STM32 中断系统详解

1. 什么是中断？

CPU 正在执行主程序，突然外部或内部事件发生（按键按下、定时器溢出、串口收到数据……），CPU 暂停当前工作，跳去处理紧急事件，处理完再回来继续。

2. NVIC — 嵌套向量中断控制器

NVIC = Nested Vectored Interrupt Controller，是 Cortex-M3 内核自带的中断管理器，负责：

1. 接收所有中断请求
2. 判断优先级，决定谁先执行
3. 支持嵌套——高优先级中断可以打断低优先级中断

2.1 NVIC 关键寄存器

2.2 NVIC 工作原理

2.3 中断优先级分组（Priority Group）

STM32 用 4 个 bit 来表示中断优先级，这 4 位可以灵活分配给两种优先级：

2.4 抢占优先级 vs 响应优先级

2.5 NVIC 使用步骤（HAL 库）

3. EXTI — 外部中断/事件控制器

EXTI = External Interrupt/Event Controller，用来检测 GPIO 引脚的电平变化并产生中断。

3.1 EXTI 与 GPIO 的映射关系

每条 EXTI 线对应同一编号的所有端口引脚，但同一时刻只能选一个。每组（如 PA0/PB0/PC0）经 AFIO 选择器后只有一个能连到 EXTI0，以此类推。

3.2 EXTI 信号流程

从 GPIO 引脚到 CPU 响应中断，经过以下步骤：

3.3 EXTI 关键寄存器

EXTI->PR = (1 << line);  // 写1清除对应位

#define __HAL_GPIO_EXTI_CLEAR_IT(__EXTI_LINE__) (EXTI->PR = (__EXTI_LINE__))

3.4 实例：PA0 按键上升沿中断——寄存器全流程

以 PA0 接按键、上升沿触发中断 为例，从头到尾需要配置哪些寄存器：

配置步骤：① RCC 开时钟 → ② GPIO 设输入模式 → ③ AFIO 映射到 EXTI → ④ EXTI 选触发沿 → ⑤ EXTI 取消屏蔽 → ⑥ NVIC 使能 + 设优先级

对应的寄存器操作（标准库写法）：

/* ① 开时钟：GPIOA + AFIO */
RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_IOPAEN;   // GPIOA 时钟
RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_AFIOEN;   // AFIO 时钟（EXTI映射必须开）

/* ② PA0 配置为下拉输入（CNF=10 输入上拉/下拉, MODE=00 输入模式）*/
GPIOA->CRL &= ~(0xF << 0);            // 清除 PA0 配置
GPIOA->CRL |=  (0x8 << 0);            // CNF=10, MODE=00
GPIOA->ODR &= ~(1 << 0);              // ODR=0 → 下拉（按键按下给高电平）

/* ③ AFIO：PA0 映射到 EXTI0 */
AFIO->EXTICR[0] &= ~(0xF << 0);       // EXTI0 选择 PA（0000=PA）

/* ④ EXTI：上升沿触发 */
EXTI->RTSR |= (1 << 0);               // EXTI0 上升沿使能
EXTI->FTSR &= ~(1 << 0);              // 关闭下降沿（只要上升沿）

/* ⑤ EXTI：允许 EXTI0 中断（取消屏蔽）*/
EXTI->IMR |= (1 << 0);                // 第0位置1 = 允许EXTI0中断

/* ⑥⑦ NVIC：使能 + 设优先级 */
NVIC_SetPriority(EXTI0_IRQn, 2);      // 优先级 = 2
NVIC_EnableIRQ(EXTI0_IRQn);           // 使能 EXTI0 中断

3.5 中断向量表（STM32F103C8T6 常用部分）

STM32F103C8T6 共有 60 个可屏蔽中断，以下是最常用的：

3.6 EXTI 线分组与 ISR

共享 ISR 内需要这样判断：

void EXTI9_5_IRQHandler(void)
{
    if (EXTI->PR & (1 << 5))   // 是 EXTI5 触发的？
    {
        EXTI->PR = (1 << 5);   // 清除标志
        // 处理 EXTI5 的逻辑
    }
    if (EXTI->PR & (1 << 6))   // 是 EXTI6 触发的？
    {
        EXTI->PR = (1 << 6);
        // 处理 EXTI6 的逻辑
    }
    // ... EXTI7, EXTI8, EXTI9 同理
}

4. USART 串口中断

EXTI 是外部中断（GPIO 电平变化触发），而 USART 中断是内部外设中断——串口硬件自己检测到事件后通知 CPU。

4.1 USART 常见中断源

4.2 中断接收 vs 轮询 vs DMA

方式一：轮询（阻塞等待）—— CPU 在 while 循环中傻等 RXNE 标志，期间什么也干不了。

方式二：中断接收（RXNE）—— 主程序正常跑，收到 1 字节时 USART1_IRQHandler() 触发，读取 DR 存入 buffer，然后回到主程序。CPU 只在有数据时才处理。

方式三：DMA + IDLE 中断（最高效）—— DMA 自动搬运数据到 buffer，CPU 完全不参与。对方停止发送后 IDLE 中断触发，一帧数据全部到齐，再统一处理。

4.3 HAL 库串口中断代码

CubeMX 配置 USART1 中断接收后，代码调用链和 EXTI 类似：

USART1_IRQHandler()                    ← stm32f1xx_it.c
    → HAL_UART_IRQHandler(&huart1)     ← HAL 库内部（检查标志+清除）
        → HAL_UART_RxCpltCallback()    ← 🎯 你写代码的地方

/* --- 启动中断接收（只需调用一次） --- */
// 在 main() 初始化后调用，告诉 HAL 库"准备接收 1 字节"
HAL_UART_Receive_IT(&huart1, &rx_byte, 1);

/* --- 接收完成回调 --- */
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
    if (huart->Instance == USART1)
    {
        // rx_byte 就是刚收到的数据
        rx_buffer[rx_index++] = rx_byte;

        // ⚡ 重新开启接收（重要！不调这句就只收一次）
        HAL_UART_Receive_IT(&huart1, &rx_byte, 1);
    }
}

5. CubeMX 生成的代码执行流程

用 STM32CubeMX 配置 EXTI 中断后，生成的 HAL 库代码执行路径如下：

5.1 CubeMX 配置步骤

1. Pinout 视图：选中 GPIO 引脚 → 设为 GPIO_EXTIx
2. GPIO 配置：
   • GPIO mode：选择触发方式（Rising / Falling / Rising Falling）
   • GPIO Pull-up/Pull-down：根据电路选择上拉/下拉/无
3. NVIC 配置：
   • 勾选对应的 EXTI 中断 Enabled
   • 设置抢占优先级和响应优先级
4. 生成代码 → 在 main.c 或单独文件中重写 Callback

5.2 完整代码示例

/* --- CubeMX 自动生成的初始化 (gpio.c) --- */
void MX_GPIO_Init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};

    __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();  // 开启 GPIOA 时钟

    GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_0;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_IT_FALLING;  // 下降沿触发
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;            // 内部上拉
    HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

    HAL_NVIC_SetPriorityGrouping(NVIC_PRIORITYGROUP_2);       // 分组 2
    HAL_NVIC_SetPriority(EXTI0_IRQn, 1, 0);                   // 抢占1, 响应0
    HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI0_IRQn);                            // 使能中断
}

/* --- 中断服务函数 (stm32f1xx_it.c) --- */
void EXTI0_IRQHandler(void)
{
    HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(GPIO_PIN_0);
}

/* --- 你的回调函数 (main.c) --- */
void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin)
{
    if (GPIO_Pin == GPIO_PIN_0)
    {
        HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC, GPIO_PIN_13);  // 翻转 LED
    }
}

6. 中断使用注意事项

7. 总结速查