GPIO外部中断
你好C 2018-01-12
STM32的“中断”机制很复杂，看了PM（Cortex-m4）和RM，对它只了解了一个大概。首先，与“中断”相关的术语就有 exception, interrupt, event 三个。Cortex-m4核中包含一个NVIC控制器，用于处理 exception。而 interrupt 是属于 exception 之一种，其它 exception 类型包括 SysTick等。interrupt 又叫作IRQ。
STM32之中、Cortex-m4核之外的“中断”，即为 interrupt/IRQ。STM32通过 IRQ Channel 向 NVIC 请求处理 IRQ，而 NVIC 处理包括 IRQ 在内的各种 exception，例如：优先级...等等。对于 IRQ，NVIC 将调用其“中断处理程序” ISR。
有些 STM32 外围接口直接通过 IRQ Channel 与 NVIC 接口，而 GPIO 外部中断则要通过另一个控制器--EXTI--与NVIC接口。GPIO与 EXTI 之间的接口称为 EXTI line；而 EXTI 与 NVIC之间则为 IRQ Channel。GPIO pin与EXTI line之间是n:1的关系，而EXTI line与 IRQ Channel之间也是n:1的关系。基本上，PXn 对应 EXTI line n，这里X=A, B, ... H，n=0, 1, 2 ... 15。例如，PX2（PA2, PB2 ...）都对应于 EXTI line 2。
EXTI line与 IRQ Channel之间的对应关系则稍微复杂，16个 EXTI line 占用7个 IRQ：
- EXTI line 0 - 4 分别对应一个IRQ，因此，共有5个 IRQ
- EXTI line 5 - 9 共用一个IRQ
- EXTI line 10 - 15 共用一个IRQ
此外，EXTI line 上除了支持 interrupt 之外，还支持 event。event 被触发之后，并不传递给 NVIC 去处理（像 IRQ 那样），而是发送一个脉冲给电源管理模块，似乎是用来实现唤醒功能的。
GPIO、EXTI 与 NVIC 之间的关系，用下图简单表示：
因此，对于编程而言，需要对GPIO、EXTI、NVIC 3个模块分别进行配置和操作。所幸，Cube HAL 以及 CubeMX 工具大大地降低了开发的复杂度。
Nucleo 开发板上有一个用户按钮B1和一个用户LED LD2，可以用它们来实现一个简单的 GPIO 外部中断 Demo。Nucleo 原理图显示，B1 进行了 RC de-bouncing，因此可以作为外部中断源。未经 de-bouncing 的按钮，是不应该触发中断的。B1接在 PC13 口，已经设计了上拉电阻：
使用CubeMX，将B1口模式设置为 GPIO_EXIT13。可见，PC13 使用了 EXTI line 13。另外，由于使用了上拉电阻，选择中断为下降沿触发：
这样，GPIO和 EXTI 就配置好了。别忘了还需要配置 NVIC。这里只需要简单地启用它对应的 IRQ即可，其余保持默认：
简要分析一下 CubeMX 生成的代码。首先，中断向量表定义在启动代码startup_stm32f303xe.s 中，在这个文件中可以看到所有 exception 处理程序（函数名），包括 EXTI ISR：
g_pfnVectors: .word _estack .word Reset_Handler .word NMI_Handler ... .word SysTick_Handler ... .word EXTI0_IRQHandler .word EXTI1_IRQHandler .word EXTI2_TSC_IRQHandler .word EXTI3_IRQHandler .word EXTI4_IRQHandler ... .word EXTI9_5_IRQHandler .... .word <strong>EXTI15_10_IRQHandler</strong> ....
其中，EXTI15_10_IRQHandler 就是按钮B1的中断处理程序。这个函数的实现在stm32f3xx_it.c 中，它实际上仅仅调用了 Cube 库的 HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler() 函数，将端口号作为参数传递进去：
/**
* @brief This function handles EXTI line[15:10] interrupts.
*/
void EXTI15_10_IRQHandler(void)
{
/* USER CODE BEGIN EXTI15_10_IRQn 0 */
/* USER CODE END EXTI15_10_IRQn 0 */
<strong>HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler</strong>(GPIO_PIN_13);
/* USER CODE BEGIN EXTI15_10_IRQn 1 */
/* USER CODE END EXTI15_10_IRQn 1 */
}检查HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler() 函数的实现，发现它位于 GPIO HAL 模块内，它又调用了一个回调函数HAL_GPIO_EXTI_Callback()，而该回调函数的默认实现声明为 __weak 属性，我们可以覆盖：
void HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(uint16_t GPIO_Pin)
{
/* EXTI line interrupt detected */
if(__HAL_GPIO_EXTI_GET_IT(GPIO_Pin) != RESET)
{
__HAL_GPIO_EXTI_CLEAR_IT(GPIO_Pin);
<strong>HAL_GPIO_EXTI_Callback</strong>(GPIO_Pin);
}
}
<strong>__weak </strong>void<strong> HAL_GPIO_EXTI_Callback</strong>(uint16_t GPIO_Pin)
{
...因此，我们在stm32f3xx_it.c 增加HAL_GPIO_EXTI_Callback() 的实现，每当B1按下，开/关LD2：
void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin) {
HAL_GPIO_TogglePin(LD2_GPIO_Port, LD2_Pin);
}另外，在gpio.c 中的MX_GPIO_Init() 函数中，看到了 NVIC 的配置，但并没有看到与 EXTI 有关的配置。其实，EXTI 配置已由HAL_GPIO_Init() 函数处理，不劳我们费心。也就是说，对 GPIO 的外部中断的处理，要使用 GPIO 和 NVIC 2个Cube 模块：
... HAL_GPIO_Init(B1_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct); ... /* EXTI interrupt init*/ HAL_NVIC_SetPriority(EXTI15_10_IRQn, 0, 0); HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI15_10_IRQn);
