本帖最后由 智芯云技术 于 2023-12-21 11:57 编辑
NVIC 介绍
NVIC(Nested vectored interrupt controller，嵌套向量中断控制器)是Cortex-M处理器的一部分，它是可编程的，且寄存器位于存储器映射的系统控制空间(SCS)。NVIC与内核相辅相成，共同完成对中断的响应。本章将介绍中断的优先级设置、如何定义中断函数名称、中断向量如何偏移。有关NVIC的更多知识，请见《ARM Coretex-M3权威指南》。
优先级的设置
在Cortex-M中，优先级对于异常来说很关键的，它会影响一个异常是否能被响应，以及何时可以响应。优先级的数值越小，则优先级越高。Cortex-M支持中断嵌套，使得高优先级异常会抢占低优先级异常。有3个系统异常：复位，NMI以及硬fault，它们有固定的优先级，并且它们的优先级号是负数，从而高于所有其它异常。所有其它异常的优先级则都是可编程的，但不能编程为负数。原则上，Cortex-M支持3 个固定的高优先级和多达256 级的可编程优先级，并且支持128级抢占。但是，绝大多数CM3芯片都会精简设计，以致实际上支持的优先级数会更少，如8级，16级，32级等。它们在设计时会裁掉表达优先级的几个低端有效位，以达到减少优先级数的目的。举例来说，如果只使用了4位来表达优先级，则优先级配置寄存器的结构
使用 4bit 表达优先级
GD32Fxxx系列和GD32E10X系列使用了4位来表达优先级。GD32E23x使用的是M23内核，只使用了2位表达优先级。
说明：GD32Fxxx系列是指：GD32F10x、GD32F1x0、GD32F20x、GD32F30x、GD32F3x0、GD32F40x、GD32F4xx。
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。
GD32Fxxx系列和GD32E10x系列可以设置抢占优先级和子优先级的等级，GD32E23x系列没有抢占优先级和子优先级的说法，只可以设置优先级。
下面以GD32F10x举例说明如何设置优先级位数以及抢占优先级和子优先级的等级。在GD32f10x_misc.c文件中，nvic_priority_group_set函数用于设置多少位用于抢占优先级，多少位用于子优先级；nvic_irq_enable函数用于设置相应中断的抢占优先级和子优先级的等级。比如现在要设置SPI0的中断，其抢占优先级和子优先级的位数均为2，抢占优先级的等级为0，子优先级的等级为1，那么代码
SPI0 中断优先级设置
有关这两个函数的原型以及函数参数的说明
参数 nvic_prigroup 说明表
nvic_irq_enable 函数原型
nvic_irq_enable()函数的参数说明表
参数nvic_irq是一个枚举变量，它定义了每一个中断的编号，具体定义在gd32f10x.h文件中
中断号定义
中断服务函数的命名
上一小节介绍了如何设置中断的优先级，那么中断服务函数如何命名和使用呢？ 本小结将介绍这方面的内容。下面以GD32F103C8T6产品为例，介绍如何命名中断服务函数名。GD32F103C8T6的flash容量为64KB，属于中密度产品，其对应的启动文件为startup_gd32f10x_md.s。在该启动文件中我们预先为每个中断都命名了一个中断服务函数，为的是初始化中断向量表。实际的中断服务函数里面的内容需要我们重新编写，中断服务函数我们统一写在gd32f10x_it.c文件里。需要注意的是，中断服务函数的函数名必须和启动文件里面的一样，如果写错了，系统在中断向量表中就会找不到中断服务函数的入口，从而导致进不了中断。为了避免该错误，简单的处理方法是：打开startup_gd32f10x_md.s，找到需要的中断服务函数名，复制该函数名到gd32f10x_it.c文 件 中 即 可 。 以 SPI0 中 断 为 例 ， 打 开 startup_gd32f10x_md.s ， 找 到 SPI0_IRQHandler（SPI0_IRQHandler就是SPI0中断服务函数的名称），复制SPI0_IRQHandler到gd32f10x_it.c，修改其在该函数中就可以添加用户所需的中断服务代码了。
SPI0 中断服务函数
中断向量偏移
当发生了异常并且要响应它时，Cortex-M 需要定位其处理例程的入口地址。这些入口地址存储在所谓的“异常向量表”中。默认情况下，Cortex-M认为该表位于零地址处，且各向量占用4 节，因此每个表项占用4 字节
上电后的向量表
因为地址0处应该存储引导代码，所以它通常是Flash或者是ROM器件，并且它们的值不得在运行时改变。然而，为了动态重分发中断，Cortex-M允许向量表重定位，从其它地址处开始定位各异常向量。这些地址对应的区域可以是代码区，但更多在RAM区。在RAM区就可以修改向量的入口地址了。为了实现这个功能，NVIC中有一个寄存器，称为“向量表偏移量寄存器”（在地址0xE000_ED08处），通过修改它的值就能定位向量表。但必须注意的是：向量表的起始地址是有要求的：必须先求出系统中共有多少个向量，再把这个数字向上增大到是2 的整次幂，而起始地址必须对齐到后者的边界上。例如，如果一共有32个中断，则共有32+16（系统异常）=48个向量，向上增大到2 的整次幂后值为64，因此地址地址必须能被64*4=256 整除，从而合法的起始地址可以是：0x0, 0x100, 0x200等。向量表偏移量寄存器的定义
在gd32f10x_misc.c文件中，nvic_vector_table_set函数就是用来定义中断向量偏移的，该函数的原型
下面举例说明如何使用该函数。在实际使用中，用户会把FALSH分成BOOT区和APP区。BOOT区只用于代码升级，实际应用的程序在APP区里运行。假设客户把FLASH的第0页（大小为1KB）作为BOOT区，该页的地址范围为0x08000000~0x080003FF，第2页、第3页作为APP区，地址范围为0x08000800~0x08000FFF。执行完BOOT区的代码后，程序会跳转到0x08000800的地址开始执行APP程序。0x08000800相对于基地址0x08000000的偏移地址为0x800，此时调用nvic_vector_table_set函数的格式
NVIC 使用注意事项
E23x 系列使用的是 M23 内核，该内核的 NVIC 使用 2bit 定义优先级，并且不分抢占优先级和子优先级。在 gd32e23x_misc.c 文件中，nvic_irq_enable(uint8_t nvic_irq, uint8_t nvic_irq_priority)函数用于设置优先级，该函数的参数说明
nvic_irq_enable()函数的参数说明
参数 描述
nvic_irq 该参数用于设置使用哪个中断
nvic_irq_priority 该参数用于设置优先级。由于 M23 内核的 NVIC 只有两位用于设置
优先级，因此 nvic_irq_priority 的值可以设置为 0~3
EXTI 中断介绍
EXTI(中断/事件控制器)包含多个相互独立的边沿检测电路并且能够向处理器内核产生中断请求或唤醒事件。 EXTI 有三种触发类型：上升沿触发、下降沿触发和任意沿触发。 EXTI中的每一个边沿检测电路都可以独立配置和屏蔽。
GD32 EXTI 外设原理简介
GD32 EXTI 主要特性
◼ 高效的中断处理；
◼ 支持异常抢占和咬尾中断；
◼ 将系统从省电模式唤醒；
◼ 3 种触发类型：上升沿触发，下降沿触发和任意沿触发；
◼ 软件中断或事件触发；
◼ 可配置的触发源。
EXTI 框图
EXTI 可分为两大部分功能，一个是产生中断，另一个是产生事件。EXTI的输入线可以通过寄存器设置为任意GPIO，也可以是一些外设的事件，输入线是存在电平变化的信号。
EXTI包含一个边沿检测电路，它会根据上升沿触发选择寄存器和下降沿触发选择寄存器对应位的设置来控制信号触发。边沿检测电路以输入线作为信号输入端，如果检测到有边沿跳变就输出有效信号给边沿检测电路，否则输出无效信号，而通过配置寄存器，可设置边沿检测电路响应跳变过程，如设置为上升沿触发、下降沿触发和双边沿触发。
EXTI还包含一个或门电路，它一个输入来自边沿检测电路，另外一个输入来自软件中断事件寄存器。软件中断事件寄存器允许我们通过程序控制就可以启动中断/事件线，这在某些地方非常有用。
中断/事件线
不同系列的MCU对应有不同数量、不同种类的中断/事件线，以GD32F10x系列为例它有20个中断/事件线，每个 GPIO都可以被设置为输入线，占用 EXTI0至EXTI15，另外 4根特定外设中断/事件线由外设触发，比如EXTI16代表低压检测LVD中断、EXTI17代表RTC闹钟中断、EXTI18代表USB唤醒中断、EXTI19代表以太网唤醒中断。
EXTI 中断线
EXTI0至 EXTI15用于 GPIO，通过编程控制可以实现任意一个 GPIO作为 EXTI的输入源。由表可知，EXTI0 可以通过 EXTI源选择寄存器0寄存器(AFIO_EXTISS0)的EXTI0_SS[3:0]位选择配置为 PA0、PB0、PC0、PD0、PE0、PF0、PG0，其他 EXTI线(EXTI中断/事件线)使用配置都是类似的。
注意：多组中同一标号PIN仅可配置一个IO口为外部中断，例： PA0、 PB0、 PC0仅支持三个中的其中一个IO口产生外部中断，不支持三个同为外部中断模式。
各系列 EXTI 功能差异
GD32系列MCU有关SPI外设各系列功能差异
GD32 MCU 各系列 EXTI 功能差异表
硬件连接说明外部中断输入检测可以通过配置上升沿、下降沿或者任意沿触发，读者可根据输入信号的初始状态进行配置。该图为GD32 开发板按键设计原理图，在按键未按下时KEY引脚状态为高电平，按下后，引脚电平状态为低电平，因而可以配置为下降沿（按键按下时）触发EXTI、上升沿（按键松开后）触发EXTI或任意沿（按键按下和松开后）触发EXTI。
按键设计原理图
软件配置说明
本小节讲解EXTI_Example历程中EXTI模块的配置说明，主要包括外设时钟配置、GPIO引脚配置、EXTI外设配置、主函数介绍以及运行结果。本例程主要介绍GD32 MCU各系列EXTI外部中断的使用。
外设时钟配置
外设时钟配置在该历程中使用PA0作为EXTI输入检测引脚，因而，在GD32全系列MCU中均需打开GPIOA的时钟，另外，在GD32F1X0、GD32F3X0和GD32E23X中需要打开CFGCMP时钟，以及在GD32F4XX中需要打开SYSCFG时钟，主要由于EXTI源选择控制位在系统配置寄存器中。
EXTI 历程时钟配置代码
GPIO 引脚配置
GPIO引脚配置如EXTI例程GPIO引脚配置代码所示，PA0引脚需要配置为浮空输入状态。
EXTI 例程 GPIO 引脚配置代码
EXTI 外设配置
EXTI外设配置代码如EXTI例程EXTI外设配置代码所示，在该代码中，首先使能EXTI中断，之后配置EXTI源以及所需要的边沿，最后清除EXTI中断标志
EXTI 例程 EXTI 外设配置代码
主函数说明及中断处理函数说明
主函数配置十分简单，如EXTI例程主函数所示，主要包括外设时钟初始化调用、GPIO初始化调用以及EXTI配置函数。
EXTI 例程主函数
中断处理函数如EXTI中断处理函数所示。在中断处理函数中，首先判断产生EXTI的中断是否为EXTI_0的中断标志，如果是，则进入EXTI_0的中断处理，处理完成后，清除EXTI_0的中断标志。
EXTI 中断处理函数
运行结果
将EXTI_Example例程按照对应的芯片工程编译完成后，下载到对应芯片中，在中断处理函数中加断点，可以发现，当PA0有下降沿发生时，会产生EXTI中断，进入EXTI中断处理函数。
|
楼主
标题置顶
标题高亮
