NVIC中断优先级管理（中断向量表）

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STMCU 发布时间：2020-9-14 12:57

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Cortex-M3内核支持256个中断，其中包含了16个内核中断（异常）和240个外部中断，并且具有256级的可编程中断设置。但是，STM32并没有使用CM3内核的全部东西，而是只用了它的一部分。STM32有84个中断，包括16个内核中断（异常）和68个可屏蔽中断，具有16级可编程的中断优先级。而STM32F103系列上面，16个内核中断（异常）不变，而可屏蔽中断只有60个（在107系列才有68个）。

注意一下：CM3的外部中断和STM32的外部中断不是一个概念。CM3：除了内核异常之外的都是外部中断；STM32：外部中断EXTI只有6个

其实，内核中断也叫内核异常。

中断是指系统停止当前正在运行的程序转而其他服务，可能是程序接收了比自身高优先级的请求，或者是人为设置中断，中断是属于正常现象。
异常是指由于cpu本身故障、程序故障或者请求服务等引起的错误，异常属于不正常现象。

因此，下面就直接介绍一下STM32F103系列的16个内核中断（异常）、60个中断：

在中断向量表中从优先级7-66（中断号从0-59）代表着STM32F103的60个中断。优先级号越小，优先级越高。当表中的某处异常或中断被触发，程序计数器指针（PC）将跳转到该异常或中断的地址处执行，该地址处存放这一条跳转指令，跳转到该异常或中断的服务函数处执行相应的功能。因此，异常和中断向量表只能用汇编语言编写。

在MDK中，有标准的异常和中断向量表文件可以使用（startup_stm32f10x_hd.s），在其中标明了中断处理函数的名称，不能随意定义。而中断通道NVIC_IRQChannel（即IRQn_Type类型）是在stm32f10x.h文件中进行了宏定义。

什么是NVIC？即嵌套向量中断控制器(Nested Vectored Interrupt Controller)。CM3的中有一个强大而方便的NVIC，它是属于Cortex内核的器件，中断向量表中60个中断都由它来处理。NVIC是Cortex-M3核心的一部分，关于它的资料不在《STM32的技术参考手册》中，应查阅ARM公司的《Cortex-M3技术参考手册》。Cortex-M3的向量中断统一由NVIC管理。

NVIC的核心功能是中断优先级分组、中断优先级的配置、读中断请求标志、清除中断请求标志、使能中断、清除中断等，它控制着STM32中断向量表中中断号为0-59的60个中断！！外部中断信号从核外发出，信号最终要传递到NVIC(嵌套向量中断控制器)。NVIC跟内核紧密耦合，它控制着整个芯片中断的相关功能。

STM32中断优先级分组中断优先级分组寄存器

这60个中断，怎么管理呢？这就涉及到STM32的中断分组。STM32可以将中断分成5个组，分别为组0-4；同时，对每个中断设置一个抢占优先级和响应优先级。分组配置是由SCB->AIRCR寄存器的bit10-8来定义的。SCB->AIRCR是在哪里的呢？由于这是CM3内核定义的，在文档《Cortex-M3权威指南(中文)》中能查找到。

具体的分配关系如下所示：

AIRCR中断分组设置表

其中AIRCR寄存器来确定是用哪种分组，IP寄存器是相对应于那种分组抢占优先级和响应优先级的分配比例。例如组设置成3，那么此时所有的60个中断优先寄存器高4位中的最高3位是抢占优先级，低1位为响应优先级。CM3中定义了8个Bit用于设置中断源的优先级，而STM32只选用其中的4个Bit。

抢占优先级的级别高于响应优先级，而数值越小所代表的的优先级越高。

介绍一下抢占优先级、响应优先级的区别：

高优先级的抢占优先级是可以打断正在进行的低抢占优先级中断的；
抢占优先级相同的中断，高响应优先级不可以打断低响应优先级的中断；
抢占优先级相同的中断，当两个中断同时发生的情况下，哪个响应优先级高，哪个先执行；
如果两个中断的抢占优先级和响应优先级都是一样的话，则看哪个中断先发生就先执行；

除此之外有两点需要注意：

打断的情况只会与抢占优先级有关，和响应优先级无关！
一般情况下，系统代码执行过程中，只设置一次中断优先级分组，比如分组2，设置好分组之后一般不会再改变分组。随意改变分组会导致中断管理混乱，程序出现意想不到的执行结果。

中断优先级分组库函数

CM3核的优先级分组方式，使用的设置函数NVIC_SetPriorityGrouping()。

接下来介绍STM32的中断优先级分组函数NVIC_PriorityGroupConfig()，用来进行中断分组设置的，此函数是在固件库下misc.c文件中（文件目录是：

STM32F10x_StdPeriph_Lib_V3.5.0\Libraries\STM32F10x_StdPeriph_Driver\src\misc.c）：

void NVIC_PriorityGroupConfig(uint32_t NVIC_PriorityGroup)
{
/* Check the parameters */
assert_param(IS_NVIC_PRIORITY_GROUP(NVIC_PriorityGroup));
/* Set the PRIGROUP[10:8] bits according to NVIC_PriorityGroup value */
SCB->AIRCR = AIRCR_VECTKEY_MASK | NVIC_PriorityGroup;
}

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函数的参数的取值，是在同文件中进行宏定义的：

#define NVIC_PriorityGroup_0 ((uint32_t)0x700) /*!< 0 bits for pre-emption priority
4 bits for subpriority */
#define NVIC_PriorityGroup_1 ((uint32_t)0x600) /*!< 1 bits for pre-emption priority
3 bits for subpriority */
#define NVIC_PriorityGroup_2 ((uint32_t)0x500) /*!< 2 bits for pre-emption priority
2 bits for subpriority */
#define NVIC_PriorityGroup_3 ((uint32_t)0x400) /*!< 3 bits for pre-emption priority
1 bits for subpriority */
#define NVIC_PriorityGroup_4 ((uint32_t)0x300) /*!< 4 bits for pre-emption priority
0 bits for subpriority */

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STM32中断优先级管理

中断优先级设置寄存器

分组设置好了之后，怎么设置单个中断的抢占优先级和响应优先级？

MDK为与NVIC相关的寄存器定义了如下的结构体，控制着中断向量表中60个中断（由于与中断内核有关，定义在core_cm3.h文件中）：

typedef struct
{
__IO uint32_t ISER[8]; /*!< Offset: 0x000 Interrupt Set Enable Register */
uint32_t RESERVED0[24];
__IO uint32_t ICER[8]; /*!< Offset: 0x080 Interrupt Clear Enable Register */
uint32_t RSERVED1[24];
__IO uint32_t ISPR[8]; /*!< Offset: 0x100 Interrupt Set Pending Register */
uint32_t RESERVED2[24];
__IO uint32_t ICPR[8]; /*!< Offset: 0x180 Interrupt Clear Pending Register */
uint32_t RESERVED3[24];
__IO uint32_t IABR[8]; /*!< Offset: 0x200 Interrupt Active bit Register */
uint32_t RESERVED4[56];
__IO uint8_t IP[240]; /*!< Offset: 0x300 Interrupt Priority Register (8Bit wide) */
uint32_t RESERVED5[644];
__O uint32_t STIR; /*!< Offset: 0xE00 Software Trigger Interrupt Register */
} NVIC_Type;

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我们依次介绍一下这些寄存器：

先介绍几个寄存器组长度为8，这些寄存器是32位寄存器。由于STM32只有60个可屏蔽中断，8个32位寄存器中只需要2个就有64位了，每1位控制一个中断。

ISER[8]（Interrupt Set-Enable Registers）：中断使能寄存器。其中只使用到了ISER[0]和ISER[1]，ISER[0]的bit0~bit31分别对应中断0~31。ISER[1]的bit0~27对应中断32~59。要使能某个中断，就必须设置相应的ISER位为1，使该中断被使能（这仅仅是使能，还要配合中断分组、屏蔽、I/O口映射等设置才算完整）。具体每一位对应哪个中断参考stm32f103x.h里面第140行。
ICER[8]（Interrupt Clear-Enable Registers）：中断移除寄存器。该寄存器的作用于ISER相反。这里专门设置一个ICER来清除中断位，而不是向ISER位写0，是因为NVIC的寄存器写1有效，写0无效。
ISPR[8]（Interrupt Set-Pending Registers）：中断挂起控制寄存器。通过置1可以将正在进行的中断挂起，执行同级或者更高级别的中断。写0无效。
ICPR[8]（Interrupt Clear-Pending Registers）：中断解挂控制寄存器。通过置1可以将正在挂起的中断解挂。写0无效。
IABR[8]（Interrupt Active-Bit Registers）：中断激活标志位寄存器。这是一个只读寄存器，可以知道当前在执行的中断是哪一个（为1），在中断执行完后硬件自动清零。

最后，介绍一个寄存器组长度为240，这个寄存器为8位寄存器。240个8位寄存器，每个中断使用一个寄存器来确定优先级。由于CM3由240个外部中断，所以这个寄存器组的数目就是240（注意与上面寄存器的区别，一个是一个寄存器控制一个，一个是一位控制一个）。

IP[240]（Interrupt Priority Registers）：中断优先级控制的寄存器。这是用来控制每个中断的优先级。由于STM32F10x系列一共60个可屏蔽中断，故使用IP[59]~IP[0]。其中每个IP寄存器的高4位[7:4]用来设置抢占和响应优先级（根据分组），低4位没有用到。而两个优先级各占几个位又要由上面讲到的中断优先级分组决定。

中断优先级设置库函数

接下来介绍如何使用库函数实现中断优先级管理，这里使用NVIC_Init()函数来进行对每个中断优先级的设置（misc.c文件中）

void NVIC_Init(NVIC_InitTypeDef* NVIC_InitStruct)
{
uint32_t tmppriority = 0x00, tmppre = 0x00, tmpsub = 0x0F;
/* Check the parameters */
assert_param(IS_FUNCTIONAL_STATE(NVIC_InitStruct->NVIC_IRQChannelCmd));
assert_param(IS_NVIC_PREEMPTION_PRIORITY(NVIC_InitStruct->NVIC_IRQChannelPreemptionPriority));
assert_param(IS_NVIC_SUB_PRIORITY(NVIC_InitStruct->NVIC_IRQChannelSubPriority));
if (NVIC_InitStruct->NVIC_IRQChannelCmd != DISABLE)
{
/* Compute the Corresponding IRQ Priority --------------------------------*/
tmppriority = (0x700 - ((SCB->AIRCR) & (uint32_t)0x700))>> 0x08;
tmppre = (0x4 - tmppriority);
tmpsub = tmpsub >> tmppriority;
tmppriority = (uint32_t)NVIC_InitStruct->NVIC_IRQChannelPreemptionPriority << tmppre;
tmppriority |= NVIC_InitStruct->NVIC_IRQChannelSubPriority & tmpsub;
tmppriority = tmppriority << 0x04;
NVIC->IP[NVIC_InitStruct->NVIC_IRQChannel] = tmppriority;
/* Enable the Selected IRQ Channels --------------------------------------*/
NVIC->ISER[NVIC_InitStruct->NVIC_IRQChannel >> 0x05] =
(uint32_t)0x01 << (NVIC_InitStruct->NVIC_IRQChannel & (uint8_t)0x1F);
}
else
{
/* Disable the Selected IRQ Channels -------------------------------------*/
NVIC->ICER[NVIC_InitStruct->NVIC_IRQChannel >> 0x05] =
(uint32_t)0x01 << (NVIC_InitStruct->NVIC_IRQChannel & (uint8_t)0x1F);
}
}

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其中，NVIC_InitTypeDef为一个结构体，它的成员变量为：

typedef struct
{
uint8_t NVIC_IRQChannel; /*!< Specifies the IRQ channel to be enabled or disabled.
This parameter can be a value of @ref IRQn_Type
(For the complete STM32 Devices IRQ Channels list, please
refer to stm32f10x.h file) */
uint8_t NVIC_IRQChannelPreemptionPriority; /*!< Specifies the pre-emption priority for the IRQ channel
specified in NVIC_IRQChannel. This parameter can be a value
between 0 and 15 as described in the table @ref NVIC_Priority_Table */
uint8_t NVIC_IRQChannelSubPriority; /*!< Specifies the subpriority level for the IRQ channel specified
in NVIC_IRQChannel. This parameter can be a value
between 0 and 15 as described in the table @ref NVIC_Priority_Table */
FunctionalState NVIC_IRQChannelCmd; /*!< Specifies whether the IRQ channel defined in NVIC_IRQChannel
will be enabled or disabled.
This parameter can be set either to ENABLE or DISABLE */
} NVIC_InitTypeDef;