ARM Cortex-M3中断简介

目录

• 中断优先级分组
• 三个系统中断优先级配置寄存器
  • SHPR1
  • SHPR2
  • SHPR3
• 三个中断屏蔽寄存器
  • PRIMASK
  • FAULTMASK
  • BASEPRI

中断优先级分组

ARM Cortex-M 内核的 MCU 具有一个用于中断管理的嵌套向量中断控制器（NVIC，全称：Nested vectored interrupt controller）。ARM Cortex-M 的 NVIC 最大可支持 256 个中断源，其中包括 16 个系统中断和 240 个外部中断，然而芯片厂商一般情况下都用不完这些资源。以下为Cortex-M3的异常类型表：

ARM Cortex-M 使用 NVIC 对不同优先级的中断进行管理，在 core_cm3.h中可以找到如下的结构体定义：

typedef struct
{
    __IOM uint32_t ISER[8U]; /* 中断使能寄存器 */
    uint32_t RESERVED0[24U];
    __IOM uint32_t ICER[8U]; /* 中断除能寄存器 */
    uint32_t RSERVED1[24U];
    __IOM uint32_t ISPR[8U]; /* 中断使能挂起寄存器 */
    uint32_t RESERVED2[24U];
    __IOM uint32_t ICPR[8U]; /* 中断除能挂起寄存器 */
    uint32_t RESERVED3[24U];
    __IOM uint32_t IABR[8U]; /* 中断有效位寄存器 */
    uint32_t RESERVED4[56U];
    __IOM uint8_t IP[240U]; /* 中断优先级寄存器 */
    uint32_t RESERVED5[644U];
    __OM uint32_t STIR; 	/* 软件触发中断寄存器 */
} NVIC_Type;

其中比较重要的是成员变量 IP，该成员变量是一个uint8_t类型的数组，数组内有240个元素，每一个8bit的元素就用来配置对应的外部中断的优先级，所以最大中断的优先级配置范围应该是0-255。但是芯片厂商一般并不会用完所有的位来配置中断，对于STM32只用到了其高4位[7:4]，低四位[3:0]取零处理，因此STM32提供了16级的中断优先等级。

STM32将中断分为了5个组，组0~4，该组是由SCB->AIRCR 寄存器的 bit10~8 来定义的。

根据写入的值不同以配置不同的优先级分组，对应的值在库函数中有如下定义：

#define NVIC_PriorityGroup_0         ((uint32_t)0x700) /*!< 0 bits for pre-emption priority4 bits for subpriority */
#define NVIC_PriorityGroup_1         ((uint32_t)0x600) /*!< 1 bits for pre-emption priority3 bits for subpriority */
#define NVIC_PriorityGroup_2         ((uint32_t)0x500) /*!< 2 bits for pre-emption priority2 bits for subpriority */
#define NVIC_PriorityGroup_3         ((uint32_t)0x400) /*!< 3 bits for pre-emption priority1 bits for subpriority */
#define NVIC_PriorityGroup_4         ((uint32_t)0x300) /*!< 4 bits for pre-emption priority

不同分组对应的抢占优先级与子优先级的分配如下：

对于FreeRTOS，官方建议使用中断优先级分组4，即高4位全部用于抢占优先级，不使用子优先级，这样做是为了使得任务调度与中断屏蔽更加简单与清晰。

除了外部中断，系统中断有独立的中断优先级配置寄存器，分别为 SHPR1、SHPR2、SHPR3系统处理程序优先级寄存器。

三个系统中断优先级配置寄存器

SHPR1

SHPR1 寄存器的地址为 0xE000ED18，用于配置 MemManage、BusFault、UsageFault 的中断优先级，各比特位的功能描述如下所示：

寄存器描述如下

SHPR2

SHPR2 寄存器的地址为 0xE000ED1C，用于配置 SVCall（系统服务调用中断） 的中断优先级。

寄存器描述如下

SHPR3

SHPR3 寄存器的地址为 0xE000ED20，用于配置 PendSV（可悬挂请求）、SysTick 的中断优先级。

寄存器描述如下

FreeRTOS 在配置 PendSV 和 SysTick中断优先级的时候，就使用到了 SHPR3 寄存器。

其他的系统中断如NMI（不可屏蔽中断）、hard fault（硬fault）是不可编程的，所以无法进行配置。

NMI（Non-Maskable Interrupt）：NMI（不可屏蔽中断）是一种特殊类型的中断，其优先级高于大多数其他中断，包括硬件错误中断（HardFault）。它通常用于处理一些关键的系统级事件，如存储器校验错误或外部事件。NMI中断在优先级上位于硬件故障（HardFault）之上，这意味着即使系统发生了HardFault，NMI中断也可能得到处理。

HardFault（硬件故障）中断：HardFault是指发生在CPU执行期间的硬件故障，例如访问无效地址或未对齐的存储器访问。在STM32中，HardFault中断由CPU自动生成，当出现严重的硬件错误或不可恢复的软件错误时触发。它通常表示系统进入了无法继续正常执行的状态。HardFault中断处理程序允许开发者检测和记录发生的错误，并在可能的情况下采取某些修复措施，尽管在大多数情况下，这个中断处理程序主要用于诊断和记录故障状态，而不是尝试继续执行。

三个中断屏蔽寄存器

ARM Cortex-M 有三个用于屏蔽中断的寄存器，分别为 PRIMASK、FAULTMASK 和BASEPRI。

PRIMASK

作用：PRIMASK 寄存器有 32bit，但只有 bit0 有效，是可读可写的，将 PRIMASK 寄存器设置为 1 用于屏蔽除 了NMI（不可屏蔽中断）和 HardFault（硬件错误中断）外的所有异常和中断，将 PRIMASK 寄存器清 0 用于使能中断。

FAULTMASK

作用：FAULTMASK 寄存器有 32bit，但只有 bit0 有效，也是可读可写的，将 FAULTMASK寄存器设置为 1 用于屏蔽除NMI（不可屏蔽中断）外的所有异常和中断，也就是说连同 hard fault 也会被屏蔽掉。将 FAULTMASK 寄存器清零用于使能中断。

BASEPRI

作用：BASEPRI 有 32bit，但只有低 8 位[7:0]有效，也是可读可写的。BASEPRI 寄存器比起 PRIMASK 和 FAULTMASK 寄存器直接屏蔽掉大部分中断的方式，BASEPRI 寄存器的功能显得更加细腻BASEPRI 用于设置一个中断屏蔽的阈值，设置好 BASEPRI 后，中断优先级低于等于 BASEPRI 的中断就都会被屏蔽掉，FreeRTOS 就是使用 BASEPRI 寄存器来管理和屏蔽中断的，而不受 BASEPRI 设置的值管理的中断，则不受影响。