STM32 (Cortex-M3) 中NVIC(嵌套向量中斷控制)的理解

一、STM32 (Cortex-M3) 中的優先級概念

    STM32(Cortex-M3)中有兩個優先級的概念：搶占式優先級和響應優先級，也把響應優先級稱作“亞優先級”或“副優先級”，每個中斷源都需要被指定這兩種優先級。

1. 何為占先式優先級(pre-emption priority)

    高占先式優先級的中斷事件會打斷當前的主程序/中斷程序運行—搶斷式優先響應，俗稱中斷嵌套。

2. 何為副優先級(subpriority)

    在占先式優先級相同的情況下，高副優先級的中斷優先被響應；

    在占先式優先級相同的情況下，如果有低副優先級中斷正在執行， 高副優先級的中斷要等待已被響應的低副優先級中斷執行結束后才能得到響應—非搶斷式響應(不能嵌套)。

3. 判斷中斷是否會被響應的依據

    首先是占先式優先級，其次是副優先級；

    占先式優先級決定是否會有中斷嵌套；

    Reset、NMI、Hard Fault 優先級為負(高于普通中斷優先級)且不可調整。

4. 優先級沖突的處理

    具有高搶占式優先級的中斷可以在具有低搶占式優先級的中斷處理過程中被響應，即中斷的嵌套，或者說高搶占式優先級的中斷可以嵌套低搶占式優先級的中斷。

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

5. Cortex-M3中對中斷優先級的定義

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

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

這就是優先級分組的概念。

6. stm32中對中斷優先級的定義

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

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

    AIRC(Application Interrupt and Reset Register)寄存器中有用于指定優先級的 4 bits。這4個bits用于分配preemption優先級和sub優先級，在STM32的固件庫中定義如下:

/* Preemption Priority Group */
#define NVIC_PriorityGroup_0         ((u32)0x700) /* 0 bits for pre-emption priority
                                                     4 bits for subpriority */
#define NVIC_PriorityGroup_1         ((u32)0x600) /* 1 bits for pre-emption priority
                                                     3 bits for subpriority */
#define NVIC_PriorityGroup_2         ((u32)0x500) /* 2 bits for pre-emption priority
                                                     2 bits for subpriority */
#define NVIC_PriorityGroup_3         ((u32)0x400) /* 3 bits for pre-emption priority
                                                     1 bits for subpriority */
#define NVIC_PriorityGroup_4         ((u32)0x300) /* 4 bits for pre-emption priority
                                                     0 bits for subpriority */

    可以通過調用STM32的固件庫中的函數NVIC_PriorityGroupConfig()選擇使用哪種優先級分組方式，這個函數的參數有下列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

    接下來就是指定中斷源的優先級，下面以一個簡單的例子說明如何指定中斷源的搶占式優先級和響應優先級：

// 選擇使用優先級分組第1組
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1);

// 使能EXTI0中斷
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI0_IRQChannel;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1; // 指定搶占式優先級別1

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0; // 指定響應優先級別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; // 指定搶占式優先級別0
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1; // 指定響應優先級別1
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

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    要注意的幾點是：

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

    2. 搶占式優先級別相同的中斷源之間沒有嵌套關系；

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

二、開關總中斷

    在STM32/Cortex-M3中是通過改變CPU的當前優先級來允許或禁止中斷。

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優先級=-1)。

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

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

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

上面兩組函數要成對使用，但不能交叉使用。

例如：

第一種方法：
NVIC_SETPRIMASK()；   //關閉總中斷
NVIC_RESETPRIMASK()；//開放總中斷

第二種方法：
NVIC_SETFAULTMASK()；   //關閉總中斷
NVIC_RESETFAULTMASK()；//開放總中斷

常常使用：
NVIC_SETPRIMASK();     // Disable Interrupts
NVIC_RESETPRIMASK(); // Enable Interrupts

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補充：
可以用：
#define CLI()    __set_PRIMASK(1)
#define SEI() __set_PRIMASK(0)
來實現開關總中斷的功能。

在v3.5的固件庫中，__set_PRIMASK(1)，__set_PRIMASK(0) 在core_cm3.c里面，是匯編函數

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