STM32 NVIC

只看该作者 · 2023-7-28 00:43

STM32(Cortex-M3)中有两个优先级的概念——抢占式优先级和响应优先级，有人把响应优先级称作'亚优先级'或'副优先级'，每个中断源都需要被指定这两种优先级。

具有高抢占式优先级的中断可以在具有低抢占式优先级的中断处理过程中被响应，即中断嵌套，或者说高抢占式优先级的中断可以嵌套低抢占式优先级的中断。

当两个中断源的抢占式优先级相同时，这两个中断将没有嵌套关系，当一个中断到来后，如果正在处理另一个中断，这个后到来的中断就要等到前一个中断处理完之后才能被处理。如果这两个中断同时到达，则中断控制器根据他们的响应优先级高低来决定先处理哪一个；如果他们的抢占式优先级和响应优先级都相等，则根据他们在中断表中的排位顺序决定先处理哪一个。

既然每个中断源都需要被指定这两种优先级，就需要有相应的寄存器位记录每个中断的优先级；在Cortex-M3中定义了8个比特位用于设置中断源的优先级，这8个比特位可以有8种分配方式，如下：

所有8位用于指定响应优先级
最高1位用于指定抢占式优先级，最低7位用于指定响应优先级
最高2位用于指定抢占式优先级，最低6位用于指定响应优先级
最高3位用于指定抢占式优先级，最低5位用于指定响应优先级
最高4位用于指定抢占式优先级，最低4位用于指定响应优先级
最高5位用于指定抢占式优先级，最低3位用于指定响应优先级
最高6位用于指定抢占式优先级，最低2位用于指定响应优先级
最高7位用于指定抢占式优先级，最低1位用于指定响应优先级

这就是优先级分组的概念。

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Cortex-M3允许具有较少中断源时使用较少的寄存器位指定中断源的优先级，因此STM32把指定中断优先级的寄存器位减少到4位，这4个寄存器位的分组方式如下：

第0组：所有4位用于指定响应优先级
第1组：最高1位用于指定抢占式优先级，最低3位用于指定响应优先级
第2组：最高2位用于指定抢占式优先级，最低2位用于指定响应优先级
第3组：最高3位用于指定抢占式优先级，最低1位用于指定响应优先级
第4组：所有4位用于指定抢占式优先级

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可以通过调用STM32的固件库中的函数NVIC_PriorityGroupConfig()选择使用哪种优先级分组方式，这个函数的参数有下列5种：

NVIC_PriorityGroup_0 => 选择第0组
NVIC_PriorityGroup_1 => 选择第1组
NVIC_PriorityGroup_2 => 选择第2组
NVIC_PriorityGroup_3 => 选择第3组
NVIC_PriorityGroup_4 => 选择第4组

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接下来就是指定中断源的优先级，下面以一个简单的例子说明如何指定中断源的抢占式优先级和响应优先级：

// 选择使用优先级分组第1组
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1);

// 使能EXTI0中断
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI0_IRQChannel;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1; // 指定抢占式优先级别1

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0; // 指定响应优先级别0
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

// 使能EXTI9_5中断
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI9_5_IRQChannel;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0; // 指定抢占式优先级别0
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1; // 指定响应优先级别1
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

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要注意的几点是：

1）如果指定的抢占式优先级别或响应优先级别超出了选定的优先级分组所限定的范围，将可能得到意想不到的结果；

2）抢占式优先级别相同的中断源之间没有嵌套关系；

3）如果某个中断源被指定为某个抢占式优先级别，又没有其它中断源处于同一个抢占式优先级别，则可以为这个中断源指定任意有效的响应优先级别。

只看该作者 · 2023-7-28 00:43

下面是一个牛人的理解：

绕来绕去终于大概明白了。

STM32有43个channel的settable的中断源；AIRC(Application Interrupt and Reset Register)寄存器中有用于指定优先级的4 bits。这4个bits用于分配preemption优先级和sub优先级，在STM32的固件库中定义如下
/* 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 */

只看该作者 · 2023-7-28 00:44

形象化的理解是：

你是上帝，
造了43个人，这么多人要分社会阶级和社会阶层了；
因为“阶级”的词性比较重；"阶层"比较中性,
所以preemption优先级->阶级；每个阶级内部，有一些阶层，sub优先级->阶层；

如果按照NVIC_PriorityGroup_4这么分，就分为了16个阶级（1个阶层就是1个preemption优先级），0个阶层；高阶级的人，可以打断低阶级的正在做事的人（嵌套），最多可以完成1个中断和15级嵌套。
每个阶级（每个preemption优先级），你来指定这43人中，谁进入该阶级；一个人叫EXTI0_IRQChannel，你指定他进入“阶级8”，则
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI0_IRQChannel;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 8; // 指定抢占式优先级别，可取0-15

只看该作者 · 2023-7-28 00:44

另外，在同一阶级内部，一个人在做事的时候，另外一个人不能打断他；（preemption优先级别相同的中断源之间没有嵌套关系）
还有，如果他们两个同时想做事，因为没有阶层，那么就根据Vector table中的物理排序，让排名靠前的人去做；

又有1个人SPI1_IRQChannel，设定如下
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = SPI1_IRQChannel;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0; // 指定抢占式优先级别，可取0-15

SPI1_IRQChannel的阶级高，EXTI0_IRQChannel做事的时候可以打断（嵌套）。

只看该作者 · 2023-7-28 00:44

如果按照NVIC_PriorityGroup_3这么分，就分为了8个阶级（1个阶级是1个preemption优先级），每个阶级内有2个阶层（sub优先级）；高阶级的人，可以打断低阶级的正在做事的人（嵌套），最多可以完成1个中断和7级嵌套。

每个阶级（每个preemption优先级），你来指定这43人中，谁进入该阶级；一个人叫EXTI0_IRQChannel，你指定他进入“阶级3”，则：
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI0_IRQChannel;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 3; // 指定抢占式优先级别，可取0-7
还需要指定他的阶层：
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0; // 指定响应优先级别，可取0-1

另有1个人叫EXTI9_5_IRQChannel，他的阶级和阶层设定如下
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI9_5_IRQChannel;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 3; // 指定抢占式优先级别，可取0-7
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1; // 指定响应优先级别

那么这两个人是同一阶级的兄弟，一个人在做事的时候，另外一个人不能打断他；（preemption优先级别相同的中断源之间没有嵌套关系）
如果他们两个同时想做事，因为前者的阶层高，所以前者优先。

还有一个人叫USART1_IRQChannel，他的阶级和阶层设定如下
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQChannel;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2; // 指定抢占式优先级别，可取0-7
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1; // 指定响应优先级别

USART1_IRQChannel的优先级最高，当前面两个人做事的时候，他都可以打断（嵌套）。

只看该作者 · 2023-7-28 00:44

其他的类推。

结论：

1）抢占优先级越小，优先级越高；相同抢占优先级的中断不能嵌套；

2）相同抢占优先级N个中断发生时，响应优先级越小的中断首先执行（不能嵌套），如果响应优先级也均相同，则根据各中断对应向量表的位置来确定，向量表中越靠前的中断先响应。