STM32：EXTI—外部中断的初始化

1、中断

1.2 中断系统

• 中断：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。
• 中断优先级：当有多个中断源同时申请中断时，CPU会根据中断源的轻重缓急进行裁决，优先响应更加紧急的中断源。
• 中断嵌套：当一个中断程序正在运行时，又有新的更高优先级的中断源申请中断，CPU再次暂停当前中断程序，转而去处理新的中断程序，处理完成后依次进行返回。

1.3 中断执行流程

在主程序中，当他执行到某个地方时，这时无论主程序在干什么事情，只要满足了外设的中断条件，主程序都立即暂停，程序由硬件电路自动跳转到中断程序中。当中断程序执行完后，程序在返回被暂停的地方继续运行。

右边就是中断嵌套的执行流程，当其中一个中断正在执行时，又有新的优先级更高的中断来，那么就会再次打断中断，然后执行新的中断；新的中断结束，再继续原来的中断，原来的中断结束，再继续主程序，这就是中断嵌套。

带有中断的C语言程序如下：

2、STM32中断

• 68个可屏蔽中断通道，包含EXTI、TIM、ADC、 USART、SPI、I2C、 RTC等多个外设。
• 使用NVIC统一管理中断，每个中断通道都拥有16个可编程的优先等级，可对优先级进行分组，进一步设置抢占优先级和响应优先级。

2.2EXTI（外部中断）

EXTI可以监测指定GPIO口的电平信号，当其指定的GPIO口产生电平变化时，EXTI将立即向NVIC发出中断申请，经过NVIC裁决后即可中断CPU主程序，使CPU执行EXTI对应的中断程序。

• 支持的触发方式：上升沿/下降沿/双边沿/软件触发
• 支持的GPIO口：所有GPIO口，但相同的Pin不能同时触发中断（意思是PA0和PB0不能同时使用，或者PA1、PB1、PC1等这样的）。
• 通道数：16个GPIO_Pin，外加PVD输出、RTC闹钟、USB唤醒、以太网唤醒。
• 触发响应方式：中断响应/事件响应。

2.3 EXTI 的基本结构

外部中断的整体结构图如下所示：

最左边是GPIO口的外设，比如GPIOA、GPIOB、GPIOC等等，每个GPIO外设有16个引脚，所以进来16根线。

EXTI模块只有16个GPIO的通道，但每个GPIO外设都有16个引脚，如果每个引脚都占用一个通道，那么EXTI的通道就不够用了，因此在这里就会有一个AFIO中断引脚选择的电路模块。

这个AFIO就是一个数据选择器，他可以在前面的3个GPIO外设的16个引脚中选择其中一个连接到后面EXTI的通道里，所以印证了前面我们所说的相同的Pin不能同时出发中断。

然后通过AFIO选择之后的16个通道，就接到了EXTI边沿检测及控制电路上，同时下面还接入了4个外设；这些加起来就组成了EXTI的20个输入信号。

然后经过EXTI电路之后，分为了两种输出。上面部分接NVIC，用来触发中断；下面部分有20条输出线路接到了其他外设，用来触发其他外设中断，也就是事件响应。

2.4 AFIO复用IO口

• AFIO主要用于引脚复用功能的选择和重定义。
• 在STM32中，AFIO主要完成两个任务:复用功能引脚重映射、中断引脚选择。

3、NVIC基本结构

在STM32系统中，NVIC是用来统一分配中断优先级和管理中断的。NVIC是一个内核外设，是CPU的助手；他有很多输入口，中断线路都可以接过去；线上画了斜杠，上面写了n，意思是一个外设可能同时占用多个通道，因此这里有n条线。

NVIC只有一个出口，NVIC根据每个中断的优先级分配中断的先后顺序，之后通过右边的输出口告诉CPU应该处理哪个中断。

3.2 NVIC优先级分组

为了处理不同形式的优先级，STM32的NVIC可以对优先级进行分组，分为抢占优先级和响应优先级。

• NVIC的中断优先级由优先级寄存器的4位(0~15)决定（值越小，优先级越高），这4位可以进行切分，分为高n位的抢占优先级和低4-n位的响应优先级。
• 抢占优先级高的可以中断嵌套，响应优先级高的可以优先排队，抢占优先级和响应优先级均相同的按中断号排队。

4、配置EXTI

4.2 AFIO 库函数

对于AFIO，ST公司并没有给他分配专门的库函数文件，他的库函数与GPIO在一个文件内。其中红色部分就是与AFIO有关的库函数。

1.GPIO_AFIODeInit，这个函数是用来复位AFIO外设的，调用一下这个函数，AFIO的配置就会全部清零。

2.GPIO_PinLockConfig，用来锁定GPIO配置，调用这个函数，参数指定某个引脚，那这个引脚就会被锁定，防止意外更改。

3.GPIO_EventOutputConfig，这个函数用来配置AFIO的事件输出功能的。

4.GPIO_EventOutputCmd，也是用来配置AFIO的事件输出功能。

5.GPIO_PinRemapConfig，用来进行引脚重映射，第一个参数选择要重映射的方式，第二个参数是新的状态。

6.GPIO_EXTILineConfig，调用这个函数，就可以配置AFIO的数据选择器，来选择想要的中断引脚。

7.GPIO_ETH_MediaInterfaceConfig，和以太网有关的函数。

4.3 EXTI 库函数

1.EXTI_DeInit，调用他，可以把EXTI的配置都清除，恢复成上电默认状态。

2.EXTI_Init，根据结构体里面的参数配置EXTI外设，初始化EXTI。

3.EXTI_StructInit，可以把参数的结构体变量赋一个默认值。

4.EXTI_GenerateSWInterrupt，软件出发外部中断，调用这个函数，参数给一个指定的中断线，就能软件出发一次外部中断。

5.FlagStatus EXTI_GetFlagStatus，可以获取指定的标志位是否被置1。

6.EXTI_ClearFlag，可以对置1的标志位进行清除。

7.ITStatus EXTI_GetITStatus，获取中断标志位是否被置1。

8.EXTI_ClearITPendingBit，清除中断挂起标志位。

其中第5、6个函数和第7、8个函数的区别是：第5、6个函数是用在主程序中查看和清除标志位的；而第7、8个函数是在中断函数里查看和清除标志位的。

4.4 NVIC 库函数

1.NVIC_PriorityGroupConfig，用来中断分组，参数是中断分组的方式。

2.NVIC_Init，根据结构体里面指定的参数初始化NVIC。

3.NVIC_SetVectorTable，设置中断向量表。

4.NVIC_SystemLPConfig，系统低功耗配置。

4.5 配置EXTI的步骤

上面是外部中断的整体结构图，我们把图中的每个模块都打通，就能实现中断了，分为如下5个步骤：

1、配置RCC，把要涉及的外设的时钟都打开（不打开时钟，外设是无法工作的）；

2、配置GPIO，选择我们的端口为输入模式；

3、配置AFIO，选择我们的这一路GPIO，连接到后面的EXIT；

4、配置EXIT，选择边沿触发方式，比如上升沿，下降沿或者双边沿，以及选择触发响应方式，可以选择中断响应和事件响应（一般是中断响应）；

5、配置NVIC，给我们这个中断选择一个合适的优先级。

6、通过NVIC，外部中断信号就能进入CPU了，这样CPU才能收到中断信号，才能跳转到中断函数里执行中断程序。

需要注意的是：注意，NVIC不需要手动开启时钟，因为NVIC属于内核中的外设，内核中的外设是不需要手动开启时钟的。

4.6 初始化EXTI

例如我们需要对一个对射式红外传感器进行计次，先将传感器的功能封装在一个模块里，对这个传感器的初始化配置如下：

#include "stm32f10x.h"  // Device header

void CountSensor_Init(void)
{
//1.配置RCC
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);  //开启GPIOB的时钟
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);  //开启AFIO的时钟
	//RCC管的是内核外的外设
	//AFIO也是APB2外设总线上的
	//EXTI和NVIC两个外设时钟是一直都打开的，不需要我们再开启时钟
	//NVIC是内核的外设，内核的外设不需要开启时钟

//2.配置GPIO
	GPIO_InitTypeDef GPIO_Initstructure;
	GPIO_Initstructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IPD;//选择模式
	GPIO_Initstructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_14;//选择引脚
	GPIO_Initstructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_Initstructure);//调用函数，初始化GPIOB外设

//3.配置AFIO	
	GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOB,GPIO_PinSource14);  //配置AFIO外部中断引脚
	//当执行完这个函数后，AFIO的第14个引脚数据选择器就拨好了
	//输入端被拨到了GPIO外设上，对应的就是PB14号引脚；输出端固定连接的是EXTI的第14个中断线路。
	//这样PB14号引脚的电平信号就可以顺利通过AFIO，进入后面的EXTI电路了

//4.配置EXTI
	EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStructure;
	EXTI_InitStructure.EXTI_Line=EXTI_Line14;//指定要配置的中断线
	EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd=ENABLE;//指定选择的中断线的新状态
	EXTI_InitStructure.EXTI_Mode=EXTI_Mode_Interrupt;//指定外部中断线模式
	EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger=EXTI_Trigger_Falling;//指定触发信号的有效边沿方式
	EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);
	
//5.配置NVIC
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);//配置优先级分组：先占优先级和从占优先级
	
//6.调用NVIC_Init函数
	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel=EXTI15_10_IRQn;//指定中断通道来开启或关闭
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=1;//指定抢占优先级
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority=1;//指定响应优先级
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
	
}

外部中断的信号从GPIO到AFIO，再到EXTI，再到NVIC，最终通向CPU，这样才能让CPU由主程序跳转到中断程序执行。