第5章 向量中斷控制器

第5章

向量中斷控制器5.1異常類型、優(yōu)先級(jí)5.1.1異常類型

Cortex-M3的每一個(gè)異常都有一個(gè)編號(hào)，編號(hào)0對(duì)應(yīng)正常工作模式，編號(hào)1~255對(duì)應(yīng)各種異常；每一個(gè)異常都可分配一個(gè)優(yōu)先級(jí)，優(yōu)先級(jí)值越小，優(yōu)先級(jí)別越高，優(yōu)先級(jí)可以為負(fù)。其中1~15號(hào)異常為系統(tǒng)異常，16~255都是外部中斷異常；在大部分情況下，開(kāi)發(fā)應(yīng)用中很少涉及到1-15號(hào)異常的編程處理，我們更關(guān)注的是16-255號(hào)的外部異常。編號(hào)類型優(yōu)先級(jí)描述1復(fù)位-3復(fù)位，具有最高優(yōu)先級(jí)2NMI-2不可屏蔽中斷（來(lái)自外部NMI輸入腳）3硬件出錯(cuò)-1如果相應(yīng)的異常沒(méi)有被啟用，那么都將觸發(fā)該異常4存儲(chǔ)管理異?？删幊檀鎯?chǔ)器管理異常，MPU訪問(wèn)違規(guī)或訪問(wèn)位置出錯(cuò)均會(huì)觸發(fā)5總線異?？删幊炭偩€系統(tǒng)出錯(cuò)，如取指，或取數(shù)據(jù)異常6使用異?？删幊坛绦蝈e(cuò)誤導(dǎo)致的異常7-10保留N/AN/A11SVCall可編程執(zhí)行系統(tǒng)服務(wù)調(diào)用指令引發(fā)的異常12調(diào)試監(jiān)視器可編程調(diào)試監(jiān)控器異常，如斷點(diǎn)，數(shù)據(jù)觀察點(diǎn)，外部調(diào)試請(qǐng)求等13保留N/AN/A14PendSV可編程為系統(tǒng)設(shè)備開(kāi)發(fā)的可懸掛請(qǐng)求15SysTick可編程系統(tǒng)時(shí)基定時(shí)器16~255IRQ0~239可編程外部中斷0~239對(duì)于編程開(kāi)發(fā)來(lái)說(shuō)，我們涉及最多的異常就是IRQ，0~15號(hào)異常是系統(tǒng)級(jí)的異常，比較少用；另外，每一種異常都有一個(gè)編號(hào)和一個(gè)異常優(yōu)先級(jí)，異常的編號(hào)是固定的，但是異常的優(yōu)先級(jí)是可以編程的，當(dāng)然優(yōu)先級(jí)為負(fù)的例外。優(yōu)先級(jí)數(shù)值越小，優(yōu)先級(jí)別越高。5.1.2異常優(yōu)先級(jí)及優(yōu)先級(jí)分組寄存器Cortex-M3的優(yōu)先級(jí)包括搶占優(yōu)先級(jí)和子優(yōu)先級(jí)。搶占優(yōu)先級(jí)高的中斷可以打斷搶占優(yōu)先級(jí)低的中斷，搶占優(yōu)先級(jí)相同時(shí)，優(yōu)先執(zhí)行子優(yōu)先級(jí)高的中斷，但是不會(huì)打斷正在執(zhí)行的同級(jí)別搶占優(yōu)先級(jí)中斷。優(yōu)先級(jí)的數(shù)值越小，優(yōu)先級(jí)別越高。應(yīng)用程序中斷及復(fù)位控制寄存器SCB_AIRCR中PRIGROUP位段用來(lái)控制優(yōu)先級(jí)的分組；應(yīng)用程序中斷及復(fù)位控制寄存器SCB_AIRCR:位段名稱類型復(fù)位值描述31:16VECTKEYR/W-訪問(wèn)鑰匙：任何對(duì)該寄存器的寫(xiě)操作，都必須同時(shí)把0x05FA寫(xiě)入此段，否則寫(xiě)操作被忽略。若讀取此半字，則0xFA0515ENDIANESSR-端模式設(shè)置。1＝大端(BE8)，0＝小端。此值是在復(fù)位時(shí)確定的，不能更改。10:8PRIGROUPR/W0優(yōu)先級(jí)分組2SYSRESETREQW-請(qǐng)求芯片控制邏輯產(chǎn)生一次復(fù)位1VECTCLRACTIVEW-清零所有異常的活動(dòng)狀態(tài)信息。通常只在調(diào)試時(shí)用，或者在OS從錯(cuò)誤中恢復(fù)時(shí)用。0VECTRESETW-復(fù)位CM3處理器內(nèi)核（調(diào)試邏輯除外），但是此復(fù)位不影響芯片上在內(nèi)核以外的電路PRIGROUP共占3位，值的范圍是0-7，假如PRIGROUP值為5，則每一個(gè)中斷對(duì)應(yīng)的優(yōu)先級(jí)寄存器的6、7三位表示對(duì)應(yīng)中斷的搶占優(yōu)先級(jí)，其他位表示子優(yōu)先級(jí)；每一個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)寄存器占8位。Bit7Bit6Bit5Bit4Bit3Bit2Bit1Bit0搶占優(yōu)先級(jí)子優(yōu)先級(jí)以16級(jí)優(yōu)先級(jí)為例，優(yōu)先級(jí)之所以會(huì)只有16級(jí)，是因?yàn)樵贛3單片機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，只使用了優(yōu)先級(jí)寄存器NVIC_IPRx的高4位；如果此時(shí)PRIGROUP值為5，則優(yōu)先級(jí)分組如下：此時(shí)0-3位雖然沒(méi)有使用，但是PRIGROUP的值可以設(shè)為0-3之間的值，如果PRIGROUP設(shè)為1，則優(yōu)先級(jí)分組如下：此時(shí)16級(jí)優(yōu)先級(jí)都是搶占優(yōu)先級(jí)，高優(yōu)先級(jí)能打斷所有低優(yōu)先級(jí)。Bit7Bit6Bit5Bit4Bit3Bit2Bit1Bit0搶占優(yōu)先級(jí)子優(yōu)先級(jí)未使用子優(yōu)先級(jí)Bit7Bit6Bit5Bit4Bit3Bit2Bit1Bit0實(shí)際使用搶占優(yōu)先級(jí)[7:4]未使用搶占優(yōu)先級(jí)未使用子優(yōu)先級(jí)5.2中斷向量表當(dāng)有異常發(fā)生時(shí)，處理器需要確定對(duì)應(yīng)異常的函數(shù)起始地址，各個(gè)異常的函數(shù)起始地址都存儲(chǔ)在一個(gè)向量表中，每個(gè)地址占4字節(jié)，系統(tǒng)找到函數(shù)入口地址后就可調(diào)到異常代碼處執(zhí)行對(duì)應(yīng)中斷函數(shù)；為了可以動(dòng)態(tài)重新分配中斷，CM3允許可編程設(shè)置向量表基址，通過(guò)設(shè)置向量表偏移寄存器存器VTOR即可設(shè)置向量表起始地址，當(dāng)設(shè)置在RAM范圍內(nèi)時(shí)，即可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)修改中斷函數(shù)地址。VTOR寄存器：在應(yīng)用開(kāi)發(fā)中，每一個(gè)工程都有一個(gè)匯編的啟動(dòng)代碼，這個(gè)啟動(dòng)代碼里面已經(jīng)包含了向量表，我們需要做的就是把自己用到的中斷函數(shù)寫(xiě)出實(shí)現(xiàn)即可；中斷函數(shù)的名字必須和匯編里面的名字一致；匯編內(nèi)的中斷函數(shù)入口順序不能隨意修改或者刪除。位段名稱類型復(fù)位值描述29TBLBASER/W0向量表所在區(qū)域標(biāo)志0:ROM1:RAM28:7TBLOFFR/W0相對(duì)ROM或者RAM起始地址的偏移量5.3NVIC寄存器描述5.3.1中斷使能寄存器NVIC_ISER0/1STM32F103系列小、中、大容量單片機(jī)有60個(gè)可屏蔽中斷，NVIC_ISER[0]和NVIC_ISER[1]兩個(gè)32位寄存器，可控制64個(gè)可屏蔽中斷的使能，NVIC_ISER[0]的0~31位對(duì)應(yīng)0~31號(hào)中斷，NVIC_ISER[1]的0~31位對(duì)應(yīng)32~63號(hào)中斷；1使能中斷，0失能中斷。NVIC_ISER寄存器只能寫(xiě)1，寫(xiě)0無(wú)效；若要清除指定位為0，需要使用NVIC_ICER寄存器；STM32F103系列小、中、大容量單片機(jī)0~59號(hào)IRQ可屏蔽中斷如下表：中斷位置可屏蔽中斷描述中斷位置可屏蔽中斷描述0WWDG_IRQChannel30TIM4_IRQChannel1PVD_IRQChannel31I2C1_EV_IRQChannel2TAMPER_IRQChannel32I2C1_ER_IRQChannel3RTC_IRQChannel33I2C2_EV_IRQChannel4FLASH_IRQChannel34I2C2_ER_IRQChannel5RCC_IRQChannel35SPI1_IRQChannel6EXTI0_IRQChannel36SPI2_IRQChannel7EXTI1_IRQChannel37USART1_IRQChannel8EXTI2_IRQChannel38USART2_IRQChannel9EXTI3_IRQChannel39USART3_IRQChannel10EXTI4_IRQChannel40EXTI15_10_IRQChannel11DMA1_Channel1_IRQChannel41RTCAlarm_IRQChannel12DMA1_Channel2_IRQChannel42USBWakeUp_IRQChannel13DMA1_Channel3_IRQChannel43TIM8_BRK_IRQChannel14DMA1_Channel4_IRQChannel44TIM8_UP_IRQChannel15DMA1_Channel5_IRQChannel45TIM8_TRG_COM_IRQChannel16DMA1_Channel6_IRQChannel46TIM8_CC_IRQChannel17DMA1_Channel7_IRQChannel47ADC3_IRQChannel18ADC1_2_IRQChannel48FSMC_IRQChannel19USB_HP_CAN_TX_IRQChannel49SDIO_IRQChannel20USB_LP_CAN_RX0_IRQChannel50TIM5_IRQChannel21CAN_RX1_IRQChannel51SPI3_IRQChannel22CAN_SCE_IRQChannel52UART4_IRQChannel23EXTI9_5_IRQChannel53UART5_IRQChannel24TIM1_BRK_IRQChannel54TIM6_IRQChannel25TIM1_UP_IRQChannel55TIM7_IRQChannel26TIM1_TRG_COM_IRQChannel56DMA2_Channel1_IRQChannel27TIM1_CC_IRQChannel57DMA2_Channel2_IRQChannel28TIM2_IRQChannel58DMA2_Channel3_IRQChannel29TIM3_IRQChannel59DMA2_Channel4_5_IRQChannel5.3.2中斷清除寄存器NVIC_ICER0/1在NVIC_ICER[0]和NVIC_ICER[1]寄存器中的位寫(xiě)入1，則NVIC_ISER[0]和NVIC_ISER[1]的對(duì)應(yīng)的位被清除為0，從而屏蔽中斷。NVIC_ICER[0]和NVIC_ICER[1]各位寫(xiě)1有效，寫(xiě)0無(wú)效。5.3.3中斷掛起寄存器NVIC_ISPR0/1NVIC_ISPR[0]的0~31位對(duì)應(yīng)0~31號(hào)中斷，NVIC_ISPR[1]的0~31位對(duì)應(yīng)32~63號(hào)中斷；當(dāng)設(shè)置NVIC_ISPR的位為1時(shí)，對(duì)應(yīng)中斷被掛起，CPU不執(zhí)行中斷處理任務(wù)，當(dāng)用NVIC_ICPR清除對(duì)應(yīng)位時(shí)，CPU恢復(fù)執(zhí)行中斷處理任務(wù)；寫(xiě)1有效，寫(xiě)0無(wú)效。5.3.4中斷掛起清除寄存器NVIC_ICPR0/1在NVIC_ICPR[0]和NVIC_ICPR[1]寄存器的位寫(xiě)入1，則NVIC_ISPR[0]和NVIC_ISPR[1]的對(duì)應(yīng)位被清除為0，從而取消中斷掛起，恢復(fù)中斷任務(wù)；寫(xiě)1有效，寫(xiě)0無(wú)效。5.3.5中斷激活標(biāo)志寄存器NVIC_IABR0/1NVIC_IABR[0]的0~31位對(duì)應(yīng)0~31號(hào)中斷，NVIC_IABR[1]的0~31位對(duì)應(yīng)32~63號(hào)中斷；NVIC_IABR[0]和NVIC_IABR[1]標(biāo)記當(dāng)前正在執(zhí)行的中斷，當(dāng)中斷執(zhí)行完畢后，對(duì)應(yīng)位由硬件自動(dòng)清0；5.3.6中斷優(yōu)先級(jí)控制寄存器組NVIC_IPRx(x=0...14)NVIC_IPR[x](x=0...14)是一個(gè)32位寄存器，每一個(gè)寄存器分4個(gè)8位寄存器，每一個(gè)8位寄存器標(biāo)記一個(gè)對(duì)應(yīng)編號(hào)的可屏蔽中斷的優(yōu)先級(jí)，STM32F103系列單片機(jī)有60個(gè)可屏蔽中斷；NVIC_IPR[0]按地址由低到高的順序，內(nèi)部4個(gè)字節(jié)依次對(duì)應(yīng)0~3號(hào)可屏蔽中斷的優(yōu)先級(jí)，依次類推，NVIC_IPR[14]按地址由低到高的順序，內(nèi)部4個(gè)字節(jié)依次對(duì)應(yīng)56~59號(hào)可屏蔽中斷的優(yōu)先級(jí)。5.4NVIC庫(kù)函數(shù)NVIC寄存器結(jié)構(gòu)，NVIC_TypeDeff，在文件“stm32f10x_map.h”中定義如下：typedefstruct{vu32Enable[2];u32RESERVED0[30];vu32Disable[2];u32RSERVED1[30];vu32Set[2];u32RESERVED2[30];vu32Clear[2];u32RESERVED3[30];vu32Active[2];u32RESERVED4[62];vu32Priority[11];}NVIC_TypeDef;/*NVICStructure*/typedefstruct{vu32CPUID;vu32IRQControlState;vu32ExceptionTableOffset;vu32AIRC;vu32SysCtrl;vu32ConfigCtrl;vu32SystemPriority[3];vu32SysHandlerCtrl;vu32ConfigFaultStatus;vu32HardFaultStatus;vu32DebugFaultStatus;vu32MemoryManageFaultAddr;vu32BusFaultAddr;}SCB_TypeDef;/*SystemControlBlockStructure*/主要NVIC庫(kù)函數(shù)，如下：1函數(shù)NVIC_DeInit功能描述：將外設(shè)NVIC寄存器重設(shè)為缺省值例：NVIC_DeInit();2函數(shù)NVIC_SCBDeInit功能描述：將外設(shè)SCB寄存器重設(shè)為缺省值例：NVIC_SCBDeInit();3函數(shù)NVIC_PriorityGroupConfig功能描述：設(shè)置優(yōu)先級(jí)分組：先占優(yōu)先級(jí)和從優(yōu)先級(jí)例：NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1);NVIC_PriorityGroup該參數(shù)設(shè)置優(yōu)先級(jí)分組位長(zhǎng)度NVIC_PriorityGroup描述NVIC_PriorityGroup_0先占優(yōu)先級(jí)0位，從優(yōu)先級(jí)4位NVIC_PriorityGroup_1先占優(yōu)先級(jí)1位，從優(yōu)先級(jí)3位NVIC_PriorityGroup_2先占優(yōu)先級(jí)2位，從優(yōu)先級(jí)2位NVIC_PriorityGroup_3先占優(yōu)先級(jí)3位，從優(yōu)先級(jí)1位NVIC_PriorityGroup_4先占優(yōu)先級(jí)4位，從優(yōu)先級(jí)0位4函數(shù)NVIC_Init功能描述：根據(jù)NVIC_InitStruct中指定的參數(shù)初始化外設(shè)NVIC寄存器NVIC_InitStruct：指向結(jié)構(gòu)NVIC_InitTypeDef的指針，包含了外設(shè)GPIO的配置信息NVIC_InitTypeDefstructureNVIC_InitTypeDef定義于文件“stm32f10x_nvic.h”：typedefstruct{u8NVIC_IRQChannel;u8NVIC_IRQChannelPreemptionPriority;u8NVIC_IRQChannelSubPriority;FunctionalStateNVIC_IRQChannelCmd;}NVIC_InitTypeDef;NVIC_IRQChannel該參數(shù)用以使能或者失能指定的IRQ通道。NVIC_IRQChannel描述1WWDG_IRQChannel窗口看門(mén)狗中斷23CAN_SCE_IRQChannel2PVD_IRQChannelPVD通過(guò)EXTI探測(cè)中斷24EXTI9_5_IRQChannel3TAMPER_IRQChannel篡改中斷25TIM1_BRK_IRQChannel4RTC_IRQChannelRTC全局中斷26TIM1_UP_IRQChannel5Flash_IRQChannelFLASH全局中斷27TIM1_TRG_COM_IRQChannel6RCC_IRQChannelRCC全局中斷28TIM1_CC_IRQChannel7EXTI0_IRQChannel外部中斷線0中斷29TIM2_IRQChannel8EXTI1_IRQChannel外部中斷線1中斷30TIM3_IRQChannel9EXTI2_IRQChannel外部中斷線2中斷31TIM4_IRQChannel10EXTI3_IRQChannel外部中斷線3中斷32I2C1_EV_IRQChannel11EXTI4_IRQChannel外部中斷線4中斷33I2C1_ER_IRQChannel12DMA1_Channel1_IRQChannelDMA通道1中斷34I2C2_EV_IRQChannel13DMA1_Channel2_IRQChannelDMA通道2中斷35I2C2_ER_IRQChannel14DMA1_Channel3_IRQChannelDMA通道3中斷36SPI1_IRQChannel15DMA1_Channel4_IRQChannelDMA通道4中斷37SPI2_IRQChannel16DMA1_Channel5_IRQChannelDMA通道5中斷38USART1_IRQChannel17DMA1_Channel6_IRQChannelDMA通道6中斷39USART2_IRQChannel18DMA1_Channel7_IRQChannelDMA通道7中斷40USART3_IRQChannel19ADC1_2_IRQChannelADC全局中斷41EXTI15_10_IRQChannel20USB_HP_CANTX_IRQChannelUSB高優(yōu)先級(jí)或者CAN發(fā)送中斷42RTCAlarm_IRQChannel21USB_LP_CAN_RX0_IRQChannelUSB低優(yōu)先級(jí)或者CAN接收0中斷43USBWakeUp_IRQChannel22CAN_RX1_IRQChannelCAN接收1中斷NVIC_IRQChannelPreemptionPriority該參數(shù)設(shè)置了成員NVIC_IRQChannel中的先占優(yōu)先級(jí)NVIC_IRQChannelSubPriority該參數(shù)設(shè)置了成員NVIC_IRQChannel中的從優(yōu)先級(jí)5函數(shù)NVIC_StructInit功能描述：把NVIC_InitStruct中的每一個(gè)參數(shù)按缺省值填入NVIC_InitStruct：指向結(jié)構(gòu)NVIC_InitTypeDef的指針，待初始化，例：NVIC_InitTypeDefNVIC_InitStructure;NVIC_StructInit(&NVIC_InitStructure);NVIC_InitStruct缺省值NVIC_IRQChannel：0x0NVIC_IRQChannelPreemptionPriority：0NVIC_IRQChannelSubPriority：0NVIC_IRQChannelCmd：DISABLE6函數(shù)NVIC_SETPRIMASK功能描述：使能PRIMASK優(yōu)先級(jí)：提升執(zhí)行優(yōu)先級(jí)至01).該函數(shù)由匯編語(yǔ)言書(shū)寫(xiě)。2).該函數(shù)只影響組優(yōu)先級(jí)，不影響從優(yōu)先級(jí)。3).在設(shè)置PRIMASK寄存器前，建議在從為了使能一個(gè)例外中另一個(gè)例外返回時(shí)，清除該寄存器例：NVIC_SETPRIMASK();7函數(shù)NVIC_RESETPRIMASK功能描述：失能PRIMASK優(yōu)先級(jí)例：NVIC_RESETPRIMASK();8函數(shù)NVIC_SETFAULTMASK功能描述：使能FAULTMASK優(yōu)先級(jí)：提升執(zhí)行優(yōu)先級(jí)至-11).該函數(shù)由匯編語(yǔ)言書(shū)寫(xiě)。2).該函數(shù)只影響組優(yōu)先級(jí)，不影響從優(yōu)先級(jí)。3).FAULTMASK只有在執(zhí)行優(yōu)先級(jí)值小于-1的情況下才能被設(shè)置，設(shè)置FAULTMASK將它的執(zhí)行優(yōu)先級(jí)提升到HardFAULT的級(jí)別。每當(dāng)從除NMI之外的例外中返回，F(xiàn)AULTMASK會(huì)被自動(dòng)清除。9函數(shù)NVIC_RESETFAULTMASK功能描述：失能FAULTMASK優(yōu)先級(jí)1).該函數(shù)由匯編語(yǔ)言書(shū)寫(xiě)。例：NVIC_RESETPRIMASK();10函數(shù)NVIC_BASEPRICONFIG功能描述：改變執(zhí)行優(yōu)先級(jí)從N（最低可設(shè)置優(yōu)先級(jí)）提升至11).該函數(shù)由匯編語(yǔ)言書(shū)寫(xiě)。2).該函數(shù)只影響組優(yōu)先級(jí)，不影響從優(yōu)先級(jí)。3).可以改變執(zhí)行優(yōu)先級(jí)，從N（最低可設(shè)置優(yōu)先級(jí)）提升至1。將該寄存器清除至0不會(huì)影響當(dāng)前的優(yōu)先級(jí)，它的非零值起到優(yōu)先級(jí)屏蔽的作用，執(zhí)行后當(dāng)BASEPRI定義的優(yōu)先級(jí)高于當(dāng)前優(yōu)先級(jí)時(shí)，該操作將起作用。例：NVIC__BASEPRICONFIG(10);11函數(shù)NVIC_GetBASEPRI功能描述：返回BASEPRI屏蔽值，例：u32BASEPRI_Mask=0;BASEPRI_Mask=NVIC_GetBASEPRI();12函數(shù)NVIC_GetCurrentPendingIRQChannel功能描述：返回當(dāng)前待處理IRQ標(biāo)識(shí)符，例：u16CurrentPendingIRQChannel;CurrentPendingIRQChannel=NVIC_GetCurrentPendingIRQChannel();13函數(shù)NVIC_GetIRQChannelPendingBitStatus功能描述：檢查指定的IRQ通道待處理位設(shè)置與否，例：ITStatusIRQChannelPendingBitStatus;IRQChannelPendingBitStatus=NVIC_GetIRQChannelPendingBitStatus(ADC_IRQChannel);14函數(shù)NVIC_SetIRQChannelPendingBit功能描述：設(shè)置指定的IRQ通道待處理位，例：NVIC_SetI