中断的理解与代码实现

RobotMu
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什么是中断

中断定义

中断是指在主程序运行过程中，出现了特定的中断触发条件（中断源），使得 CPU 暂停当前正在运行的程序，转而去处理中断程序，处理完成后又返回原来被暂停的位置继续运行。

具象理解

中断和生活中的中断差不多，比如我们正在闲适地看书呢（主程序），突然导师发来一条消息（中断源），说论文写怎么样了，这时候就不得不放下书本夹好书签，赶紧转去写论文（处理中断）好跟老师交差，然后再重新享受读书时光（返回主程序继续执行）。

中断系统的好处是效率更高，只有出现中断触发条件，才会去执行中断。

还是上面的例子，你的计划是在导师催促写论文之前看会书，没有中断机制的系统 belike：

只能边看书边捧着手机打开聊天框，盯着老师的头像反复查看有没有消息过来（轮询）

但是有中断就不一样啦，只管看书就行，收到导师消息再处理就可以啦。

中断优先级

中断也是有优先级的，好比看书的时候同时来了两件事，一边是导师的Push信息，一边是好哥们的海克斯大乱斗邀请，你选哪个先处理？在这个例子中前者的优先级明显更高，所以会优先处理。这就是优先的概念。

抢占 / 响应优先级

优先级分为两种：抢占优先级和响应优先级，抢占可以理解成能不能插队，响应则是怎么排队。两种优先级都遵循数字越小，优先级越高的规律，且抢占优先级高于响应优先级，或者说先比较抢占再比较响应。

在CPU的世界里没有先来后到，完全按轻重缓急来决定执行顺序。

这里我们以医院叫号的例子来理解，每一位来医院就诊的病人在系统中都有两种信息，第一条信息表示患者是急诊还是常规就诊（抢占优先级），第二条信息表示患者的具体病情（响应优先级）。

诊室里有位病人正在就诊中，走的常规就诊通道，但这时候突然送来了一位急诊患者，情况更加紧急，就会打断当前患者的就诊过程优先治疗；当多名患者都是急诊或常规就诊时，具体的就诊顺序就由第二条信息决定，比如一位患者感冒一位患者骨折，则骨折患者优先叫号。但是如果感冒患者已经在就诊中，骨折患者是没法插队的。

中断嵌套

还有一种现象叫中断嵌套，中断嵌套就是你正看书呢，然后收到了好哥们的大乱斗邀请，转到玩游戏中去了，打着打着收到了老师的消息 ...

image.png

EXTI 外部中断学习笔记

EXTI 简介

image.png

  • 第三点：上升沿指低电平变为高电平触发中断（下降沿相反）；双边沿指只要电平发生变化，就触发中断；软件触发是指CPU主动让EXTI假装被触发了一次，然后完整地走一遍正常触发中断的流程，区别如下：

    正常流程：电平变化 --- 触发中断 --- 执行中断程序

    软件触发：代码设置 --- 触发中断 --- 执行中断程序

  • 第四点：相同的Pin不能同时触发中断是由内部硬件结构决定的，STM32里只有16条EXTI线，不是PA0一条，PB0一条，而是所有的x0引脚共用EXTI0。就像只有一个插座，但是有多个插头都可以插。

  • 第六点：当中断条件触发时，既可以选择触发中断，也可以选择触发一个事件，此时外部中断的信号不会通向CPU，而是通向其他外设，用来触发其他外设的操作。

    这里的事件是什么还没搞清楚，只知道不是我们想的自己编写的函数

STM32之编写中断函数

image-20260202194433449.png

在编写中断函数时，借助内部的结构图可以更好地理清思绪，逻辑上就是搭建一个完整的从GPIO外设到NVIC的链路。

具体步骤

  1. 配置RCC，把我们这里涉及的外设的时钟都打开；
  2. 配置GPIO，选择我们的端口为输入模式；
  3. 配置AFIO，选择我们用的这一路GPIO，连接到后面的EXTI；
  4. 配置EXTI，选择边沿触发方式，比如上升沿，下降沿或者双边沿；还有选择触发相应方式，可以选择中断响应（一般都是这个） 和事件响应；
  5. 配置NVIC，给我们这个中断选择一个合适的优先级；

最后通过NVIC，外部中断信号就能进入CPU了；

通过对射式红外传感器计次的具体代码实现可以看得更清楚：

#include "stm32f10x.h"                  // Device header

uint16_t CountSensor_Count;

void CountSensor_Init(void)
{
	// 1、配置RCC，把我们这里涉及的外设的时钟都打开（GPIO AFIO EXTI NVIC)
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);
	// EXTI和NVIC两个外设的时钟是一直开着的，不需要设置
	
    // 2、配置GPIO，和前面一样
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
	GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
	GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_14;
	GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);
	
    // 3、配置AFIO，选择我们用的这一路GPIO，连接到后面的EXTI
	GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOB, GPIO_PinSource14);
	
    // 4、配置EXTI，选择边沿触发方式，选择触发响应方式等
	EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStruct;
	EXTI_InitStruct.EXTI_Line = EXTI_Line14; 				//	EXTI14号线 
	EXTI_InitStruct.EXTI_LineCmd = ENABLE; 					// 	开启中断
	EXTI_InitStruct.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt; 		// 	响应方式为中断响应
	EXTI_InitStruct.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Falling; 	// 	下降沿
	EXTI_Init(&EXTI_InitStruct);
	
    // 5、配置NVIC，给我们这个中断选择一个合适的优先级
	
	// 在配置中断之前，先指定一下中断的分组，这里选了2位抢占2位响应
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
	
	NVIC_InitTypeDef  NVIC_InitStruct;
	NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannel = EXTI15_10_IRQn; // 因为我们设置的EXTI14
	NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
	NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1; // 抢占优先级
	NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1; // 响应优先级
	NVIC_Init(&NVIC_InitStruct);
	
}

uint16_t CountSensor_Get(void)
{
	return CountSensor_Count;
}


// 中断函数的名字都是固定，建议直接从启动文件（Start第一个）复制
void EXTI15_10_IRQHandler(void)
{
	if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line14) == SET) // 判断标志位
	{
		CountSensor_Count++;
		EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line14); // 清除标志位
	}
}

代码小记

  • 和使用GPIO外设是一样的流程，都是打开时钟然后初始化，而EXTI和NVIC的时钟本来就是开着的，所以没有打开时钟这一步；

  • 初始化都是同样的套路，甚至名字形式上也是统一的，除了AFIO的配置外，另外NVIC初始化之前需要指定优先级的分组类型。其套路如下：

// 根据要配置的外设来定义结构体变量
Which__InitTypeDef  Which_InitStruct;

// 用.的方式访问结构体数据（这里会自动弹出，不用死记）
Which_InitStruct.Which = ... ;
...
Which_InitStruct.Which = ... ;

// 对结构体变量取值作为参数传入Init函数（这里的参数根据自动弹出的提示来填就行，有时候不止一个，比如GPIO）
Which_Init(&Which_InitStruct);

  • 配置完各个外设之后就是写中断函数，需要注意中断函数的头是固定的（两个void），对应的函数名也是固定的，需要根据我们使用的EXTI线路来对应选择，比如我们使用了EXTI14号线，对应的就是EXTI15_10_IRQHandler;

  • 和标志位有关的四个函数

FlagStatus EXTI_GetFlagStatus(uint32_t EXTI_Line);
void EXTI_ClearFlag(uint32_t EXTI_Line);
ITStatus EXTI_GetITStatus(uint32_t EXTI_Line);
void EXTI_ClearITPendingBit(uint32_t EXTI_Line);

EXTI线触发之后（Flag标志位），会分成两条路径走，一种是事件，一种是中断；

前两个函数处理的标志位是用于说明某条EXTI线是否被触发过，后两个函数处理的标志位是用于说明某条EXTI线是否被配置为中断，并且真的走了中断这条路；

经验法则：在中断函数中推荐用后两个函数。

  • 关于中断函数
void EXTI15_10_IRQHandler(void)
{
    if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line14) == SET) // 判断标志位
    {
        CountSensor_Count++;
        EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line14); // 清除标志位
    }
}

为什么这里要判断一下中断标志位呢？因为EXTI 10 ~ 15号线，共用同一个中断入口，我们需要判断是不是14号线触发的，然后执行相应的逻辑，再清除对应的标志位（不清除就卡死在中断里了！！）。

其内部活动类似下面：

CPU：我被叫进 EXTI15_10 中断了

CPU：先看看是不是 14 号线在叫我

如果是：执行和 14 号线相关的逻辑 + 把 14 号线的小红灯关掉

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