第5章 向量中断控制器

第5章

向量中断控制器5.1异常类型、优先级5.1.1异常类型

Cortex-M3的每一个异常都有一个编号，编号0对应正常工作模式，编号1~255对应各种异常；每一个异常都可分配一个优先级，优先级值越小，优先级别越高，优先级可以为负。其中1~15号异常为系统异常，16~255都是外部中断异常；在大部分情况下，开发应用中很少涉及到1-15号异常的编程处理，我们更关注的是16-255号的外部异常。编号类型优先级描述1复位-3复位，具有最高优先级2NMI-2不可屏蔽中断（来自外部NMI输入脚）3硬件出错-1如果相应的异常没有被启用，那么都将触发该异常4存储管理异常可编程存储器管理异常，MPU访问违规或访问位置出错均会触发5总线异常可编程总线系统出错，如取指，或取数据异常6使用异常可编程程序错误导致的异常7-10保留N/AN/A11SVCall可编程执行系统服务调用指令引发的异常12调试监视器可编程调试监控器异常，如断点，数据观察点，外部调试请求等13保留N/AN/A14PendSV可编程为系统设备开发的可悬挂请求15SysTick可编程系统时基定时器16~255IRQ0~239可编程外部中断0~239对于编程开发来说，我们涉及最多的异常就是IRQ，0~15号异常是系统级的异常，比较少用；另外，每一种异常都有一个编号和一个异常优先级，异常的编号是固定的，但是异常的优先级是可以编程的，当然优先级为负的例外。优先级数值越小，优先级别越高。5.1.2异常优先级及优先级分组寄存器Cortex-M3的优先级包括抢占优先级和子优先级。抢占优先级高的中断可以打断抢占优先级低的中断，抢占优先级相同时，优先执行子优先级高的中断，但是不会打断正在执行的同级别抢占优先级中断。优先级的数值越小，优先级别越高。应用程序中断及复位控制寄存器SCB_AIRCR中PRIGROUP位段用来控制优先级的分组；应用程序中断及复位控制寄存器SCB_AIRCR:位段名称类型复位值描述31:16VECTKEYR/W-访问钥匙：任何对该寄存器的写操作，都必须同时把0x05FA写入此段，否则写操作被忽略。若读取此半字，则0xFA0515ENDIANESSR-端模式设置。1＝大端(BE8)，0＝小端。此值是在复位时确定的，不能更改。10:8PRIGROUPR/W0优先级分组2SYSRESETREQW-请求芯片控制逻辑产生一次复位1VECTCLRACTIVEW-清零所有异常的活动状态信息。通常只在调试时用，或者在OS从错误中恢复时用。0VECTRESETW-复位CM3处理器内核（调试逻辑除外），但是此复位不影响芯片上在内核以外的电路PRIGROUP共占3位，值的范围是0-7，假如PRIGROUP值为5，则每一个中断对应的优先级寄存器的6、7三位表示对应中断的抢占优先级，其他位表示子优先级；每一个中断优先级寄存器占8位。Bit7Bit6Bit5Bit4Bit3Bit2Bit1Bit0抢占优先级子优先级以16级优先级为例，优先级之所以会只有16级，是因为在M3单片机设计时，只使用了优先级寄存器NVIC_IPRx的高4位；如果此时PRIGROUP值为5，则优先级分组如下：此时0-3位虽然没有使用，但是PRIGROUP的值可以设为0-3之间的值，如果PRIGROUP设为1，则优先级分组如下：此时16级优先级都是抢占优先级，高优先级能打断所有低优先级。Bit7Bit6Bit5Bit4Bit3Bit2Bit1Bit0抢占优先级子优先级未使用子优先级Bit7Bit6Bit5Bit4Bit3Bit2Bit1Bit0实际使用抢占优先级[7:4]未使用抢占优先级未使用子优先级5.2中断向量表当有异常发生时，处理器需要确定对应异常的函数起始地址，各个异常的函数起始地址都存储在一个向量表中，每个地址占4字节，系统找到函数入口地址后就可调到异常代码处执行对应中断函数；为了可以动态重新分配中断，CM3允许可编程设置向量表基址，通过设置向量表偏移寄存器存器VTOR即可设置向量表起始地址，当设置在RAM范围内时，即可实现动态修改中断函数地址。VTOR寄存器：在应用开发中，每一个工程都有一个汇编的启动代码，这个启动代码里面已经包含了向量表，我们需要做的就是把自己用到的中断函数写出实现即可；中断函数的名字必须和汇编里面的名字一致；汇编内的中断函数入口顺序不能随意修改或者删除。位段名称类型复位值描述29TBLBASER/W0向量表所在区域标志0:ROM1:RAM28:7TBLOFFR/W0相对ROM或者RAM起始地址的偏移量5.3NVIC寄存器描述5.3.1中断使能寄存器NVIC_ISER0/1STM32F103系列小、中、大容量单片机有60个可屏蔽中断，NVIC_ISER[0]和NVIC_ISER[1]两个32位寄存器，可控制64个可屏蔽中断的使能，NVIC_ISER[0]的0~31位对应0~31号中断，NVIC_ISER[1]的0~31位对应32~63号中断；1使能中断，0失能中断。NVIC_ISER寄存器只能写1，写0无效；若要清除指定位为0，需要使用NVIC_ICER寄存器；STM32F103系列小、中、大容量单片机0~59号IRQ可屏蔽中断如下表：中断位置可屏蔽中断描述中断位置可屏蔽中断描述0WWDG_IRQChannel30TIM4_IRQChannel1PVD_IRQChannel31I2C1_EV_IRQChannel2TAMPER_IRQChannel32I2C1_ER_IRQChannel3RTC_IRQChannel33I2C2_EV_IRQChannel4FLASH_IRQChannel34I2C2_ER_IRQChannel5RCC_IRQChannel35SPI1_IRQChannel6EXTI0_IRQChannel36SPI2_IRQChannel7EXTI1_IRQChannel37USART1_IRQChannel8EXTI2_IRQChannel38USART2_IRQChannel9EXTI3_IRQChannel39USART3_IRQChannel10EXTI4_IRQChannel40EXTI15_10_IRQChannel11DMA1_Channel1_IRQChannel41RTCAlarm_IRQChannel12DMA1_Channel2_IRQChannel42USBWakeUp_IRQChannel13DMA1_Channel3_IRQChannel43TIM8_BRK_IRQChannel14DMA1_Channel4_IRQChannel44TIM8_UP_IRQChannel15DMA1_Channel5_IRQChannel45TIM8_TRG_COM_IRQChannel16DMA1_Channel6_IRQChannel46TIM8_CC_IRQChannel17DMA1_Channel7_IRQChannel47ADC3_IRQChannel18ADC1_2_IRQChannel48FSMC_IRQChannel19USB_HP_CAN_TX_IRQChannel49SDIO_IRQChannel20USB_LP_CAN_RX0_IRQChannel50TIM5_IRQChannel21CAN_RX1_IRQChannel51SPI3_IRQChannel22CAN_SCE_IRQChannel52UART4_IRQChannel23EXTI9_5_IRQChannel53UART5_IRQChannel24TIM1_BRK_IRQChannel54TIM6_IRQChannel25TIM1_UP_IRQChannel55TIM7_IRQChannel26TIM1_TRG_COM_IRQChannel56DMA2_Channel1_IRQChannel27TIM1_CC_IRQChannel57DMA2_Channel2_IRQChannel28TIM2_IRQChannel58DMA2_Channel3_IRQChannel29TIM3_IRQChannel59DMA2_Channel4_5_IRQChannel5.3.2中断清除寄存器NVIC_ICER0/1在NVIC_ICER[0]和NVIC_ICER[1]寄存器中的位写入1，则NVIC_ISER[0]和NVIC_ISER[1]的对应的位被清除为0，从而屏蔽中断。NVIC_ICER[0]和NVIC_ICER[1]各位写1有效，写0无效。5.3.3中断挂起寄存器NVIC_ISPR0/1NVIC_ISPR[0]的0~31位对应0~31号中断，NVIC_ISPR[1]的0~31位对应32~63号中断；当设置NVIC_ISPR的位为1时，对应中断被挂起，CPU不执行中断处理任务，当用NVIC_ICPR清除对应位时，CPU恢复执行中断处理任务；写1有效，写0无效。5.3.4中断挂起清除寄存器NVIC_ICPR0/1在NVIC_ICPR[0]和NVIC_ICPR[1]寄存器的位写入1，则NVIC_ISPR[0]和NVIC_ISPR[1]的对应位被清除为0，从而取消中断挂起，恢复中断任务；写1有效，写0无效。5.3.5中断激活标志寄存器NVIC_IABR0/1NVIC_IABR[0]的0~31位对应0~31号中断，NVIC_IABR[1]的0~31位对应32~63号中断；NVIC_IABR[0]和NVIC_IABR[1]标记当前正在执行的中断，当中断执行完毕后，对应位由硬件自动清0；5.3.6中断优先级控制寄存器组NVIC_IPRx(x=0...14)NVIC_IPR[x](x=0...14)是一个32位寄存器，每一个寄存器分4个8位寄存器，每一个8位寄存器标记一个对应编号的可屏蔽中断的优先级，STM32F103系列单片机有60个可屏蔽中断；NVIC_IPR[0]按地址由低到高的顺序，内部4个字节依次对应0~3号可屏蔽中断的优先级，依次类推，NVIC_IPR[14]按地址由低到高的顺序，内部4个字节依次对应56~59号可屏蔽中断的优先级。5.4NVIC库函数NVIC寄存器结构，NVIC_TypeDeff，在文件“stm32f10x_map.h”中定义如下：typedefstruct{vu32Enable[2];u32RESERVED0[30];vu32Disable[2];u32RSERVED1[30];vu32Set[2];u32RESERVED2[30];vu32Clear[2];u32RESERVED3[30];vu32Active[2];u32RESERVED4[62];vu32Priority[11];}NVIC_TypeDef;/*NVICStructure*/typedefstruct{vu32CPUID;vu32IRQControlState;vu32ExceptionTableOffset;vu32AIRC;vu32SysCtrl;vu32ConfigCtrl;vu32SystemPriority[3];vu32SysHandlerCtrl;vu32ConfigFaultStatus;vu32HardFaultStatus;vu32DebugFaultStatus;vu32MemoryManageFaultAddr;vu32BusFaultAddr;}SCB_TypeDef;/*SystemControlBlockStructure*/主要NVIC库函数，如下：1函数NVIC_DeInit功能描述：将外设NVIC寄存器重设为缺省值例：NVIC_DeInit();2函数NVIC_SCBDeInit功能描述：将外设SCB寄存器重设为缺省值例：NVIC_SCBDeInit();3函数NVIC_PriorityGroupConfig功能描述：设置优先级分组：先占优先级和从优先级例：NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1);NVIC_PriorityGroup该参数设置优先级分组位长度NVIC_PriorityGroup描述NVIC_PriorityGroup_0先占优先级0位，从优先级4位NVIC_PriorityGroup_1先占优先级1位，从优先级3位NVIC_PriorityGroup_2先占优先级2位，从优先级2位NVIC_PriorityGroup_3先占优先级3位，从优先级1位NVIC_PriorityGroup_4先占优先级4位，从优先级0位4函数NVIC_Init功能描述：根据NVIC_InitStruct中指定的参数初始化外设NVIC寄存器NVIC_InitStruct：指向结构NVIC_InitTypeDef的指针，包含了外设GPIO的配置信息NVIC_InitTypeDefstructureNVIC_InitTypeDef定义于文件“stm32f10x_nvic.h”：typedefstruct{u8NVIC_IRQChannel;u8NVIC_IRQChannelPreemptionPriority;u8NVIC_IRQChannelSubPriority;FunctionalStateNVIC_IRQChannelCmd;}NVIC_InitTypeDef;NVIC_IRQChannel该参数用以使能或者失能指定的IRQ通道。NVIC_IRQChannel描述1WWDG_IRQChannel窗口看门狗中断23CAN_SCE_IRQChannel2PVD_IRQChannelPVD通过EXTI探测中断24EXTI9_5_IRQChannel3TAMPER_IRQChannel篡改中断25TIM1_BRK_IRQChannel4RTC_IRQChannelRTC全局中断26TIM1_UP_IRQChannel5Flash_IRQChannelFLASH全局中断27TIM1_TRG_COM_IRQChannel6RCC_IRQChannelRCC全局中断28TIM1_CC_IRQChannel7EXTI0_IRQChannel外部中断线0中断29TIM2_IRQChannel8EXTI1_IRQChannel外部中断线1中断30TIM3_IRQChannel9EXTI2_IRQChannel外部中断线2中断31TIM4_IRQChannel10EXTI3_IRQChannel外部中断线3中断32I2C1_EV_IRQChannel11EXTI4_IRQChannel外部中断线4中断33I2C1_ER_IRQChannel12DMA1_Channel1_IRQChannelDMA通道1中断34I2C2_EV_IRQChannel13DMA1_Channel2_IRQChannelDMA通道2中断35I2C2_ER_IRQChannel14DMA1_Channel3_IRQChannelDMA通道3中断36SPI1_IRQChannel15DMA1_Channel4_IRQChannelDMA通道4中断37SPI2_IRQChannel16DMA1_Channel5_IRQChannelDMA通道5中断38USART1_IRQChannel17DMA1_Channel6_IRQChannelDMA通道6中断39USART2_IRQChannel18DMA1_Channel7_IRQChannelDMA通道7中断40USART3_IRQChannel19ADC1_2_IRQChannelADC全局中断41EXTI15_10_IRQChannel20USB_HP_CANTX_IRQChannelUSB高优先级或者CAN发送中断42RTCAlarm_IRQChannel21USB_LP_CAN_RX0_IRQChannelUSB低优先级或者CAN接收0中断43USBWakeUp_IRQChannel22CAN_RX1_IRQChannelCAN接收1中断NVIC_IRQChannelPreemptionPriority该参数设置了成员NVIC_IRQChannel中的先占优先级NVIC_IRQChannelSubPriority该参数设置了成员NVIC_IRQChannel中的从优先级5函数NVIC_StructInit功能描述：把NVIC_InitStruct中的每一个参数按缺省值填入NVIC_InitStruct：指向结构NVIC_InitTypeDef的指针，待初始化，例：NVIC_InitTypeDefNVIC_InitStructure;NVIC_StructInit(&NVIC_InitStructure);NVIC_InitStruct缺省值NVIC_IRQChannel：0x0NVIC_IRQChannelPreemptionPriority：0NVIC_IRQChannelSubPriority：0NVIC_IRQChannelCmd：DISABLE6函数NVIC_SETPRIMASK功能描述：使能PRIMASK优先级：提升执行优先级至01).该函数由汇编语言书写。2).该函数只影响组优先级，不影响从优先级。3).在设置PRIMASK寄存器前，建议在从为了使能一个例外中另一个例外返回时，清除该寄存器例：NVIC_SETPRIMASK();7函数NVIC_RESETPRIMASK功能描述：失能PRIMASK优先级例：NVIC_RESETPRIMASK();8函数NVIC_SETFAULTMASK功能描述：使能FAULTMASK优先级：提升执行优先级至-11).该函数由汇编语言书写。2).该函数只影响组优先级，不影响从优先级。3).FAULTMASK只有在执行优先级值小于-1的情况下才能被设置，设置FAULTMASK将它的执行优先级提升到HardFAULT的级别。每当从除NMI之外的例外中返回，FAULTMASK会被自动清除。9函数NVIC_RESETFAULTMASK功能描述：失能FAULTMASK优先级1).该函数由汇编语言书写。例：NVIC_RESETPRIMASK();10函数NVIC_BASEPRICONFIG功能描述：改变执行优先级从N（最低可设置优先级）提升至11).该函数由汇编语言书写。2).该函数只影响组优先级，不影响从优先级。3).可以改变执行优先级，从N（最低可设置优先级）提升至1。将该寄存器清除至0不会影响当前的优先级，它的非零值起到优先级屏蔽的作用，执行后当BASEPRI定义的优先级高于当前优先级时，该操作将起作用。例：NVIC__BASEPRICONFIG(10);11函数NVIC_GetBASEPRI功能描述：返回BASEPRI屏蔽值，例：u32BASEPRI_Mask=0;BASEPRI_Mask=NVIC_GetBASEPRI();12函数NVIC_GetCurrentPendingIRQChannel功能描述：返回当前待处理IRQ标识符，例：u16CurrentPendingIRQChannel;CurrentPendingIRQChannel=NVIC_GetCurrentPendingIRQChannel();13函数NVIC_GetIRQChannelPendingBitStatus功能描述：检查指定的IRQ通道待处理位设置与否，例：ITStatusIRQChannelPendingBitStatus;IRQChannelPendingBitStatus=NVIC_GetIRQChannelPendingBitStatus(ADC_IRQChannel);14函数NVIC_SetIRQChannelPendingBit功能描述：设置指定的IRQ通道待处理位，例：NVIC_SetI