（上升沿或下降沿或者双边沿都触发）。每个输入线都可以独立地被屏蔽。挂起寄存器保持着状态线的中断请求。
STM32F407 的中断控制器支持 22 个外部中断/事件请求。每个中断设有状态位，每个中断/事件都有独立的触发和屏蔽设置。

23表示在控制器内部类似的信号线路有 23 个，这与 EXTI 总共有 23 个中断/事件线是吻合的。

EXTI 有两大部分功能，一条是由输入线到 NVIC 中断控制器（产生中断），一条是由输入线到脉冲发生器（产生事件），两者从硬件上就存在不同。

产生中断:

编号 1 是输入线，EXTI 控制器有 23 个中断/事件输入线，这些输入线可以通过寄存器设置为任意一个 GPIO，也可以是一些外设的事件，输入线一般是存在电平变化的信号。

编号 2 是一个边沿检测电路，包括上升沿触发选择寄存器(EXTI_RTSR)和下降沿触发选择寄存器(EXTI_FTSR)。边沿检测电路以输入线作为信号输入端，如果检测到有边沿跳变就输出有效信号‘1’，否则输出无效信号‘0’。而EXTI_RTSR和EXTI_FTSR两个寄存器可以控制器需要检测哪些类型的电平跳变过程，可以是只有上升沿触发、只有下降沿触发或者上升沿和下降沿都触发。

编号 3 是一个或门电路，它的两个信号输入端分别是软件中断事件寄存器(EXTI_SWIER)和边沿检测电路的输出信号。或门电路只要输入端有信号‘1’，就会输出‘1’，即通过对软件中断事件寄存器的读写操作就可以启动中断/事件线。

编号 4 是一个与门电路，它的两个信号输入端分别是中断屏蔽寄存器(EXTI_IMR)和 编号 3电路输出信号。与门电路要求输入都为‘1’才输出‘1’，如果中断屏蔽寄存器(EXTI_IMR)设置为‘0’时，不管从 编号 3电路输出的信号特性如何，最终 编号 4电路输出的信号都是‘0’；假如中断屏蔽寄存器(EXTI_IMR)设置为‘1’时，最终 编号 4电路输出的信号才由 编号 3电路输出信号决定，这样我们可以简单的控制 EXTI_IMR 来实现是否产生中断的目的。 编号 4 电路输出的信号会被保存到挂起寄存器(EXTI_PR) 内，如果确定 编号 4电路输出为 1 就会把EXTI_PR对应位置 1。

编号 5 是将挂起寄存器(EXTI_PR) 内容输出到 NVIC 内，从而实现系统中断事件控制。

产生事件:

编号 6 是一个与门，它的两个信号输入端分别是事件屏蔽寄存器(EXTI_EMR)和 编号 3电路输出信号。如果 EXTI_EMR寄存器设置为 0，那不管 编号 3电路输出的信号是‘0’还是‘1’，最终输出的都是‘0’；如果EXTI_EMR寄存器设置为 1，最终电路输出信号就由 编号 3电路输出的信号决定，这样子就可以简单的控制 EXTI_EMR来实现是否产生事件。

编号 7是一个脉冲发生器电路，当它的输入端 (编号 6电路的输出端)，是一个有效信号 1 时就会产生一个脉冲；如果输入端是无效信号就不会输出脉冲。

编号 8是一个脉冲信号，就是产生事件的线路最终的产物，这个脉冲信号可以给其他外设电路使用，比如定时器 TIM、模拟数字转换器 ADC 等等，这样的脉冲信号一般用来触发 TIM 或者 ADC开始转换。