一、中断概述
定义：把来自CPU外部的片上外设产生的紧急事件叫做中断，比如GPIO引脚电平变化、定时器溢出等。对于单片机来说，中断是指CPU正在处理某个事件A，发生了另一件事件B请求CPU迅速去处理（中断发生），CPU暂时停止当前的工作（中断响应），转去处理事件B（中断服务），待CPU处理事件B完成后，再回到原来的事件A继续执行(中断返回)，这一过程称之为中断。
中断作用：
（1）分时操作：可以分时为多个I/O口设备服务，利用率高；
（2）实时响应：能够及时处理应用系统的随机事件，实时性增强；
（3）可靠性高：检测到设备故障及掉电等突发事件能够及时处理；
二、STM32异常和中断类型
STM32中两个重要中断：NVIC（嵌套中断向量控制器）和 EXTI（外部中断），NVIC属于内核部分，由ARM公司提供标准，EXTI是一个不用时钟的外设，在做低功耗产品时，可以作为外部触发芯片。
Cortex内核具有强大的“异常响应”系统，它能够打断当前代码执行流程的事件分为异常和中断，并把它们用一个表管理起来，编号从-3至6的中断向量定义为系统异常，编号为负的内核异常不能被设置为优先级，如复位不可屏蔽中断、应错误。从编号7开始的为外部中断，，这些中断的优先级都是可以自行设置的。
三、NVIC 嵌套向量中断控制器
1. NVIC 的概念
NVIC 即嵌套向量中断控制器，全称 Nested vectored interrupt controller。属于是内核的器件，其作用是对STM32中的中断进行管理。
2. 中断向量内部框图
NVIC为了管理众多中断向量，采用了一种嵌套控制方式：抢占优先级和响应优先级。如下图5.4中断A和B同时发生，中断过程如下：
首先，比较的时抢占优先级，抢占优先级比较高的中断获得响应，执行中断程序；
其次，如果抢占优先级一样，则比较响应优先级，响应优先级高的先响应（优先级数字越小，优先级越高，优先级为0表示优先级最高）。
3. NVIC 特性
（1）60个可屏蔽中断通道（不包括16个Cortex-M3的中断线）；
（2）16个可编程的优先等级（使用4位中断优先级）；
（3）低延迟的异常和中断处理；
（4）电源管理控制；
（5）系统控制寄存器的实现；
嵌套向量中断控制器管理16个内核中断和1250个外部中断，同时具有256级的可编程中断设置；
4. NVIC相关寄存器
| 名称 | 位数 | 个数 | 作用 |
|---|---|---|---|
| 中断使能寄存器（ISER） | 32 | 8 | 每一位控制一个中断（打开） |
| 中断失能寄存器（ICER） | 32 | 8 | 每一位控制一个中断（关闭） |
| 应用程序中断及复位控制寄存器（AIRCR） | 32 | 1 | 位[10:8]控制中断优先级分组 |
| 中断优先级寄存器IPR | 8 | 240 | 8个位对应一个中断，而STM32只使用高4位 |
5.NVIC中断配置固件库
若想使能某个中断，首先要明确其寄存器的使能中断位。再根据需求开启外设的中断，初始化NVIC_InitType结构体，设定中断源，设定中断优先级（包括主优先级和子优先级），最后使能中断。
| NVIC库函数 | 描述 |
|---|---|
| NVIC_Init | 根据NVIC_InitStructure中指定的参数初始化外设NVIC寄存器 |
| NVIC_PriorityGroupConfig | 设置优先级分组：先占优先级和从优先级 |
| EXTI_Init | 根据EXTI_InitStructure中指定的参数初始化外设EXTI寄存器 |
| GPIO_EXTILineConfig | 选择GPIO管脚用作外部中断线路 |
（1）函数：void NVIC_Init(NVIC_InitTypeDef* NVIC_InitStruct)
功能描述：根据NVIC_InitStructure中指定的参数初始化外设NVIC寄存器
输入参数 NVIC_InitStruct：指向结构NVIC_InitTypeDef的指针，包含了外设GPIO的配置信息。
typedef struct
{
uint8_t NVIC_IRQChannel;
uint8_t NVIC_IRQChannelPreemptionPriority; //抢断优先级
uint8_t NVIC_IRQChannelSubPriority; //响应优先级
FunctionalState NVIC_IRQChannelCmd;
} NVIC_InitTypeDef;- NVIC_IRQChannel：该参数用于使能或失能指定IRQ通道。
- NVIC_IRQChannelPreemptionPriority：该参数设置了成员NVIC_IRQChannel中的先占优先级。
- NVIC_IRQChannelSubPriority：该参数设置了成员NVIC_IRQChannel中的从优先级。
- NVIC_IRQChannelCmd：该中断是否使能。
| NVIC_PriorityGroup | NVIC_IRQChannel的先占优先级 | NVIC_IRQChannel 的从优先级 | 描述 |
|---|---|---|---|
| NVIC_PriorityGroup_0 | 0 | 0-15 | 0位先占优先级，4位从优先级 |
| NVIC_PriorityGroup_1 | 0-1 | 0-7 | 1位先占优先级，3位从优先级 |
| NVIC_PriorityGroup_2 | 0-3 | 0-3 | 2位先占优先级，2位从优先级 |
| NVIC_PriorityGroup_3 | 0-7 | 0-1 | 3位先占优先级，1位从优先级 |
| NVIC_PriorityGroup_4 | 0-15 | 0 | 4位先占优先级，0位从优先级 |
例如：配置USART1为优先组0，抢占优先级0级，响应优先级2级
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_0);
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn; //设置串口1中断
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0; //抢占优先级 0
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 2; //响应优先级为2
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //使能
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);（2）函数void NVIC_PriorityGroupConfig（u32 NVIC_PriorityGroup）
功能描述：设置优先级分组
输入参数 NVIC_PriorityGroup：该参数设置优先级分组长度，如上表。
（3）函数：void EXTI_Init(EXTI_InitTypeDef* EXTI_InitStruct)
功能描述：根据EXTI_InitStructure中指定的参数初始化外设EXTI寄存器
输入参数 EXTI_InitStructure：指向结构EXTI_InitTypeDef的指针，包含了外设GPIO的配置信息。
typedef struct
{
uint32_t EXTI_Line;
EXTIMode_TypeDef EXTI_Mode;
EXTITrigger_TypeDef EXTI_Trigger;
FunctionalState EXTI_LineCmd;
}EXTI_InitTypeDef;EXTI_Line：选择了使能或失能的外部线路，EXTI_Line0~EXTI_Line18表示外部中断线0~外部中断线18.
EXTI_Mode值：
- EXTI_Mode_Interrupt 设置EXTI线路为事件请求；
- EXTI_Mode_Event 设置EXTI线路为中断请求；
EXTI_Trigger值：
- EXTI_Trigger_Rising 设置输入线路上升沿为中断请求；
- EXTI_Trigger_Falling 设置输入线路下降沿为中断请求；
- EXTI_Trigger_Rising_Falling 设置输入线路上升沿和下降沿为中断请求；
EXTI_LineCmd：用来定义选择线路的·新状态，它可以被设定为ENABLE或者DISABLE；
例如：设置中断线2，下降沿触发
EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStructure;
EXTI_InitStructure.EXTI_Line = EXTI_Line2; //设置中断线2
EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt; //中断模式
EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Falling;//下降沿触发
EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE;
EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);（4）函数 void GPIO_EXTILineConfig（u8 GPIO_PortSource, u8 GPIO_PinSource）
功能描述：选择GPIO管脚用作外部中断线路
输入参数 GPIO_PortSource：选择用作外部中断线源的GPIO端口
输入参数 GPIO_PinSource：待设置的外部中断线，该参数可取GPIO_PinSourcex（x可以是0~15）
例如：选择PA.5作为 EXTI Line5
GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceA, GPIO_PinSource5)四、中断优先级
1. 优先级定义
在NVIC中有一个专门的寄存器——中断优先级寄存器NVIC-IPRx，用来配置外部中断的优先级，IPR宽度为八位，原则上每个外部中断可配置的优先级为0~255，数值越小，优先级越高。
2. 优先级原理
用于表达优先级的4位又分为抢占优先级和子优先级两部分，用于确定中断的响应顺序和执行顺序。抢占优先级用于确定中断的响应优先级，而子优先级用于确定中断的实际执行优先级。当多个中断同时响应时，抢占优先级高的就会先得到执行，而在相同抢占优先级的情况下，会根据子优先级来确定中断的执行顺序。如果抢优先级和子优先级都相同的话，则比较它们的硬件中断编号，编号小的先执行。
3. 优先级分组
优先级的分组由内核外设 SCB 的应用程序中断及复位控制寄存器 AIRCR 的PRIGROUP[10:8]位决定， F103 分为了 5 组，具体如下：主优先级=抢占优先级
设置优先级分组可调用库函数 NVIC_PriorityGroupConfig()实现，有关 NVIC 中断相关的库函数都在库文件 misc.c 和 misc.h 中。
优先级分组真值表如下：
| 优先级分组 | 抢占优先级 | 子优先级 | 描述 |
|---|---|---|---|
| NVIC_PriorityGroup_0 | 0 | 0-15 | 抢占-0位，子-4位 |
| NVIC_PriorityGroup_1 | 0-1 | 0-7 | 抢占-1位，子-3位 |
| NVIC_PriorityGroup_2 | 0-3 | 0-3 | 抢占-2位，子-2位 |
| NVIC_PriorityGroup_3 | 0-7 | 0-1 | 抢占-3位，子-1位 |
| NVIC_PriorityGroup_4 | 0-15 | 0 | 抢占-4位，子-0位 |
4. 中断编程
在配置每个中断的时候一般有 3项编程要点：
（1）使能外设中断，具体由每个外设的相关中断使能位控制。比如串口有发送完成中断，接收完成中断，这两个中断都由串口控制寄存器的相关中断使能位控制。
（2）初始化 NVIC_InitTypeDef 结构体，配置中断优先级分组，设置抢占优先级和子优先级，使能中断请求，在"misc.h"中定义。
typedef struct
{
uint8_t NVIC_IRQChannel;
uint8_t NVIC_IRQChannelPreemptionPriority;
uint8_t NVIC_IRQChannelSubPriority;
FunctionalState NVIC_IRQChannelCmd;
} NVIC_InitTypeDef;- NVIC_IROChannel：用来设置中断源，不同的中断中断源不一样，且不可写错，即使写错了程序也不会报错，只会导致不响应中断。具体的成员配置可参考 stm32f10x.h 头文件里面的 IRQn_Type 结构体定义，这个结构体包含了所有的中断源。
- NVIC_IRQChannelPreemptionPriority：抢占优先级，具体的值要根据优先级分组来确定。
- NVIC_IRQChannelSubPriority：子优先级，具体的值要根据优先级分组来确定。
- NVIC_IRQChannelCmd：中断使能（ ENABLE）或者失能（ DISABLE）。操作的是 NVIC_ISER 和 NVIC_ICER 这两个寄存器。
（3） 编写中断服务函数
在启动文件 startup_stm32f10x_hd.s 中，预先为每个中断都写了一个中断服务函数，这些中断函数都为空，为的只是初始化中断向量表。实际的中断服务函数都需要我们重新编写， 把中断服务函数统一写在 stm32f10x_it.c 这个库文件中。
关于中断服务函数的函数名必须跟启动文件里面预先设置的一样，如果写错，系统就在中断向量表中找不到中断服务函数的入口，直接跳转到启动文件里面预先写好的空函数，并且在里面无限循环，实现不了中断。
五、EXTI—外部中断/事件控制器
外部中断/事件控制器由19个产生事件/中断要求的边沿检测器组成，每个输入线可以独立的配置输入类型（脉冲或挂起）和对应触发事件（上升沿、下降沿或双边沿的触发）。每个输入线都可以被独立地屏蔽，挂起寄存器保持着状态线的中断要求。
1. EXTI简介
EXTI—外部中断/事件控制器，管理了控制器的 19个中断/事件线。每个中断/事件线都对应有一个边沿检测器，可以实现输入信号的上升沿检测和下降沿的检测。EXTI 可以实现对每个中断/事件线进行单独配置，可以单独配置为中断或者事件，以及触发事件的属性。
2. EXTI主要特性
（1）每个中断/事件都有独立的触发和屏蔽；
（2）每个中断线都有专用的状态位；
（3）支持多达19个中断/事件请求；
（4）检测脉冲宽度低于APB2时钟宽度的外部信号。
3. EXTI功能原理
EXTI原理框图如下，它由输入端口、内部控制寄存器、与门和或门构成。
左边输出信号可以分为两大部分：1是产生中断，2是产生事件。中断需要NVIC处理，事件是触发每个硬件的条件，这两功能在硬件上有所不同。
（1）I/O输入线：外部中断控制器有 19 个中断/事件输入线，这些输入线可以通过寄存器设置为任意一个 GPIO，也可以是一些外设的事件，这部分内容我们将在后面专门讲解。输入线一般是存在电平变化的信号。
（2）边沿检测控制寄存器：上升沿触发选择寄存器(EXTI_RTSR)和下降沿触发选择寄存器(EXTI_FTSR)，根据用户设置来产生输出触发信号。边沿检测电路对I/O输出的信号进行检测，如果监测到有边沿跳变就输出有效信号1，否则输出无效信号0.输入信号可以只有上升沿触发、只有下降沿触发，或者上升沿和下降沿都触发。
（3）或门电路：把软件中断事件寄存器(EXTI_SWIER)与边沿检测信号进行或操作。EXTI_SWIER允许通过程序启动中断/事件线。两个输入只要有一个有效信号，或门就可以输出1。
（4）与门电路：中断屏蔽寄存器(EXTI_IMR)的值与挂起寄存器(EXTI_PR)进行与操作。与门要求输入都为1才可输出1。中断屏蔽寄存器起到开关的作用，直接决定是否能产生中断或事件的作用；而输出端NVIC与软件中断事件寄存器相比，相当于分开关，只起到是否中断而不能控制事件。NVIC会运行中断服务函数，实现特定功能。
（5）线2是产生事件的线路，最终输出一个脉冲信号，它受事件屏蔽寄存 器控制（相当于事件分开关作用），这样就可以通过控制器EXTI_EMR来实现是否产生事件的目的。
（6）脉冲发生器电路：当它的输入端是一个有效信号 1 时就会产生一个脉冲；如果输入端是无效信号就不会输出脉冲。脉冲信号是产生事件的信号，这个脉冲信号可以给其他外设电路使用，比如定时器 TIM、模拟数字转换器 ADC等等，这样的脉冲信号一般用来触发 TIM 或者 ADC开始转换。
产生中断线路目的是把输入信号输入到 NVIC，进一步会运行中断服务函数，实现功能，这样是软件级的。而产生事件线路目的就是传输一个脉冲信号给其他外设使用，并且是电路级别的信号传输，属于硬件级的。
4. 中断/事件寄存器封装
外部中断有 20个中断/事件线，每个 GPIO都可以被设置为输入线，占用 EXTI0至 EXTI15，还有另外四根用于特定的外设事件。可以看出，STM32供IO使用的中断线只有16条，但是STM32F10x系列的IO口多达上百个，其中STM32F103ZET6有112个引脚（7组GPIO，每组16个）。
5. EXTI初始化结构体
初始化结构体定义在"stm32f10x_exti.h"文件中，初始化库函数定义在"stm32f10x_exti.c"中。
typedef struct
{
uint32_t EXTI_Line; //中断/事件线
EXTIMode_TypeDef EXTI_Mode; //EXTI模式
EXTITrigger_TypeDef EXTI_Trigger;//触发类型
FunctionalState EXTI_LineCmd; //EXTI使能
}EXTI_InitTypeDef;- EXTI_Line：EXTI中断/事件线选择，看选EXTI0至EXTI19；
- EXTI_Mode：EXTI模式选择，可选择产生中断（EXTI_Mode_Interrupt）或产生事件（EXTI_Mode_Event ）;
- EXTI_Trigger：EXTI边沿触发类型，可选上升沿触发（ EXTI_Trigger_Rising ）、下降沿触发（EXTI_Trigger_Falling）或者上升沿和下降沿都触发（EXTI_Trigger_Rising_Falling）;
- EXTI_LineCmd：控制是否使能EXTI线，可选使能EXTI线（ENABLE）或者禁用（DISABLE）