STM32中断机制详解：轮询与中断、EXTI使用及代码实现
STM32中断机制详解：轮询与中断、EXTI使用及代码实现
STM32微控制器中的中断机制是嵌入式系统开发中的重要概念。本文将详细介绍中断的使用方法和工作原理，帮助读者理解轮询机制与中断机制的区别，以及如何使用外部中断（EXTI）来实现更高效的硬件控制。
一、什么是中断？
轮询机制
轮询机制就是每轮都询问一次。比如在while循环中，每次循环都会执行检查：
- 串口是否有数据到来
- 引脚状态是否为低电平
本质上，轮询机制是通过while循环不断执行数据获取函数或寄存器检查，看数据是否发生变化。
中断机制
中断机制是一种数据获取的调度方式。通过中断源来提醒CPU，数据已经更新，可以读取新数据。
从上图可以看出，NVIC（Nested Vectored Interrupt Controller）有一部分是接到EXTI（外部中断/事件控制器）的器件。EXTI有16根线路连接到不同的引脚上，比如PA0、PA1等。板子上的所有GPIO引脚都连接着各自的外部中断控制器。
二、什么是外部中断？
凡是要经过EXTI到达NVIC的中断，都叫做“外部中断”。内部中断不经过EXTI。
外部中断与内部中断路线示意
- 紫色线路：轮询机制
- 黑色线路：内部中断
- 红色线路：外部中断
为什么需要EXTI结构？
- NVIC处理的是中断信号，不是电平信号。USART、TIM、IIC等芯片内部器件本身就可以产生中断信号，因此可以直接与NVIC连接。但是，单纯的GPIO引脚不具备产生中断信号的功能，因此需要连接EXTI来产生中断信号。
- 中断通达数量比较少，EXTI的多路复选功能扩充了接口。一个EXTI可以接16个GPIO引脚。
三、外部中断的使用
3.1 EXTI的结构
EXTI0的16根引脚接的是GPIO所有组的第0个成员。EXTI1管着所有GPIO组的第1个成员，以此类推。EXTI16管着所有GPIO组的第16个成员。
3.2 外部中断使用步骤
3.2.1 任务分配
假设我们要使用红外传感器（接在PF13上）的中断功能。
3.2.2 代码检查
void pir_init(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOF, ENABLE);
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN;
GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;
GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_DOWN;
GPIO_Init(GPIOF, &GPIO_InitStructure);
}
void pir_run()
{
if(PFin(13) == 1)
{
printf("有人靠近\n");
}
else
{
printf("周边没人\n");
}
}
3.2.3 确认引脚
从代码可以看出，使用的是PF13引脚，即GPIO的F组的第13个成员。
3.2.4 工程添加文件
点击位置（此处省略具体步骤）
3.2.5 代码编写流程图
3.2.5.1 连接PF13与EXTI13
函数解释：告诉程序你要用哪一个EXTI，并用哪一根引脚。
SYSCFG_EXTILineConfig(EXTI_PortSourceGPIOx, EXTI_PinSourcex)
参数1：EXTI_PortSourceGPIOx，第几组。
参数2：EXTI_PinSourcex，第几根。
3.2.5.2 EXTI参数配置
函数解释：告诉程序让哪一个EXTI以什么形式工作。
EXTI_Init(EXTI_InitTypeDef* EXTI_InitStruct);
结构体名字.EXTI_Line =到底是哪一个
EXTI.EXTI_Line2/EXTI_Line3;
结构体名字.EXTI_LineCmd =是否开始工作。
结构体名字.EXTI_Mode =检测中断呢还是事件;
结构体名字.EXTI_Trigger =何种电平信号为依据;
3.2.5.3 优先级分组
函数解释：对于四个比特位进行划分为两个数据段。不同的划分行为影响流程图第四步的优先级配置。
NVIC_PriorityGroupConfig(uint32_t NVIC_PriorityGroup);
参数1：NVIC_PriorityGroup，这里模仿了IP地址子网划分的思想，进行分组。
NVIC_PriorityGroup_0\NVIC_PriorityGroup_1\NVIC_PriorityGroup_2\NVIC_PriorityGroup_3\NVIC_PriorityGroup_4
3.2.5.4 NVIC参数配置
函数解释：告诉NVIC检测拿一根电线（中断通道），以什么样子的“优先级级别”来处理
NVIC_Init(&NVIC_InitStruct);
参数1：第几根中断通道，以第几组优先级别（抢占优先级），第几成员优先级别（响应优先级）来处理，
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannel = 中断通道;
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelCmd = 开始工作;
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority =抢占优先级;
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelSubPriority =相应优先级
3.2.5.4 中断服务函数
函数解释：中断出发后会调用这个函数。其中内容标准写法如下。
- 查看标记位，确认中断。
- 执行想要执行的内容。
- 清楚标记位，并退出。
void EXTI15_10_IRQHandler()
{
}
3.2.6 代码验证和代码整理
void pir_interrupt_init()
{
//exti13与F13连接
SYSCFG_EXTILineConfig(EXTI_PortSourceGPIOF,EXTI_PinSource13);
//配置EXTI
EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStruct;
EXTI_InitStruct.EXTI_Line = EXTI_Line13;
EXTI_InitStruct.EXTI_LineCmd = ENABLE;
EXTI_InitStruct.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;
EXTI_InitStruct.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Rising_Falling;
EXTI_Init(&EXTI_InitStruct);
//分组模式
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStruct;
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannel = EXTI15_10_IRQn;
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority =2;
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelSubPriority =2;
NVIC_Init(&NVIC_InitStruct);
}
中断服务函数展示如下：
static uint32_t i = 0;
void EXTI15_10_IRQHandler()
{
if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line13) != RESET)//确认中断事件
{
i++;
if(i%2 == 0)
{
printf("有人靠近\n");
}
else
{
printf("有人离开\n");
}
EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line13);//清除挂起中断标志位
}
}
四、总结原理深化
中断根据中断信号来源不同，分为内部中断和外部中断。
- 外部中断：中断信号来自“EXTI”，信号经过EXTI的，都是外部中断。否则都是内部中断。
- 常见的外部中断：KEY开关，触发类的传感器（PIR），警报设备和诱捕设备。
- 内部中断：不经过EXTI的就是内部中断，常见的内部中断有，定时器TIM，串口USART，主要是通信类的接口。