STM32中斷向量嵌套NVIC理解

STM32(Cortex-M3)中的優(yōu)先級概念
STM32(Cortex-M3)中有兩個(gè)優(yōu)先級的概念——搶占式優(yōu)先級和響應優(yōu)先級，有人把響應優(yōu)先級稱(chēng)作亞優(yōu)先級或副優(yōu)先級，每個(gè)中斷源都需要被指定這兩種優(yōu)先級。

具有高搶占式優(yōu)先級的中斷可以在具有低搶占式優(yōu)先級的中斷處理過(guò)程中被響應，即中斷嵌套，或者說(shuō)高搶占式優(yōu)先級的中斷可以嵌套低搶占式優(yōu)先級的中斷。

當兩個(gè)中斷源的搶占式優(yōu)先級相同時(shí)，這兩個(gè)中斷將沒(méi)有嵌套關(guān)系，當一個(gè)中斷到來(lái)后，如果正在處理另一個(gè)中斷，這個(gè)后到來(lái)的中斷就要等到前一個(gè)中斷處理完之后才能被處理。如果這兩個(gè)中斷同時(shí)到達，則中斷控制器根據他們的響應優(yōu)先級高低來(lái)決定先處理哪一個(gè)；如果他們的搶占式優(yōu)先級和響應優(yōu)先級都相等，則根據他們在中斷表中的排位順序決定先處理哪一個(gè)。

既然每個(gè)中斷源都需要被指定這兩種優(yōu)先級，就需要有相應的寄存器位記錄每個(gè)中斷的優(yōu)先級；在Cortex-M3中定義了8個(gè)比特位用于設置中斷源的優(yōu)先級，這8個(gè)比特位可以有8種分配方式，如下：

所有8位用于指定響應優(yōu)先級
最高1位用于指定搶占式優(yōu)先級，最低7位用于指定響應優(yōu)先級
最高2位用于指定搶占式優(yōu)先級，最低6位用于指定響應優(yōu)先級
最高3位用于指定搶占式優(yōu)先級，最低5位用于指定響應優(yōu)先級
最高4位用于指定搶占式優(yōu)先級，最低4位用于指定響應優(yōu)先級
最高5位用于指定搶占式優(yōu)先級，最低3位用于指定響應優(yōu)先級
最高6位用于指定搶占式優(yōu)先級，最低2位用于指定響應優(yōu)先級
最高7位用于指定搶占式優(yōu)先級，最低1位用于指定響應優(yōu)先級

這就是優(yōu)先級分組的概念。

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Cortex-M3允許具有較少中斷源時(shí)使用較少的寄存器位指定中斷源的優(yōu)先級，因此STM32把指定中斷優(yōu)先級的寄存器位減少到4位，這4個(gè)寄存器位的分組方式如下：

第0組：所有4位用于指定響應優(yōu)先級
第1組：最高1位用于指定搶占式優(yōu)先級，最低3位用于指定響應優(yōu)先級
第2組：最高2位用于指定搶占式優(yōu)先級，最低2位用于指定響應優(yōu)先級
第3組：最高3位用于指定搶占式優(yōu)先級，最低1位用于指定響應優(yōu)先級
第4組：所有4位用于指定搶占式優(yōu)先級

可以通過(guò)調用STM32的固件庫中的函數NVIC_PriorityGroupConfig()選擇使用哪種優(yōu)先級分組方式，這個(gè)函數的參數有下列5種：

NVIC_PriorityGroup_0 => 選擇第0組
NVIC_PriorityGroup_1 => 選擇第1組
NVIC_PriorityGroup_2 => 選擇第2組
NVIC_PriorityGroup_3 => 選擇第3組
NVIC_PriorityGroup_4 => 選擇第4組

接下來(lái)就是指定中斷源的優(yōu)先級，下面以一個(gè)簡(jiǎn)單的例子說(shuō)明如何指定中斷源的搶占式優(yōu)先級和響應優(yōu)先級：

// 選擇使用優(yōu)先級分組第1組
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1);
中斷設置：時(shí)能中斷->優(yōu)先級分組方式（對應的每個(gè)中斷都有）->設定搶占式優(yōu)先級別->設定響應優(yōu)先級別->調用NVIC_Init(&xx)
// 使能EXTI0中斷
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI0_IRQChannel;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1; // 指定搶占式優(yōu)先級別1

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0; // 指定響應優(yōu)先級別0
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

// 使能EXTI9_5中斷
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI9_5_IRQChannel;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0; // 指定搶占式優(yōu)先級別0
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1; // 指定響應優(yōu)先級別1
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

要注意的幾點(diǎn)是：

1）如果指定的搶占式優(yōu)先級別或響應優(yōu)先級別超出了選定的優(yōu)先級分組所限定的范圍，將可能得到意想不到的結果；

2）搶占式優(yōu)先級別相同的中斷源之間沒(méi)有嵌套關(guān)系；

3）如果某個(gè)中斷源被指定為某個(gè)搶占式優(yōu)先級別，又沒(méi)有其它中斷源處于同一個(gè)搶占式優(yōu)先級別，則可以為這個(gè)中斷源指定任意有效的響應優(yōu)先級別。

二，開(kāi)關(guān)總中斷：

在STM32/Cortex-M3中是通過(guò)改變CPU的當前優(yōu)先級來(lái)允許或禁止中斷。
PRIMASK位：只允許NMI和hard fault異常，其他中斷/異常都被屏蔽(當前CPU優(yōu)先級=0)。
FAULTMASK位：只允許NMI，其他所有中斷/異常都被屏蔽(當前CPU優(yōu)先級=-1)。

在STM32固件庫中(stm32f10x_nvic.c和stm32f10x_nvic.h) 定義了四個(gè)函數操作PRIMASK位和FAULTMASK位，改變CPU的當前優(yōu)先級，從而達到控制所有中斷的目的。

下面兩個(gè)函數等效于關(guān)閉總中斷：
void NVIC_SETPRIMASK(void)；
void NVIC_SETFAULTMASK(void)；

下面兩個(gè)函數等效于開(kāi)放總中斷：
void NVIC_RESETPRIMASK(void)；
void NVIC_RESETFAULTMASK(void)；

上面兩組函數要成對使用，不能交叉使用。

例如：

第一種方法：
NVIC_SETPRIMASK()； //關(guān)閉總中斷
NVIC_RESETPRIMASK()；//開(kāi)放總中斷

第二種方法：
NVIC_SETFAULTMASK()； //關(guān)閉總中斷
NVIC_RESETFAULTMASK()；//開(kāi)放總中斷

常常使用

NVIC_SETPRIMASK(); // Disable Interrupts
NVIC_RESETPRIMASK(); // Enable Interrupts

STM32中斷流程處理

作為我的一個(gè)習慣，學(xué)習某一個(gè)平臺的東西，總是先要摸清楚中斷的處理流程，當然是從文件代碼級的流程分析了。

下面就說(shuō)下stm32的中斷流程。我們知道，stm32的庫中寫(xiě)好了很多的驅動(dòng)程序，可以說(shuō)包括了所有的。同時(shí)也提供很多數據處理方式，例如串口的讀寫(xiě)，用戶(hù)可以選擇輪詢(xún)、中斷、DMA等3中方式來(lái)處理。

關(guān)于中斷，stm32的庫中做好了框架，用戶(hù)只要填寫(xiě)好幾個(gè)函數的實(shí)現就ok了，就像網(wǎng)上說(shuō)的，這就是傻瓜式開(kāi)發(fā)。

了解中斷，首先要知道stm32f10x_it.c這個(gè)文件，一般情況下是和main文件在同一個(gè)目錄下的。打開(kāi)這個(gè)文件，我們可以看到xyz_IRQHandler函數的實(shí)現，雖然說(shuō)是實(shí)現，但是幾乎都是空的。對了，這些函數就是要用戶(hù)填寫(xiě)的中斷處理函數，如果你用到了哪個(gè)中斷來(lái)做相應的處理，你就要填寫(xiě)相應的中斷處理函數，需要根據各外設的實(shí)際情況來(lái)填寫(xiě)，但是一般都會(huì )有關(guān)閉和開(kāi)啟中斷。在這個(gè)文件中還有很多系統相關(guān)的中斷處理函數，例如系統時(shí)鐘SysTickHandler。具體的實(shí)現可以參考stm32fwlibFWLibexamples下的各例子。

到這里，我們也只不過(guò)看了中斷的處理函數，而這些處理函數是如何被硬件中斷調用的呢？嗯，說(shuō)到這里就不得不提一下stm32f10x_vector.c這個(gè)文件了。內容如下：
typedef void( *intfunc )( void );
typedef union { intfunc __fun; void * __ptr; } intvec_elem;



//IAR對所用語(yǔ)言（這里是C）做的一些擴展，也就是說(shuō)這里可以用擴展的功能
#pragma language=extended#pragma segment="CSTACK"

void __iar_program_start( void );


#pragma location = ".intvec"


const intvec_elem __vector_table[] =
{
{ .__ptr = __sfe( "CSTACK" ) },
&__iar_program_start,
NMIException,
HardFaultException,
MemManageException,
BusFaultException,
UsageFaultException,
0, 0, 0, 0,
vPortSVCHandler,
DebugMonitor,
0,
xPortPendSVHandler,
xPortSysTickHandler,
WWDG_IRQHandler,
PVD_IRQHandler,
TAMPER_IRQHandler,
RTC_IRQHandler,
FLASH_IRQHandler,
RCC_IRQHandler,
EXTI0_IRQHandler,
EXTI1_IRQHandler,
EXTI2_IRQHandler,
EXTI3_IRQHandler,
EXTI4_IRQHandler,
DMAChannel1_IRQHandler,
DMAChannel2_IRQHandler,
DMAChannel3_IRQHandler,
DMAChannel4_IRQHandler,
DMAChannel5_IRQHandler,
DMAChannel6_IRQHandler,
DMAChannel7_IRQHandler,
ADC_IRQHandler,
USB_HP_CAN_TX_IRQHandler,
USB_LP_CAN_RX0_IRQHandler,
CAN_RX1_IRQHandler,
CAN_SCE_IRQHandler,
EXTI9_5_IRQHandler,
TIM1_BRK_IRQHandler,
TIM1_UP_IRQHandler,
TIM1_TRG_COM_IRQHandler,
TIM1_CC_IRQHandler,
vTimer2IntHandler,
TIM3_IRQHandler,
TIM4_IRQHandler,
I2C1_EV_IRQHandler,
I2C1_ER_IRQHandler,
I2C2_EV_IRQHandler,
I2C2_ER_IRQHandler,
SPI1_IRQHandler,
SPI2_IRQHandler,
vUARTInterruptHandler,
USART2_IRQHandler,
USART3_IRQHandler,
EXTI15_10_IRQHandler,
RTCAlarm_IRQHandler,
USBWakeUp_IRQHandler,
};
現在我們清楚了，這兒就是中斷向量表，每一個(gè)item對應一個(gè)中斷或異常處理，這里item的填寫(xiě)要和stm32spec中的Interrupt and exception vectors一節中的列表中的順序一致。

說(shuō)道這里，又有一個(gè)問(wèn)題，這個(gè)向量表是放在何處的呢？上面對.intvec的解釋可以看出是被鏈接器放到了一個(gè)地址上（這里是0x08000000，NVIC_VectTab_FLASH）。但是stm32是怎么知道這個(gè)地址的呢，也許有個(gè)默認值，或者是就這一個(gè)固定值？）。我們在stm32f10x_nvic.c文件中發(fā)現下面這樣的一個(gè)函數
void NVIC_SetVectorTable(u32 NVIC_VectTab, u32 Offset)
{

assert(IS_NVIC_VECTTAB(NVIC_VectTab));
assert(IS_NVIC_OFFSET(Offset));

SCB->ExceptionTableOffset = (((u32)Offset << 0x07) & (u32)0x1FFFFF80);
SCB->ExceptionTableOffset |= NVIC_VectTab;
}
同時(shí)在example目錄下有vectortable_relocation這樣的一個(gè)例子：This example describes how to use the NVIC firmware library to set the CortexM3 vector table in a specific address other than default.
在這個(gè)例子里面就是直接調用了上面的那個(gè)函數，似乎意思很明顯了。但是SCB->ExceptionTableOffset是如何起作用的呢？

著(zhù)重解釋這個(gè)問(wèn)題，先看一組定義：【stm32f10x_map.b】

#define SCS_BASE ((u32)0xE000E000)
#define SysTick_BASE (SCS_BASE + 0x0010)
#define NVIC_BASE (SCS_BASE + 0x0100)
#define SCB_BASE (SCS_BASE + 0x0D00)
#ifdef _SCB
#define SCB ((SCB_TypeDef *) SCB_BASE)
#endif
typedef struct
{
vu32 CPUID;
vu32 IRQControlState;
vu32 ExceptionTableOffset;
vu32 AIRC;
vu32 SysCtrl;
vu32 ConfigCtrl;
vu32 SystemPriority[3];
vu32 SysHandlerCtrl;
vu32 ConfigFaultStatus;
vu32 HardFaultStatus;
vu32 DebugFaultStatus;
vu32 MemoryManageFaultAddr;
vu32 BusFaultAddr;
} SCB_TypeDef;

其實(shí)這里主要就是要弄清楚這個(gè)SCB是什么意思，因為這個(gè)結構是映射到一個(gè)物理地址上的。像別的控制寄存器都是這么個(gè)玩法，莫非這也是個(gè)某類(lèi)控制器。google一下，果然對于系統控制寄存器組【上篇文章有提到】STM32的固件庫中有如下定義：
typedef struct
{
vuc32 CPUID;
vu32 ICSR;
vu32 VTOR;
vu32 AIRCR;
vu32 SCR;
vu32 CCR;
vu32 SHPR[3];
vu32 SHCSR;
vu32 CFSR;
vu32 HFSR;
vu32 DFSR;
vu32 MMFAR;
vu32 BFAR;
vu32 AFSR;
} SCB_TypeDef;
它們對應ARM手冊中的名稱(chēng)為
CPUID = CPUID Base Register
ICSR = Interrupt Control State Register
VTOR = Vector Table Offset Register
AIRCR = Application Interrupt/Reset Control Register
SCR = System Control Register
CCR = Configuration Control Register
SHPR = System Handlers Priority Register
SHCSR = System Handler Control and State Register
CFSR = Configurable Fault Status Registers
HFSR = Hard Fault Status Register
DFSR = Debug Fault Status Register
MMFAR = Mem Manage Address Register
BFAR = Bus Fault Address Register
AFSR = Auxiliary Fault Status Register

至此，我們終于清楚了，這個(gè)中斷向量表的地址，最終是要寫(xiě)到某個(gè)控制器中去。那這么說(shuō)來(lái)，上述的0x08000000可以是個(gè)別的值了，只要保證這一處的地址不能被別的程序訪(fǎng)問(wèn)就行了。