11. STM32MP157 Cortex-M中断应用概览¶
本章参考资料《dm00327659-stm32mp157-advanced-armbased-32bit-mpus-stmicroelectronics》、第21章 Interrupt list章节。 以及《dm00046982-stm32-cortexm4-mcus-and-mpus-programming-manual-stmicroelectronics》内核编程手册、第4章 Nested vectored interrupt controller (NVIC)章节。
STM32MP157的中断非常强大，每个外设都可以产生中断，A7内核以及M4内核都有着自己的中断控制器， 在本章中，主要做M4内核中断的总结性介绍，这样在其他章节涉及到M4中断部分的知识我们就不用费很大的篇幅去讲解， 只要示意性带过即可。
本章如无特别说明，异常就是中断，中断就是异常，请不要刻意钻牛角尖较劲。
11.1. 异常类型¶
STM32MP157的内核M4上搭载了一个异常响应系统， 支持为数众多的系统异常和外部中断。 其中系统异常有10个，外部中断有149个。除了个别异常的优先级被定死外，其它异常的优先级都是可编程的。 有关具体的系统异常和外部中断可在《dm00327659-stm32mp157-advanced-armbased-32bit-mpus-stmicroelectronics》第21章 中查询到，里面包含了MP157系列全部的异常以及中断说明。
表格 16‑1 STM32MP157 M4系统异常清单
编号 |
优先级 |
优先级类型 |
名称 |
说明 |
地址 |
|---|---|---|---|---|---|
保留（实际存的是 MSP地址） |
0X0000 0000 |
||||
-3 |
固定 |
Reset |
复位 |
0X0000 0004 |
|
-2 |
固定 |
NMI |
不可屏蔽中断。 RCC 时钟安全系统 (CSS) 连接到 NMI 向量 |
0X0000 0008 |
|
-1 |
固定 |
HardFaul t |
所有类型的错误 |
0X0000 000C |
|
0 |
固定 |
MemManag e |
存储器管理 |
0X0000 0010 |
|
1 |
可编程 |
BusFault |
预取指失败，存储 器访问失败 |
0X0000 0014 |
|
2 |
可编程 |
UsageFau lt |
未定义的指令或非 法状态 |
0X0000 0018 |
|
保留 |
0X0000 001C- 0X0000 002B |
||||
3 |
可编程 |
SVCall |
通过 SWI 指令调用的系统服 务 |
0X0000 002C |
|
4 |
可编程 |
Debug Monitor |
调试监控器 |
0X0000 0030 |
|
保留 |
0X0000 0034 |
||||
5 |
可编程 |
PendSV |
可挂起的系统服务 |
0X0000 0038 |
|
6 |
可编程 |
SysTick |
系统嘀嗒定时器 |
0X0000 003C |
表格 16‑2 STM32MP157外部中断清单
中间省略…………………………..
11.2. NVIC简介¶
在讲如何配置中断优先级之前，我们需要先了解下NVIC。NVIC是Cortex-M系列芯片的嵌套向量中断控制器， 控制着整个Cortex-M芯片中断相关的功能，它跟Cortex-M内核紧密耦合，是Cortex-M内核里面的一个外设。 但是各个芯片厂商在设计芯片的时候会对Cortex-M内核里面的NVIC进行裁剪， 把不需要的部分去掉，所以说STM32MP157中的NVIC是Cortex-M的NVIC的一个子集。
11.2.1. NVIC寄存器简介¶
在固件库中，NVIC的结构体定义可谓是颇有远虑，给每个寄存器都预留了很多位， 恐怕为的是日后扩展功能。不过STM32MP157的M4内核用不了这么多，只是用了部分而已， 具体使用了多少可参考《dm00046982-stm32-cortexm4-mcus-and-mpus-programming-manual-stmicroelectronics》 内核编程手册-4:Nested vectored interrupt controller (NVIC) 章节。
代码 16‑1代码 2 NVIC结构体定义，来自固件库头文件：core_cM4.h
typedef struct {
__IOM uint32_t ISER[8U]; // 中断使能寄存器
uint32_t RESERVED0[24U];
__IOM uint32_t ICER[8U]; // 中断清除寄存器
uint32_t RSERVED1[24U];
__IOM uint32_t ISPR[8U]; // 中断使能悬起寄存器
uint32_t RESERVED2[24U];
__IOM uint32_t ICPR[8U]; // 中断清除悬起寄存器
uint32_t RESERVED3[24U];
__IOM uint32_t IABR[8U]; // 中断有效位寄存器
uint32_t RESERVED4[56U];
__IOM uint8_t IP[240U]; // 中断优先级寄存器(8Bit wide)
uint32_t RESERVED5[644U];
__OM uint32_t STIR; // 软件触发中断寄存器
} NVIC_Type;
在配置中断的时候我们一般只用ISER、ICER和IP这三个寄存器，ISER用来使能中断，ICER用来失能中断，IP用来设置中断优先级。
11.2.2. NVIC 中断配置固件库¶
固件库文件core_cM4.h的最后，还提供了NVIC的一些函数，这些函数遵循CMSIS规则，只要是Cortex-M7 的处理器都可以使用，具体如下：
表格 16‑3 符合CMSIS标准的NVIC库函数
NVIC库函数 |
描述 |
|---|---|
void NVIC_EnableIRQ(IRQn_Type IRQn) |
使能中断 |
void NVIC_DisableIRQ(IRQn_Type IRQn) |
失能中断 |
void NVIC_SetPendingIRQ(IRQn_Type IRQn) |
设置中断悬起位 |
void NVIC_ClearPendingIRQ(IRQn_Type IRQn) |
清除中断悬起位 |
uint32_t NVIC_GetPendingIRQ(IRQn_Type IRQn) |
获取悬起中断编号 |
void NVIC_SetPriority(IRQn_Type IRQn, uint32_t priority) |
设置中断优先级 |
uint32_t NVIC_GetPriority(IRQn_Type IRQn) |
获取中断优先级 |
void NVIC_SystemReset(void) |
系统复位 |
这些库函数我们在编程的时候用的都比较少，甚至基本都不用。在配置中断的时候我们还有更简洁的方法，请看中断编程小节。
11.3. 优先级的定义¶
11.3.1. 优先级定义¶
在NVIC有一个专门的寄存器：中断优先级寄存器NVIC_IPRx（在MP157中，x=0…59）用来配置外部中断的优先级， IPR宽度为8bit，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。 但是绝大多数CM4芯片都会精简设计，以致实际上支持的优先级数减少， 在STM32MP157 Cortex-M中，只使用了高4bit，如下所示：
表格 16‑4 STM32MP157 Cortex-M 使用4bit表达优先级
bit7 |
bit6 |
bit5 |
bit4 |
bit3 |
bit2 |
bit1 |
bit0 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
用于表达优先级 |
未使用，读回为0 |
||||||
用于表达优先级的这4bit，又被分组成抢占优先级和子优先级。如果有多个中断同时响应，抢占优先级高的就会 抢占抢占优先级低的优先得到执行，如果抢占优先级相同，就比较子优先级。如果抢占优先级和子优先级都相同的话， 就比较他们的硬件中断编号，编号越小，优先级越高。
11.3.2. 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， MP157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stm32mp1xx_hal_cortex.c和stm32mp1xx_hal_cortex.h中。
代码 16‑3代码 4 中断优先级分组库函数
/**
* 配置中断优先级分组：抢占优先级和子优先级
* 形参如下：
* @arg NVIC_PriorityGroup_0: 0bit for抢占优先级
* 4 bits for 子优先级
* @arg NVIC_PriorityGroup_1: 1 bit for抢占优先级
* 3 bits for 子优先级
* @arg NVIC_PriorityGroup_2: 2 bit for抢占优先级
* 2 bits for 子优先级
* @arg NVIC_PriorityGroup_3: 3 bit for抢占优先级
* 1 bits for 子优先级
* @arg NVIC_PriorityGroup_4: 4 bit for抢占优先级
* 0 bits for 子优先级
* @注意 如果优先级分组为0，则抢占优先级就不存在，优先级就全部由子优先级控制
*/
void NVIC_PriorityGroupConfig(uint32_t PriorityGroup)
{
// 检查参数
assert_param(IS_NVIC_PRIORITY_GROUP(PriorityGroup));
// 设置优先级分组
NVIC_SetPriorityGrouping(PriorityGroup);
}
表格 16‑5 优先级分组真值表
优先级分组 |
主优先级 |
子优先级 |
描述 |
|---|---|---|---|
NVIC_PriorityGroup_0 |
0 |
0-15 |
主-0bit，子-4bit |
NVIC_PriorityGroup_1 |
0-1 |
0-7 |
主-1bit，子-3bit |
NVIC_PriorityGroup_2 |
0-3 |
0-3 |
主-2bit，子-2bit |
NVIC_PriorityGroup_3 |
0-7 |
0-1 |
主-3bit，子-1bit |
NVIC_PriorityGroup_4 |
0-15 |
0 |
主-4bit，子-0bit |
11.4. 中断编程¶
在配置每个中断的时候一般有3个编程要点：
使用HAL_NVIC_SetPriorityGrouping(uint32_t PriorityGroup)函数配置中断优先级分组。一般默认是NVIC_PRIORITYGROUP_4分组4。
使用HAL_NVIC_SetPriority(IRQn_Type IRQn, uint32_t PreemptPriority, uint32_t SubPriority)函数配置具体外设中断通道的抢占优先级和子优先级。
使用HAL_NVIC_EnableIRQ函数使能中断请求。
代码 16‑5代码 6 IRQn_Type中断源结构体
typedef enum IRQn {
//Cortex-M7 处理器异常编号
NonMaskableInt_IRQn = -14,
HardFault_IRQn = -13,
MemoryManagement_IRQn = -12,
BusFault_IRQn = -11,
UsageFault_IRQn = -10,
SVCall_IRQn = -5,
DebugMonitor_IRQn = -4,
PendSV_IRQn = -2,
SysTick_IRQn = -1,
//STM32 外部中断编号
WWDG1_IRQn = 0,
PVD_AVD_IRQn = 1,
TAMP_IRQn = 2,
// 限于篇幅，中间部分代码省略，具体的可查看库文件stm32mp1xx.h
LPTIM2_IRQn = 138,
LPTIM3_IRQn = 139,
LPTIM4_IRQn = 140,
LPTIM5_IRQn = 141,
ETH1_LPI_IRQn = 142,
RESERVED_143 = 143,
MPU_SEV_IRQn = 144,
RCC_WAKEUP_IRQn = 145,
SAI4_IRQn = 146,
DTS_IRQn = 147,
RESERVED_148 = 148,
WAKEUP_PIN_IRQn = 149,
} IRQn_Type;
PreemptPriority：抢占优先级，具体的值要根据优先级分组来确定，具体参考表格 优先级分组真值表。
SubPriority：子优先级，具体的值要根据优先级分组来确定，具体参考表格 优先级分组真值表 。
编写中断服务函数
在启动文件startup_stm32mp1xx.s中我们预先为每个中断都写了一个中断服务函数，只是这些中断函数都是为空， 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，中断服务函数我们统一写在stm32mp1xx_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。