中断与外部中断 EXTI

🎯学习目标

• 理解和掌握中断的概念和中断处理过程；
• 掌握 STM32F103 的中断类型、优先级概念和中断向量表；
• 了解 NVIC 嵌套向量中断控制器的结构和特点；
• 掌握 EXTI 的内部结构、工作原理和特性；
• 熟悉 NVIC 和 EXTI 的标准外设库与 HAL 库函数；
• 掌握 STM32 中断配置过程及外部中断开发方法。

1中断的相关概念

中断：计算机在执行程序过程中，当出现异常情况（如断电）或特殊请求（如数据传输）时，CPU 暂停现行程序的运行，转向处理这些异常或请求，处理完毕后再返回到原程序的中断处继续执行。

中断是单片机实时处理内部或外部事件的一种机制。中断和异常本质都是对主程序的"中断"。

为什么使用中断？

CPU 速度快、外设速度慢。若用"等待/查询"方式会降低 CPU 效率；用中断方式则：

2中断处理流程

中断处理流程分为四步：中断请求 → 中断响应 → 中断服务 → 中断返回。

3STM32 中断与异常向量表

中断数量

• Cortex-M3 内核最多支持 256 个中断：15 个内核中断 + 240 个外部中断，具有 256 级可编程优先级；
• STM32F10x 系列有 84 个中断通道：16 个内核中断 + 68 个可屏蔽中断；
• STM32F103 只有 60 个可屏蔽中断，STM32F107 有 68 个可屏蔽中断。

中断向量表

当发生异常或中断，内核需要知道中断服务程序的入口地址，由这些入口地址组成的表称为中断向量表。入口地址存放在程序存储器(ROM)，默认从零地址开始，每个向量占 4 个字节。

STM32 在标准库 stm32f10x.h 中通过 IRQn_Type 枚举将中断号与宏名联系起来，使用时直接引用宏名（如 EXTI3_IRQn）。

typedef enum IRQn {
  NonMaskableInt_IRQn  = -14,  // 不可屏蔽中断
  MemoryManagement_IRQn= -12,  // 存储器管理
  BusFault_IRQn        = -11,  // 总线错误
  ...
  EXTI0_IRQn = 6, EXTI1_IRQn = 7, ...
} IRQn_Type;

4NVIC 与中断优先级 ⭐（核心考点）

NVIC（Nested Vectored Interrupt Controller，嵌套向量中断控制器）负责管理 STM32 的中断。STM32 使用 Cortex-M3 的 8 位优先级寄存器中的 4 位来配置优先级，即只支持 16 级中断优先级管理。

优先级分组（5 组）

用 NVIC_PriorityGroupConfig() 设置，将 4 位在抢占和响应之间分配：

NVIC 初始化结构体

typedef struct {
  uint8_t NVIC_IRQChannel;                   // 中断源(IRQ通道)
  uint8_t NVIC_IRQChannelPreemptionPriority; // 抢占优先级
  uint8_t NVIC_IRQChannelSubPriority;        // 响应优先级
  FunctionalState NVIC_IRQChannelCmd;        // 使能中断通道
} NVIC_InitTypeDef;

NVIC 相关 5 个函数定义在标准库 misc.c / misc.h 中。

5中断服务程序 ISR

STM32 将所有中断服务程序统一放在标准库 stm32f10x_it.c 文件中。其中每个中断服务函数只有函数名、函数体为空，需要用户自己编写函数体。

一个典型的 ISR 结构包括：检测中断标志 → 处理逻辑 → 清除中断标志。

void EXTI2_IRQHandler(void) {
  if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line2) != RESET) {  // ① 判断中断是否发生
    /* 中断处理逻辑 */                          // ② 处理
    EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line2);        // ③ 清除中断标志
  }
}

6STM32 外部中断 EXTI

EXTI（External Interrupt/Event Controller，外部中断/事件控制器）支持 19 个外部中断/事件请求，每个都有独立的触发和屏蔽设置，具有中断模式和事件模式两种。STM32 芯片之外的外设中断（I/O 端口）由 EXTI 和 NVIC 共同负责，每一个 GPIO 引脚都可配置成外部中断触发源。

GPIO 与中断线映射（重要）

EXTI 中断服务函数对应关系

EXTI 标准库函数定义在 stm32f10x_exti.c，头文件声明共 8 种函数，常用的有：

typedef struct {
  uint32_t EXTI_Line;            // 中断/事件线，如 EXTI_Line0
  EXTIMode_TypeDef EXTI_Mode;    // EXTI_Mode_Interrupt / EXTI_Mode_Event
  EXTITrigger_TypeDef EXTI_Trigger; // 上升沿/下降沿/双沿触发
  FunctionalState EXTI_LineCmd;  // ENABLE / DISABLE
} EXTI_InitTypeDef;

7EXTI 标准库中断配置步骤

使用 STM32 外部中断的完整配置流程（必考）：

8标准库 vs HAL 库

HAL 库 EXTI 常用函数：HAL_EXTI_SetConfigLine()（配置中断线）、HAL_EXTI_IRQHandler()（中断处理）、HAL_EXTI_GetPending() / HAL_EXTI_ClearPending()（获取/清除挂起）、HAL_EXTI_GenerateSWI()（软件中断）。

⭐重点例题：按键外部中断翻转 LED

void EXTI_Key_Init(void) {
  GPIO_InitTypeDef g; NVIC_InitTypeDef n; EXTI_InitTypeDef e;
  // ① 开时钟（GPIOE + AFIO 复用，缺一不可）
  RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOE|RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);
  // ② PE3 浮空输入
  g.GPIO_Pin=GPIO_Pin_3; g.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IN_FLOATING;
  GPIO_Init(GPIOE,&g);
  // ⑤ NVIC：分组2，抢占0、响应1
  NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
  n.NVIC_IRQChannel=EXTI3_IRQn;
  n.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=0;
  n.NVIC_IRQChannelSubPriority=1;
  n.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE; NVIC_Init(&n);
  // ③ 映射 PE3 → EXTI3
  GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOE, GPIO_PinSource3);
  // ④ EXTI3 下降沿触发、中断模式、使能
  e.EXTI_Line=EXTI_Line3; e.EXTI_Mode=EXTI_Mode_Interrupt;
  e.EXTI_Trigger=EXTI_Trigger_Falling; e.EXTI_LineCmd=ENABLE;
  EXTI_Init(&e);
}
// ⑥ 中断服务程序（函数名不可改）
void EXTI3_IRQHandler(void) {
  if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line3) != RESET) {
    // 读 PB5 输出取反，实现翻转
    GPIO_WriteBit(GPIOB,GPIO_Pin_5,
      (BitAction)(1-GPIO_ReadOutputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_5)));
    EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line3); // 清标志，否则反复进中断
  }
}

/* CubeMX 生成 PE3=GPIO_EXTI3 下降沿、使能 NVIC */
void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin) {
  if(GPIO_Pin == GPIO_PIN_3)
    HAL_GPIO_TogglePin(GPIOB, GPIO_PIN_5); // 翻转 LED
}

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