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[嵌入式] 【分享帖】从STM32开始的RoboMaster生活：进阶篇 II

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顾问Alchemic Ronin
2020-3-25 00:57:33 只看该作者

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从STM32开始的RoboMaster生活：进阶篇 II [Interrupt]

1.0 什么是Interrupt？
中断是指计算机运行过程中，出现某些意外情况需主机干预时，机器能自动停止正在运行的程序并转入处理新情况的程序，处理完毕后又返回原被暂停的程序继续运行。
  • Interrupt在STM32中大致分为两种，一种就是普通的Interrupt，由外部的外设来打断MCU，另一种名为Exception，是由内部的软件程序自行打断MCU。
  • 要大致理解Interrupt，我们需要了解一下整个运行周期

    • 首先是，MCU接收到打断信号，但是还没有对该信号做出反应
    • 然后，当MCU运行完当前的指令后，在fetch下一个指令前，停止当前程序，进入中断
    • 保存被打断的程序的状态到系统栈，把发起中断的程序的预备状态载入到系统栈，进入该程序
    • 执行发起中断的程序
    • 完成后，再把被打断的程序的状态从系统栈加载回来，然后继续执行被打断的程序（全当做无事发生.JPG）


2.0 为什么需要Interrupt？
  • 在将Interrupt前，必须提一下Polling。我打个比方，比如有个快递要今天送过来，但你现在正在做RoboMaster，而快递小哥也不知道你长啥样，如果在他来的时候没来人拿，那他就走了，包裹就没了（这个传来的数据是即时的，数据可不会等你）。
  • 如果是Polling，那就是，你一直时不时盯着小区门口，看快递小哥来没来，结果可想而知，可能一整天都没做多少RoboMaster，甚至可能在做的时候，正好小哥来了又走了，结果快递也没拿到。
  • 那有没有办法，可以既能够放心做RoboMaster，又不用担心错过快递呢？这就是Interrupt登场的时候了，方法也很简单，让快递小哥在快递送到的时候给你打个电话（中断信号），你放下手中的RoboMaster任务（被中断），去门口拿快递（执行中断程序），拿完后继续做RoboMaster（继续被中断的任务）就行了。

3.0 STM32内部实现线路 & NVIC

                               
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NVIC全称为Nested Vectored Interrupt Controller，是STM32专门划分独立出来的模块，专门负责Interrupt事宜，其中技术细节和使用细节非常冗杂，但是实际在RoboMaster中能使用到的部分却是比较简单的，所以本文也不展开细说。
  • 从上图中我们可以看到，NVIC并不是和每个GPIO有单独的线路相连，而是将GPIO分组的，这里与GPIO自己的外设分组不同，并不是PA0，PA1，PA2……为一组，而是PA0，PB0，PC0……为一组，每组共用一根Interrupt信号线，而且更为复杂和迷惑的是，有些特殊情况，比如EXTI10和EXTI15居然在NVIC里面是合并的，但这不用担心，因为就算合并了，STM32也是能分辨具体是从那个组发出的（HAL_GPIO_EXTI_Callback函数能够区分是那个组）。你很可能也猜到了，NVIC是没法分辨每个组内部是那个引脚发出的Interrupt信号，所以在设置芯片的时候，每个组只能有一个引脚能够使用Interrupt。

4.0 Interrupt的生命周期
  • 要谈这个，避免不了要讲讲Priority 优先级
    为使系统能及时响应并处理发生的所有中断，系统根据引起中断事件的重要性和紧迫程度，硬件将中断源分为若干个级别，称作中断优先级。
    在实际系统中，常常遇到多个中断源同时请求中断的情况，这时MCU必须确定首先为哪一个中断源服务，以及服务的次序。解决的方法是中断优先排队，即根据中断源请求的轻重缓急，排好中断处理的优先次序即优先级( Priority )，又称优先权，先响应优先级最高的中断请求。另外，当MCU正在处理某一中断时，要能响应另一个优先级更高的中断请求，而屏蔽掉同级或较低级的中断请求，形成中断嵌套。
  • 中断优先级原则

    • CPU首先响应高优先级的中断请求；
    • 如果优先级相同，MCU按查询次序响应排在前面的中断；
    • 正在进行的中断过程不能被新的同级或低优先级的中断请求所中断；
    • 正在进行的低优先级中断过程，能被高优先级中断请求所中断。

  • 而在STM32中，又有两种不同的优先级

    • Preempt Priority

      • 也就是我们最常说的常用的Priority，优先级小，越优先，比如优先级如果为负，那就是系统自己的系统中断，比任何用户代码的优先级都高，而用户能够设置的最高的优先级就是0级，其次是1级，2级……

    • Subpriority

      • 主要针对当Preempt Priority相同的情况。
      • 比如，当某个0级程序正在运行时，有1个2级程序发出中断信号，但是因为2级程序的优先级比0级低，所以被Pending 延迟处理了，在0级程序还没运行完的时候，又有一个2级程序发出中断信号，因为同样的原因，也被Pending了，问题来了，当0级程序处理完后，请问先执行那个2级程序呢？当然是，子优先级小的那个。


5.0 如何使用Interrupt
  • 首先是要在配置芯片的时候，给引脚选择EXTI模式

  1. void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin){
  2.       ......
  3.   }
复制代码
  • 在写代码的时候，在main.c中创建HAL_GPIO_EXTI_Callback函数
  • 在该函数中填写如果被中断，需要执行的代码

在<项目>/Drivers/STM32F4xx_HAL_Driver/Src的stm32f4xx_hal_gpio.c文件中，我们可以看到其定义
  1. __weak void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin)
  2.   {
  3.     /* Prevent unused argument(s) compilation warning */
  4.     UNUSED(GPIO_Pin);
  5.     /* NOTE: This function Should not be modified, when the callback is needed,
  6.              the HAL_GPIO_EXTI_Callback could be implemented in the user file
  7.      */
  8.   }
复制代码
这里的__weak指明了，该函数如果没被用户创建，就使用上面的代码被默认创建，而如果用户在main.c中自主创建该函数，则用户创建的函数覆盖默认定义的函数。
  • 值得注意的一点是，HAL_GPIO_EXTI_Callback中的uint16_t GPIO_Pin是给用户说明了发出中断信号的是哪个组，正如3.0里面所说，就算EXTI10和EXTI15在NVIC里面是合并的，这个参数也能区分到底是EXTI10还是EXTI15发出的信号，所以不用担心合并后无法区分的问题。

6.0 练习项目
6.1 项目简介
  • 与从STM32开始的RoboMaster生活：进阶篇 I [GPIO]里面的项目相同，但是用Interrupt来实现，链接地址

6.2 芯片配置
  • 芯片视角


                               
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6.3 项目代码
  • 我只放了main.c，完整的工程文件可以在这里找到！
  • Src/main.c

  1. /* USER CODE BEGIN Header */
  2.   /**
  3.     ******************************************************************************
  4.     * @file           : main.c
  5.     * @brief          : Main program body
  6.     ******************************************************************************
  7.     * @attention
  8.     *
  9.     * <h2><center>© Copyright (c) 2020 STMicroelectronics.
  10.     * All rights reserved.</center></h2>
  11.     *
  12.     * This software component is licensed by ST under BSD 3-Clause license,
  13.     * the "License"; You may not use this file except in compliance with the
  14.     * License. You may obtain a copy of the License at:
  15.     *                        opensource.org/licenses/BSD-3-Clause
  16.     *
  17.     ******************************************************************************
  18.     */
  19.   /* USER CODE END Header */
  20.   ​
  21.   /* Includes ------------------------------------------------------------------*/
  22.   #include "main.h"
  23.   ​
  24.   /* Private includes ----------------------------------------------------------*/
  25.   /* USER CODE BEGIN Includes */
  26.   ​
  27.   /* USER CODE END Includes */
  28.   ​
  29.   /* Private typedef -----------------------------------------------------------*/
  30.   /* USER CODE BEGIN PTD */
  31.   ​
  32.   /* USER CODE END PTD */
  33.   ​
  34.   /* Private define ------------------------------------------------------------*/
  35.   /* USER CODE BEGIN PD */
  36.   /* USER CODE END PD */
  37.   ​
  38.   /* Private macro -------------------------------------------------------------*/
  39.   /* USER CODE BEGIN PM */
  40.   ​
  41.   /* USER CODE END PM */
  42.   ​
  43.   /* Private variables ---------------------------------------------------------*/
  44.   ​
  45.   /* USER CODE BEGIN PV */
  46.   ​
  47.   /* USER CODE END PV */
  48.   ​
  49.   /* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
  50.   void SystemClock_Config(void);
  51.   static void MX_GPIO_Init(void);
  52.   /* USER CODE BEGIN PFP */
  53.   ​
  54.   /* USER CODE END PFP */
  55.   ​
  56.   /* Private user code ---------------------------------------------------------*/
  57.   /* USER CODE BEGIN 0 */
  58.   ​
  59.   /* USER CODE END 0 */
  60.   ​
  61.   /**
  62.     * @brief  The application entry point.
  63.     * @retval int
  64.     */
  65.   int main(void)
  66.   {
  67.     /* USER CODE BEGIN 1 */
  68.   ​
  69.     /* USER CODE END 1 */
  70.   ​
  71.     /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/
  72.   ​
  73.     /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  74.     HAL_Init();
  75.   ​
  76.     /* USER CODE BEGIN Init */
  77.   ​
  78.     /* USER CODE END Init */
  79.   ​
  80.     /* Configure the system clock */
  81.     SystemClock_Config();
  82.   ​
  83.     /* USER CODE BEGIN SysInit */
  84.   ​
  85.     /* USER CODE END SysInit */
  86.   ​
  87.     /* Initialize all configured peripherals */
  88.     MX_GPIO_Init();
  89.     /* USER CODE BEGIN 2 */
  90.   ​
  91.     /* USER CODE END 2 */
  92.   ​
  93.     /* Infinite loop */
  94.     /* USER CODE BEGIN WHILE */
  95.     while (1)
  96.     {
  97.       /* USER CODE END WHILE */
  98.   ​
  99.       /* USER CODE BEGIN 3 */
  100.     }
  101.     /* USER CODE END 3 */
  102.   }
  103.   ​
  104.   /**
  105.     * @brief System Clock Configuration
  106.     * @retval None
  107.     */
  108.   void SystemClock_Config(void)
  109.   {
  110.     RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
  111.     RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};
  112.   ​
  113.     /** Configure the main internal regulator output voltage
  114.     */
  115.     __HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE();
  116.     __HAL_PWR_VOLTAGESCALING_CONFIG(PWR_REGULATOR_VOLTAGE_SCALE3);
  117.     /** Initializes the CPU, AHB and APB busses clocks
  118.     */
  119.     RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSI;
  120.     RCC_OscInitStruct.HSIState = RCC_HSI_ON;
  121.     RCC_OscInitStruct.HSICalibrationValue = RCC_HSICALIBRATION_DEFAULT;
  122.     RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_NONE;
  123.     if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)
  124.     {
  125.       Error_Handler();
  126.     }
  127.     /** Initializes the CPU, AHB and APB busses clocks
  128.     */
  129.     RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK
  130.                                 |RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;
  131.     RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_HSI;
  132.     RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
  133.     RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;
  134.     RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;
  135.   ​
  136.     if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_0) != HAL_OK)
  137.     {
  138.       Error_Handler();
  139.     }
  140.   }
  141.   ​
  142.   /**
  143.     * @brief GPIO Initialization Function
  144.     * @param None
  145.     * @retval None
  146.     */
  147.   static void MX_GPIO_Init(void)
  148.   {
  149.     GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
  150.   ​
  151.     /* GPIO Ports Clock Enable */
  152.     __HAL_RCC_GPIOG_CLK_ENABLE();
  153.     __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();
  154.     __HAL_RCC_GPIOE_CLK_ENABLE();
  155.     __HAL_RCC_GPIOF_CLK_ENABLE();
  156.   ​
  157.     /*Configure GPIO pin Output Level */
  158.     HAL_GPIO_WritePin(GPIOG, LD8_Pin|LD7_Pin|LD6_Pin|LD5_Pin
  159.                             |LD4_Pin|LD3_Pin|LD2_Pin|LD1_Pin, GPIO_PIN_RESET);
  160.   ​
  161.     /*Configure GPIO pin Output Level */
  162.     HAL_GPIO_WritePin(LD_RED_GPIO_Port, LD_RED_Pin, GPIO_PIN_RESET);
  163.   ​
  164.     /*Configure GPIO pin Output Level */
  165.     HAL_GPIO_WritePin(LD_GREEN_GPIO_Port, LD_GREEN_Pin, GPIO_PIN_RESET);
  166.   ​
  167.     /*Configure GPIO pins : LD8_Pin LD7_Pin LD6_Pin LD5_Pin
  168.                              LD4_Pin LD3_Pin LD2_Pin LD1_Pin */
  169.     GPIO_InitStruct.Pin = LD8_Pin|LD7_Pin|LD6_Pin|LD5_Pin
  170.                             |LD4_Pin|LD3_Pin|LD2_Pin|LD1_Pin;
  171.     GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
  172.     GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
  173.     GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
  174.     HAL_GPIO_Init(GPIOG, &GPIO_InitStruct);
  175.   ​
  176.     /*Configure GPIO pin : Button_Pin */
  177.     GPIO_InitStruct.Pin = Button_Pin;
  178.     GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_IT_RISING;
  179.     GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
  180.     HAL_GPIO_Init(Button_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);
  181.   ​
  182.     /*Configure GPIO pin : LD_RED_Pin */
  183.     GPIO_InitStruct.Pin = LD_RED_Pin;
  184.     GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
  185.     GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
  186.     GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
  187.     HAL_GPIO_Init(LD_RED_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);
  188.   ​
  189.     /*Configure GPIO pin : LD_GREEN_Pin */
  190.     GPIO_InitStruct.Pin = LD_GREEN_Pin;
  191.     GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
  192.     GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
  193.     GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
  194.     HAL_GPIO_Init(LD_GREEN_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);
  195.   ​
  196.     /* EXTI interrupt init*/
  197.     HAL_NVIC_SetPriority(EXTI2_IRQn, 1, 0);
  198.     HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI2_IRQn);
  199.   ​
  200.   }
  201.   ​
  202.   /* USER CODE BEGIN 4 */
  203.   void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin) {
  204.       if(GPIO_Pin == Button_Pin){
  205.           HAL_Delay(500);
  206.           HAL_GPIO_TogglePin(LD_RED_GPIO_Port,LD_RED_Pin);
  207.           HAL_Delay(100);
  208.           HAL_GPIO_TogglePin(LD_GREEN_GPIO_Port,LD_GREEN_Pin);
  209.           HAL_Delay(100);
  210.           HAL_GPIO_TogglePin(LD1_GPIO_Port,LD1_Pin);
  211.           HAL_Delay(100);
  212.           HAL_GPIO_TogglePin(LD2_GPIO_Port,LD2_Pin);
  213.           HAL_Delay(100);
  214.           HAL_GPIO_TogglePin(LD3_GPIO_Port,LD3_Pin);
  215.           HAL_Delay(100);
  216.           HAL_GPIO_TogglePin(LD4_GPIO_Port,LD4_Pin);
  217.           HAL_Delay(100);
  218.           HAL_GPIO_TogglePin(LD5_GPIO_Port,LD5_Pin);
  219.           HAL_Delay(100);
  220.           HAL_GPIO_TogglePin(LD6_GPIO_Port,LD6_Pin);
  221.           HAL_Delay(100);
  222.           HAL_GPIO_TogglePin(LD7_GPIO_Port,LD7_Pin);
  223.           HAL_Delay(100);
  224.           HAL_GPIO_TogglePin(LD8_GPIO_Port,LD8_Pin);
  225.       }
  226.   }
  227.   /* USER CODE END 4 */
  228.   ​
  229.   /**
  230.     * @brief  This function is executed in case of error occurrence.
  231.     * @retval None
  232.     */
  233.   void Error_Handler(void)
  234.   {
  235.     /* USER CODE BEGIN Error_Handler_Debug */
  236.     /* User can add his own implementation to report the HAL error return state */
  237.   ​
  238.     /* USER CODE END Error_Handler_Debug */
  239.   }
  240.   ​
  241.   #ifdef  USE_FULL_ASSERT
  242.   /**
  243.     * @brief  Reports the name of the source file and the source line number
  244.     *         where the assert_param error has occurred.
  245.     * @param  file: pointer to the source file name
  246.     * @param  line: assert_param error line source number
  247.     * @retval None
  248.     */
  249.   void assert_failed(uint8_t *file, uint32_t line)
  250.   {
  251.     /* USER CODE BEGIN 6 */
  252.     /* User can add his own implementation to report the file name and line number,
  253.        tex: printf("Wrong parameters value: file %s on line %d\r\n", file, line) */
  254.     /* USER CODE END 6 */
  255.   }
  256.   #endif /* USE_FULL_ASSERT */
  257.   ​
  258.   /************************ (C) COPYRIGHT STMicroelectronics *****END OF FILE****/
复制代码

​6.4 效果展示
  • 效果与从STM32开始的RoboMaster生活：进阶篇 I [GPIO]里面展示的相同，链接地址


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