微机原理与嵌入式接口技术 第5章 中断技术

第5章 中断技术
对于 STM32 的外部中断来说， 当发生了选择的触发请 求时， 图 5.2 中的请求挂起寄存器（EXTI＿PR）对应位会 置 1， 完成对外部中断挂起功能。 还可以对软件中断事件 寄存器（EXTI＿SWIER）写 1， 设置 EXTI＿PR 中相应的 挂起位， 产生一个软的外部中断。 在中断服务程序中， 应 该通过对 EXTI＿PR 的对应位写 1， 清除中断源触发产生的 中断挂起位， 避免CUP 重复响应同一个中断请求。
5.2.1 中断源的分类 最初的中断技术是作为处理器与外设交换信息的一种控
制方式而提出的， 中断全部来自外设， 称为外部中断或硬 件中断。
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1. 硬中断 硬中断（外中断）是由外部电路在 CUP 引脚上产生的 中断请求。 根据 CUP 的不同， 这样的请求信号可以是电平 信号， 也可以是脉冲信号。 CUP 收到这样的信号， 就知道 有外部的中断请求到来， 准备开始一个新的中断过程。 连 接到 CUP 的硬中断源可以不止一个， 这取决于 CUP 有多 少个可以接受硬中断请求的引脚。
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5.1 中断系统概述
1. 中断的请求—响应工作机制 为保证快速响应各种随机事件， CUP 通常在每条指令 执行结束时， 都会查询是否有中断请求， 并根据相应的中 断请求编号调用预先编写好的中断服务子程序。 由于计算 机运行速度非常快， 在宏观上形成了“请求—响应”的中 断工作机制， 如图 5.1 所示。
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5.2.2 STM32 的中断源 CM3 内核共支持 256 个中断／ 异常源， 其中外部中断 最多 240 个。 系统异常是 CM3 内核支持的基本异常， 与 具体的芯片无关， 而外部中断则是与芯片相关的。 芯片厂 商会根据需要和用途设计中断源数目（1～240）， STM32 目前支持的中断共 84 个（16 个内部＋68 个外部）， 而同 样内核的NXP公司的 lPC1700 系列支持 35 个外部中断。 表 5.1 列出了 STM32的中断源， 表格最后有阴影的部分表示 的是外部中断。
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STM32 的中断功能主要由 NVIC完成， 图 5.2 是 STM32 的 EXTI（外部中断／ 事件）控制器框图， 在后续 内容中将对STM32 外部中断／ 事件控制器进行详细讲解。
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图 5.2 外部中断／ 事件控制器框图
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5.2 中断源及其管理
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2. 外部中断源的屏蔽 中断系统通过中断允许／ 屏蔽功能决定响应哪些中断 请求， 或不响应哪些请求。 一般来说， 中断允许／ 屏蔽功 能分多级实现。 如图 5.2 所示， EXTI 的中断屏蔽寄存器 （EXTI＿IMR）在每个 EXTI 的输入线上， 通过一个与门 来控制是否屏蔽某个具体的外部中断， 决定某个外部中断 是否能通过 EXTI 向 CM3 内核的 NVIC 发出中断请求。
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5.2.3 STM32 中断源的输入管理 1. 外部中断的请求与挂起 外部设备可以电平或脉冲方式发出中断请求。 电平触
发的中断在得到响应后， 还需要撤销外部设备请求电平， 这种方式下外部中断源的电路较复杂。 因而 STM32 不接收 电平触发信号。
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图 5.3 STM32 外部中断通用 Iຫໍສະໝຸດ BaiduO 映像
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在 STM32 中， 中断服务程序和中断通道相对应， 这 样连在同一个通道上的不同中断源都会调用相同的中断服务 程序， 必须在中断服务程序中查询中断源的状态， 明确具 体的中断来源， 以执行与该中断源对应的程序代码， 确保 服务与中断源的一一对应关系。
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作为一款应用于高实时场合的 MCU， STM32 的外部 中断（EXTI）资源是十分丰富的，它的每一个 GPIO 引脚 都可以设置成一个中断源， 这也是 STM32 的强大之处。 不过 80 个外部中断源似乎又太多了， 为此 STM32 引入了 中断线（中断通道）的概念。 如图 5.3 所示，STM32 的 80 个通用 I/O 端口中断源连接到 CM3 内核 16 个中断通道上。
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图 5.1 中断系统功能结构示意图
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2. 中断的管理 在“请求—响应”机制下， 必须对众多的中断来源实 施管理， 决定中断源是否有权请求以及有效的请求方式。 还要考虑到中断是用来处理各种随机事件， 那么这些事件 可能先后产生， 也可能同时产生， 另外事件的轻重缓急不 同， 而 CUP 在同一时间只能响应其中一个请求， 各中断来 源之间必然存在竞争关系， 要依靠优先级管理来协调好这 种竞争关系， 这是中断系统需要解决的核心问题之一。 最 后， 必须为“请求”寻找到正确的服务程序地址，使其能 得到正确的“响应”。
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5.1 中断系统概述 5.2 中断源及其管理 5.3 中断优先级 5.4 中断服务程序与中断向量表 5.5 中断的处理过程 5.6 中断延迟及其改善 5.7 STM32中断应用 组习题5
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本章要点 ☆ 中断的基本概念 ☆ 中断的处理过程 ☆ 嵌套向量中断控制器（NVIC）的功能 ☆ 中断嵌套、 咬尾中断、 晚到异常
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2. 软中断 软中断不是由外部电路产生的， 是在 CUP 执行程序过 程中产生的中断请求。 软中断可以由一条软中断指令产生， 也可以是程序运行出现某种问题而导致的， 由于来自 CUP 内部， 也称为内部中断或内部异常。
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外部中断和内部中断的区别在于， 外部中断请求信号 来自 CM3 内核的外面， 来自各种片上外设和外扩的外设， 产生时刻与 CM3 的工作时钟是异步的， 在 CM3 中它们被 称为“中断”； 而内部中断则是因 CM3 内核的活动产生的， 即在执行指令或访问存储器时产生的，因此对 CM3 来说是 同步的， 在 CM3 中它们被称为“异常”。 在 STM32 中， 把所有能打断正常执行流的事件都称为异常， 不细致地区 别到底是外部中断还是内部异常。 如不加说明， 则强调的 都是它们对主程序所体现出来的中断性质。