中断系统

关键概念

Cortex-M 中断处理流程

NVIC 优先级配置

/* NVIC 优先级配置示例 */

/* 第一步：设置优先级分组（整个程序只做一次，HAL_Init 已默认设置）*/
HAL_NVIC_SetPriorityGrouping(NVIC_PRIORITYGROUP_4);
/* NVIC_PRIORITYGROUP_4: 4位全给抢占, 0位子优先级 */
/* NVIC_PRIORITYGROUP_2: 2位抢占(0-3), 2位子(0-3) */

/* 第二步：配置各中断的优先级 */
HAL_NVIC_SetPriority(EXTI0_IRQn,    1, 0);  /* 最高优先级 */
HAL_NVIC_SetPriority(TIM2_IRQn,     2, 0);
HAL_NVIC_SetPriority(USART1_IRQn,   3, 0);
HAL_NVIC_SetPriority(DMA1_Stream0_IRQn, 2, 0);

/* 第三步：使能中断 */
HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI0_IRQn);
HAL_NVIC_EnableIRQ(TIM2_IRQn);
HAL_NVIC_EnableIRQ(USART1_IRQn);

EXTI 外部中断配置（按键触发）

/**
 * @brief 配置 PA0 为外部中断（上升沿触发）
 *        STM32F407-Discovery 用户按钮：按下 = PA0 高电平
 */
void EXTI0_Config(void) {
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};

  __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();

  GPIO_InitStruct.Pin  = GPIO_PIN_0;
  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_IT_RISING;  /* 上升沿触发中断 */
  /* GPIO_MODE_IT_FALLING  : 下降沿 */
  /* GPIO_MODE_IT_RISING_FALLING : 双边沿 */
  GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
  HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

  HAL_NVIC_SetPriority(EXTI0_IRQn, 2, 0);
  HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI0_IRQn);
}

/* ── 中断服务程序 ──────────────────────────────────────── */
/* 函数名必须与启动文件（startup_stm32f407xx.s）中的弱定义完全一致 */

volatile uint8_t btn_pressed = 0;  /* 必须声明 volatile！ */

void EXTI0_IRQHandler(void) {
  /* HAL 框架：先调 HAL 处理（清标志），再调用户回调 */
  HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(GPIO_PIN_0);
}

/* HAL 回调函数（弱函数，用户重写）*/
void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin) {
  if (GPIO_Pin == GPIO_PIN_0) {
    btn_pressed = 1;  /* 仅设置标志，主循环处理 */
    HAL_GPIO_TogglePin(GPIOD, GPIO_PIN_12);  /* LED 切换 */
  }
}

/* 主循环中检测并处理 */
void main_loop(void) {
  while (1) {
    if (btn_pressed) {
      btn_pressed = 0;
      /* 执行按键相关的耗时操作 */
    }
  }
}

临界区保护

/* ── 方法1：关/开全局中断（最简单，影响所有中断）── */
#define ENTER_CRITICAL()  __disable_irq()
#define EXIT_CRITICAL()   __enable_irq()

/* 示例：保护 64 位变量（读-改-写必须原子）*/
volatile uint64_t timestamp = 0;

void Update_Timestamp(uint64_t new_val) {
  ENTER_CRITICAL();
  timestamp = new_val;  /* 64位赋值不是原子操作！ */
  EXIT_CRITICAL();
}

uint64_t Read_Timestamp(void) {
  uint64_t val;
  ENTER_CRITICAL();
  val = timestamp;
  EXIT_CRITICAL();
  return val;
}

/* ── 方法2：保存/恢复中断状态（嵌套安全）── */
uint32_t Enter_Critical_Save(void) {
  uint32_t primask = __get_PRIMASK();
  __disable_irq();
  return primask;
}

void Exit_Critical_Restore(uint32_t primask) {
  if (!primask) __enable_irq();  /* 仅在之前是开中断状态才恢复 */
}

/* ── 方法3：FreeRTOS 中使用 taskENTER_CRITICAL() ── */
/* 见第9章，FreeRTOS 提供任务级临界区，不影响中断优先级 >= configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY */