ARM中斷嵌套寄存器NVIC使用說(shuō)明
在ARM9系列中,針對(duì)某種具體的芯片如stm23f103zet6,可以將其看做contex-M3和外設(shè)的集成。針對(duì)于某種具體的功能(計(jì)數(shù)器、spi等)要同時(shí)對(duì)該功能下內(nèi)核的狀態(tài)和外設(shè)的狀態(tài)進(jìn)行設(shè)定。在ARM9中,中斷與內(nèi)核緊密聯(lián)系,要實(shí)現(xiàn)某一外設(shè)的中斷功能就必須對(duì)內(nèi)部控制系統(tǒng)(NVIC)進(jìn)行設(shè)定。
轉(zhuǎn)自:秦工的博客http://www.arm32.com/post/304.html
1)NVIC是CortexM3內(nèi)核的標(biāo)準(zhǔn)組件,其實(shí)很簡(jiǎn)單。與其類(lèi)似的還有MPU,SYSTick,調(diào)試/Trace等模塊(如果芯片集成了)。NVIC即是Nested Vectored Interrupt Controller,即是中斷嵌套向量控制器。
下面是我在學(xué)習(xí)Corter-M3和Cortex-M0的NVIC的總結(jié),CM3和CM0大部分內(nèi)容都完全一致,不一致的地方下面用綠色大字體標(biāo)了出來(lái)。
ARM Cortex-M3 處理器和嵌套向量中斷控制器(NVIC)將區(qū)分所有異常的優(yōu)先等級(jí)并對(duì)其進(jìn)行處理。所有異常都在處理器模式中處理。在出現(xiàn)異常時(shí),處理器的狀態(tài)將被自動(dòng)存儲(chǔ)到堆棧中,并在中斷服務(wù)程序(ISR)結(jié)束時(shí)自動(dòng)從堆棧中恢復(fù)。取出向量和保存狀態(tài)是同時(shí)進(jìn)行的,這樣便提高了進(jìn)入中斷的效率。處理器還支持末尾連鎖(tail-chaining),這使處理器無(wú)需保存和恢復(fù)狀態(tài)便可執(zhí)行連續(xù)的(back-to-back)中斷。
2)ARM體系結(jié)構(gòu)支持以下操作模式:
用戶(hù) 模式: 在執(zhí)行完CPU啟動(dòng)代碼文件Startup.s后正常的程序執(zhí)行狀態(tài)。
系統(tǒng) 模式: 運(yùn)行一些操作系統(tǒng)核。
IRQ (中斷) 模式: 通用的中斷處理模式。
FIQ (快速中斷) 模式: 快速中斷,處理一些特殊的中斷源。
管理 模式: 進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)的執(zhí)行;通常在復(fù)位或使用SWI指令時(shí)進(jìn)入此模式。
異常 模式: 在數(shù)據(jù)或指令預(yù)取失敗時(shí)進(jìn)入此模式。
未定義 模式: 當(dāng)執(zhí)行一個(gè)未定義的指令時(shí)進(jìn)入此模。
3)STM32(Cortex-M3)中有兩個(gè)優(yōu)先級(jí)的概念——搶占式優(yōu)先級(jí)和響應(yīng)優(yōu)先級(jí),有人把響應(yīng)優(yōu)先級(jí)稱(chēng)作'亞優(yōu)先級(jí)'或'副優(yōu)先級(jí)(有關(guān)這個(gè)概念在下面附加內(nèi)容有)',每個(gè)中斷源都需要被指定這兩種優(yōu)先級(jí)。
具有高搶占式優(yōu)先級(jí)的中斷可以在具有低搶占式優(yōu)先級(jí)的中斷處理過(guò)程中被響應(yīng),即中斷嵌套,或者說(shuō)高搶占式優(yōu)先級(jí)的中斷可以嵌套低搶占式優(yōu)先級(jí)的中斷。
當(dāng)兩個(gè)中斷源的搶占式優(yōu)先級(jí)相同時(shí),這兩個(gè)中斷將沒(méi)有嵌套關(guān)系,當(dāng)一個(gè)中斷到來(lái)后,如果正在處理另一個(gè)中斷,這個(gè)后到來(lái)的中斷就要等到前一個(gè)中斷處理完之后才能被處理。如果這兩個(gè)中斷同時(shí)到達(dá),則中斷控制器根據(jù)他們的響應(yīng)優(yōu)先級(jí)高低來(lái)決定先處理哪一個(gè);如果他們的搶占式優(yōu)先級(jí)和響應(yīng)優(yōu)先級(jí)都相等,則根據(jù)他們?cè)谥袛啾碇械呐盼豁樞驔Q定先處理哪一個(gè)。
4)CM3 有 最多240個(gè)中斷(通常外部中斷寫(xiě)作IRQs),就是 軟件上說(shuō)的IRQ CHANAELx(中斷通道號(hào)x), 從IRQ0 ~ IRQ31的中斷號(hào)(向量號(hào):16 ~ 47).
每個(gè)中斷有自己的可編程的中斷優(yōu)先級(jí)【 有唯一對(duì)應(yīng)的 中斷優(yōu)先級(jí)寄存器】.
由于CM3支持 硬件中斷嵌套,所以可以有 256 級(jí)的可編程優(yōu)先級(jí)
和 256級(jí)中斷嵌套【 書(shū)上稱(chēng):搶占(preempt)優(yōu)先級(jí)】
所以大家可以設(shè):(用戶(hù)可設(shè)置的最高優(yōu)先級(jí)(0)在內(nèi)部看作是優(yōu)先級(jí)4,僅次于復(fù)位(優(yōu)先級(jí)為-3)、NMI(優(yōu)先級(jí)為-2)以及硬件故障(優(yōu)先級(jí)為-1)。注意:0是所有可調(diào)整優(yōu)先級(jí)的默認(rèn)優(yōu)先級(jí)。)
IRQ CHANAEL 0 通道 = 2 (就是IRQ0=2) 中斷優(yōu)先級(jí) WWDG 窗口定時(shí)器中斷
IRQ CHANAEL 1 通道 = 0 中斷優(yōu)先級(jí) PVD 聯(lián)到EXTI的電源電壓檢測(cè)(PVD)中斷
IRQ CHANAEL 3 通道 = 255 中斷優(yōu)先級(jí) RTC 實(shí)時(shí)時(shí)鐘(RTC)全局中斷
IRQ CHANAEL 6 通道 = 10 中斷優(yōu)先級(jí) EXTI0 EXTI線0中斷
.....
IRQ CHANAEL 239 通道 = (0
而8級(jí)中斷嵌套這又是何解呢(注意在Cortex-M0內(nèi)核中,只支持4級(jí)嵌套)?
是這樣的,上面說(shuō) 一個(gè) 【中斷】對(duì)應(yīng) 一個(gè)【中斷優(yōu)先級(jí)寄存器】,而這個(gè)寄存器是 8 位的。當(dāng)然就是256級(jí)了。而現(xiàn)在就用了 它其中的 BIT7,IT6,BIT5 三位來(lái)表示(注意在Cortex-M0內(nèi)核中,只有2位 BIT 7,BIT6),而且是MSB(什么是MSB,參考點(diǎn)擊)對(duì)齊的。用了3 個(gè)位來(lái)表達(dá)優(yōu)先級(jí)(MSB 對(duì)齊的我們能夠使用的8 個(gè)優(yōu)先級(jí)為:0x00(最高),0x20,0x40,0x60,0x80,0xA0,0xC0 以及0xE0。) 這樣我們?cè)凇局袛鄡?yōu)先級(jí)寄存器】就不能按理論的填 0到255之間的數(shù)了,
而只能填0x00(最高),0x20,0x40,0x60,0x80,0xA0,0xC0 以及0xE0。)
大家注意到了,上面通道0和通道3 的優(yōu)先級(jí)都是0X20, 這怎么辦?如果優(yōu)先級(jí)完全相同的多個(gè)異常同時(shí)懸起,則先響應(yīng)異常編號(hào)最小的那一個(gè)。如IRQ #0會(huì)比IRQ #3 先得到響應(yīng)
【優(yōu)先級(jí)分組】,這又是什么回事?
其實(shí)我回頭看來(lái),這個(gè)【優(yōu)先級(jí)分組】和【搶占優(yōu)先級(jí)】【亞優(yōu)先級(jí)】都毫無(wú)意義的。
如果當(dāng)時(shí)用 256級(jí)即是把【中斷優(yōu)先級(jí)寄存器】的8位都全用上,就沒(méi)這個(gè)必要了。根本不用什么優(yōu)先級(jí)分組了!就是因?yàn)閺S家現(xiàn)在【偷工減料】,才搞出這個(gè)明堂來(lái)的。
是這樣的,在 應(yīng)用程序中斷及復(fù)位控制寄存器(AIRCR) 中的 10:8 位【3位】是表示【優(yōu)先級(jí)分組】,它作用主要是用于對(duì)【中斷優(yōu)先級(jí)寄存器】『我們現(xiàn)在中用了BIT7,BIT6,BIT5三位』的功能的說(shuō)明。
有一個(gè)表,在《Cortex-M3 權(quán)威指南》的110頁(yè), 例如我們把AIRCR的10:8 位設(shè)為【5】 ,
查表可得【搶占優(yōu)先級(jí)】=【7:6】,【亞優(yōu)先級(jí)】=【5:0】,
對(duì)于【中斷優(yōu)先級(jí)寄存器】只用了BIT7,6,5, 因此我們可以看作是 【7:6】,【5】。那4-0 可以不管。
現(xiàn)在我們的 IRQ0=0X20, IRQ3=0X20, 也就是 【0 0 1 0 】『 bit7=0,bit6=0,bit5=1,bit4=0』
因?yàn)榇蠹遥↖RQ0/IRQ3)的 【搶占優(yōu)先級(jí)】=【7:6】都是0, 說(shuō)明它們的中斷相應(yīng)級(jí)別是一樣的。
再繼續(xù)判斷它們哪個(gè)更優(yōu)先的責(zé)任就要看【5】,結(jié)果連【5】都是一樣的!
那就按默認(rèn):
// 如果優(yōu)先級(jí)完全相同的多個(gè)異常同時(shí)懸起,則先響應(yīng)異常編號(hào)最小的那一個(gè)。如IRQ #0會(huì)比IRQ #3 先得到響應(yīng)。由于CM3沒(méi)有進(jìn)中斷【關(guān)全局中斷相應(yīng)】這事,只要是中斷通道打開(kāi)了,就會(huì)存在 通道間的 嵌套,即是會(huì)發(fā)生
【搶占】的情況了。
附加:搶占式優(yōu)先級(jí)和響應(yīng)優(yōu)先級(jí)解析:
STM32(Cortex-M3)中的優(yōu)先級(jí)概念
STM32(Cortex-M3)中有兩個(gè)優(yōu)先級(jí)的概念——搶占式優(yōu)先級(jí)和響應(yīng)優(yōu)先級(jí),有人把響應(yīng)優(yōu)先級(jí)稱(chēng)作'亞優(yōu)先級(jí)'或'副優(yōu)先級(jí)',每個(gè)中斷源都需要被指定這兩種優(yōu)先級(jí)。
具有高搶占式優(yōu)先級(jí)的中斷可以在具有低搶占式優(yōu)先級(jí)的中斷處理過(guò)程中被響應(yīng),即中斷嵌套,或者說(shuō)高搶占式優(yōu)先級(jí)的中斷可以嵌套低搶占式優(yōu)先級(jí)的中斷。
當(dāng)兩個(gè)中斷源的搶占式優(yōu)先級(jí)相同時(shí),這兩個(gè)中斷將沒(méi)有嵌套關(guān)系,當(dāng)一個(gè)中斷到來(lái)后,如果正在處理另一個(gè)中斷,這個(gè)后到來(lái)的中斷就要等到前一個(gè)中斷處理完之后才能被處理。如果這兩個(gè)中斷同時(shí)到達(dá),則中斷控制器根據(jù)他們的響應(yīng)優(yōu)先級(jí)高低來(lái)決定先處理哪一個(gè);如果他們的搶占式優(yōu)先級(jí)和響應(yīng)優(yōu)先級(jí)都相等,則根據(jù)他們?cè)谥袛啾碇械呐盼豁樞驔Q定先處理哪一個(gè)。
既然每個(gè)中斷源都需要被指定這兩種優(yōu)先級(jí),就需要有相應(yīng)的寄存器位記錄每個(gè)中斷的優(yōu)先級(jí);在Cortex-M3 中定義了8個(gè)比特位用于設(shè)置中斷源的優(yōu)先級(jí),這8個(gè)比特位可以有8種分配方式,如下:
沒(méi)有位用于指定響應(yīng)優(yōu)先級(jí) , 所有8位用于指定響應(yīng)優(yōu)先級(jí)
最高1位用于指定搶占式優(yōu)先級(jí),最低7位用于指定響應(yīng)優(yōu)先級(jí)
最高2位用于指定搶占式優(yōu)先級(jí),最低6位用于指定響應(yīng)優(yōu)先級(jí)
最高3位用于指定搶占式優(yōu)先級(jí),最低5位用于指定響應(yīng)優(yōu)先級(jí)
最高4位用于指定搶占式優(yōu)先級(jí),最低4位用于指定響應(yīng)優(yōu)先級(jí)
最高5位用于指定搶占式優(yōu)先級(jí),最低3位用于指定響應(yīng)優(yōu)先級(jí)
最高6位用于指定搶占式優(yōu)先級(jí),最低2位用于指定響應(yīng)優(yōu)先級(jí)
最高7位用于指定搶占式優(yōu)先級(jí),最低1位用于指定響應(yīng)優(yōu)先級(jí)
上面就是優(yōu)先級(jí)分組的概念。
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Cortex-M3允許具有較少中斷源時(shí)使用較少的寄存器位指定中斷源的優(yōu)先級(jí),因此STM32把指定中斷優(yōu)先級(jí)的寄存器位減少到4位,這4個(gè)寄存器位的分組方式如下:
第0組:所有4位用于指定響應(yīng)優(yōu)先級(jí)
第1組:最高1位用于指定搶占式優(yōu)先級(jí),最低3位用于指定響應(yīng)優(yōu)先級(jí)
第2組:最高2位用于指定搶占式優(yōu)先級(jí),最低2位用于指定響應(yīng)優(yōu)先級(jí)
第3組:最高3位用于指定搶占式優(yōu)先級(jí),最低1位用于指定響應(yīng)優(yōu)先級(jí)
第4組:所有4位用于指定搶占式優(yōu)先級(jí)
可以通過(guò)調(diào)用STM32的固件庫(kù)中的函數(shù)NVIC_PriorityGroupConfig()(在CM0中是NVIC_SetPriorityGrouping())選擇使用哪種優(yōu)先級(jí)分組方式,這個(gè)函數(shù)的參數(shù)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(lái)就是指定中斷源的優(yōu)先級(jí),下面以一個(gè)簡(jiǎn)單的例子說(shuō)明如何指定中斷源的搶占式優(yōu)先級(jí)和響應(yīng)優(yōu)先級(jí):
// 選擇使用優(yōu)先級(jí)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(yōu)先級(jí)別1
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0; // 指定響應(yīng)優(yōu)先級(jí)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(yōu)先級(jí)別0
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1; // 指定響應(yīng)優(yōu)先級(jí)別1
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
要注意的幾點(diǎn)是:
1)如果指定的搶占式優(yōu)先級(jí)別或響應(yīng)優(yōu)先級(jí)別超出了選定的優(yōu)先級(jí)分組所限定的范圍,將可能得到意想不到的結(jié)果;
2)搶占式優(yōu)先級(jí)別相同的中斷源之間沒(méi)有嵌套關(guān)系;
3)如果某個(gè)中斷源被指定為某個(gè)搶占式優(yōu)先級(jí)別,又沒(méi)有其它中斷源處于同一個(gè)搶占式優(yōu)先級(jí)別,則可以為這個(gè)中斷源指定任意有效的響應(yīng)優(yōu)先級(jí)別。
二,開(kāi)關(guān)總中斷:
在STM32/Cortex-M3中是通過(guò)改變CPU的當(dāng)前優(yōu)先級(jí)來(lái)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(dāng)前CPU優(yōu)先級(jí)=0)。
FAULTMASK位:只允許NMI,其他所有中斷/異常都被屏蔽(當(dāng)前CPU優(yōu)先級(jí)=-1)。
在STM32固件庫(kù)中(stm32f10x_nvic.c和stm32f10x_nvic.h) 定義了四個(gè)函數(shù)操作PRIMASK位和FAULTMASK位,改變CPU的當(dāng)前優(yōu)先級(jí),從而達(dá)到控制所有中斷的目的。
下面兩個(gè)函數(shù)等效于關(guān)閉總中斷:
void NVIC_SETPRIMASK(void);
void NVIC_SETFAULTMASK(void);
下面兩個(gè)函數(shù)等效于開(kāi)放總中斷:
void NVIC_RESETPRIMASK(void);
void NVIC_RESETFAULTMASK(void);
上面兩組函數(shù)要成對(duì)使用,不能交叉使用。
例如:
第一種方法:
NVIC_SETPRIMASK(); //關(guān)閉總中斷
NVIC_RESETPRIMASK();//開(kāi)放總中斷
第二種方法:
NVIC_SETFAULTMASK(); //關(guān)閉總中斷
NVIC_RESETFAULTMASK();//開(kāi)放總中斷
常常使用
NVIC_SETPRIMASK(); // Disable Interrupts
NVIC_RESETPRIMASK(); // Enable Interrupts





