EXTI外部中断

中断的概念：在主程序运行过程中，出现特定的中断触发条件（也称中断源）时，CPU在执行完当前指令后，会暂停正在运行的程序转而去处理中断程序，处理完成后再返回原来暂停的位置继续运行。

通常，当发生中断时，在执行完当前指令后，芯片内部的中断控制器会检查中断请求，并选择要响应的中断请求，响应该中断请求本质是CPU跳转到指定的指令地址去执行，该指令地址称为中断向量。中断向量在芯片设计时就指定了，也可以在上电后通过配置寄存器进行修改向量表起始地址。

中断优先级：在同一时刻可能有多个中断源请求CPU，此时CPU就会根据中断源的优先级选择其他一个响应，而其他未被响应的中断会在前面的中断完成后再进行响应。

中断嵌套：由于中断源存在优先级，因此高优先级的中断可以打断正在执行的低优先级的中断，当高优先级的中断执行完毕后，再继续执行未完成的低优先级中断响应程序。

芯片的架构和功能通常都是模块化的，因此对于中断功能，在芯片内也有专门的中断控制器对中断请求进行管理。并且，其他功能模块也控制着该模块与中断控制器连接的通路。以STM32为例，管理中断的控制器名称是NVIC。STM32具有68个可屏蔽中断通道，包括EXTI、TIM、ADC、USART、SPI、RTC等多个外设。这些外设也有专门控制器进行配置，并且需要配置这些模块与NVIC中断控制器连接才能够实现触发CPU中断。NVIC统一管理通向CPU的中断通道，每个中断通道有16个可编程（也即可通过程序定义）的优先级，并且可以对优先级进行分组进一步分为抢占优先级和响应优先级。中断系统的结构示意图如下所示。

图中，芯片上各个外设模块通过链路连接到内核中的NVIC控制器（这个其实算是内核中的外设），当这些外设中的某些条件满足时，会驱动连接线产生电平变化，NVIC通过感知连接线的电平变化判断是否产生了中断，并对中断进行管理，然后选择要响应的中断上报给CPU去对应的中断向量地址执行指令，该指令通常是一条跳转指令，跳转到真正的中断处理函数中。

以EXTI外部中断为例，STM32芯片上的中断链路结构如图所示。

外部中断控制器EXTI的结构图如下

从图中可以看出，EXTI控制器挂在在APB外设总线上，并通过寄存器配置通向NVIC中断控制器的信息流、边沿检测电路、脉冲发生器等。

EXTI外部中断支持检测所有GPIO口的电平变化以产生中断，外加PVD输出、RTC闹钟、USB唤醒、以太网唤醒。从结构图可以看出，GPIO模块连接到AFIO复用控制器模块，然后连接到EXTI外部中断控制器模块，最后到NVIC中断控制器，最终再由NVIC控制器向CPU上报。因此对于某一个GPIO引脚，通过引脚电平产生外部中断时的配置流程应该遵循信号的流向关系，也即分为以下几步：
（1）配置GPIO控制器，复用引脚为输入模式，以及电气属性、速度等配置；
（2）配置AFIO复用控制器，选择GPIO引脚的中断功能，将引脚连接到AFIO控制器；
（3）配置EXTI外部中断控制器，选择由AFIO通向EXTI的中断控制线（链路）；
（4）配置NVIC中断控制器，选择由EXTI控制器流向NVIC控制器的链路；
需要注意的是，不同的GPIO模块中相同序号的pin共用一条通向AFIO的链路，也因此共用同一条最终通向NVIC的链路，至于最终是哪个GPIO模块的pin引起的中断，可以通过在中断处理程序中读取引脚电平来进行判断。具体地，GPIOA的1号引脚和GPIOB、GPIOC、GPIOD、GPIOE的1号引脚共用同一条中断链路，最终通向NVIC控制器的都是EXTI0，触发中断时执行的也是同一个中断处理程序。

图中，PVD输出、RTC闹钟、USB唤醒、以太网唤醒则是直接连接到了EXTI控制器，因此配置过程与GPIO引脚外部中断的配置过程稍有不同，但是流程都是类似的，都要遵循信号的流向进行配置。

下面以具体的代码演示说明外部中断的初始化过程：

点击查看代码

void gpioExitInit(void){
	/*
		开启时钟：GPIO控制器时钟和
		AFIO复用控制器时钟
	*/
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);
	
	//初始化GPIO为输入
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
	
	//AFIO复用控制器选择中断引脚
	GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOB, GPIO_PinSource10);
	
	//EXTI外部中断控制器初始化
	EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStructre;
	EXTI_InitStructre.EXTI_Line = EXTI_Line10;
	EXTI_InitStructre.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;
	EXTI_InitStructre.EXTI_LineCmd = ENABLE;
	EXTI_InitStructre.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Falling;
	EXTI_Init(&EXTI_InitStructre); //传入配置结构体进行初始化
	
	//NVIC中断控制器配置
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); //优先级分组
	
	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructer;
	NVIC_InitStructer.NVIC_IRQChannel = EXTI15_10_IRQn;
	NVIC_InitStructer.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;
	NVIC_InitStructer.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;
	NVIC_InitStructer.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructer); //传入配置结构体进行初始化
	
}

从代码中可以看出，GPIO外部初始化过程遵循了上面的结构图和信号链路流向：
（1）开启GPIO模块和AFIO模块的时钟；
（2）初始化GPIO引脚；
（3）通过AFIO复用控制器选择中断引脚，建立GPIO引脚到AFIO控制器的链路；
（4）EXTI外部中断控制器选择中断控制线并初始化，建立AFIO控制器到EXTI控制器的链路；
（5）选择NVIC优先级分组，选择并初始化通向NVIC控制器的中断线，建立EXTI外部中断控制器到NVIC中断控制器的链路。

对于中断处理程序，通常包含以下几步：
（1）判断是否对应想要的中断控制线产生的中断；
（2）如果（1）成立，执行相关的处理程序；
（3）执行完处理程序后清除中断标志位，以便后续能够重新产生中断。

其中一个中断处理函数代码如下：

点击查看代码

//中断处理函数
void EXTI15_10_IRQHandler(void) {
	/*
		（1）判断是否是所使用的引脚产生的中断
		（2）再次判断引脚电平，以防止出现数据抖动导致的错误记录
		（3）如果确实是产生了中断，计数值加1
		（4）清除中断标志位，以便下一次能够继续进入中断
	*/
	if (EXTI_GetITStatus(EXTI_Line10) == SET) {
		if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_10) == 0) {
			count++;
		}
		//清除中断标志位
		EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line10);
	}
	
}
 

中断处理函数其实是对启动代码中对应中断向量跳转函数的重载，并且中断处理函数无参无返回值。启动代码中中断向量表如下图。