ARM中斷嵌套寄存器NVIC使用說明

在ARM9系列中，針對某種具體的芯片如stm23f103zet6，可以將其看做contex-M3和外設(shè)的集成。針對于某種具體的功能（計數(shù)器、spi等）要同時對該功能下內(nèi)核的狀態(tài)和外設(shè)的狀態(tài)進(jìn)行設(shè)定。在ARM9中，中斷與內(nèi)核緊密聯(lián)系，要實現(xiàn)某一外設(shè)的中斷功能就必須對內(nèi)部控制系統(tǒng)（NVIC）進(jìn)行設(shè)定。

轉(zhuǎn)自：秦工的博客http://www.arm32.com/post/304.html

1）NVIC是CortexM3內(nèi)核的標(biāo)準(zhǔn)組件，其實很簡單。與其類似的還有MPU，SYSTick，調(diào)試/Trace等模塊（如果芯片集成了）。NVIC即是Nested Vectored Interrupt Controller，即是中斷嵌套向量控制器。
下面是我在學(xué)習(xí)Corter-M3和Cortex-M0的NVIC的總結(jié)，CM3和CM0大部分內(nèi)容都完全一致，不一致的地方下面用綠色大字體標(biāo)了出來。
ARM Cortex-M3 處理器和嵌套向量中斷控制器(NVIC)將區(qū)分所有異常的優(yōu)先等級并對其進(jìn)行處理。所有異常都在處理器模式中處理。在出現(xiàn)異常時，處理器的狀態(tài)將被自動存儲到堆棧中，并在中斷服務(wù)程序(ISR)結(jié)束時自動從堆棧中恢復(fù)。取出向量和保存狀態(tài)是同時進(jìn)行的，這樣便提高了進(jìn)入中斷的效率。處理器還支持末尾連鎖（tail-chaining），這使處理器無需保存和恢復(fù)狀態(tài)便可執(zhí)行連續(xù)的(back-to-back)中斷。

2）ARM體系結(jié)構(gòu)支持以下操作模式：
用戶 模式: 在執(zhí)行完CPU啟動代碼文件Startup.s后正常的程序執(zhí)行狀態(tài)。
系統(tǒng) 模式: 運行一些操作系統(tǒng)核。
IRQ (中斷) 模式: 通用的中斷處理模式。
FIQ (快速中斷) 模式: 快速中斷，處理一些特殊的中斷源。
管理 模式: 進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)的執(zhí)行；通常在復(fù)位或使用SWI指令時進(jìn)入此模式。
異常 模式: 在數(shù)據(jù)或指令預(yù)取失敗時進(jìn)入此模式。
未定義 模式: 當(dāng)執(zhí)行一個未定義的指令時進(jìn)入此模。
3）STM32(Cortex-M3)中有兩個優(yōu)先級的概念——搶占式優(yōu)先級和響應(yīng)優(yōu)先級，有人把響應(yīng)優(yōu)先級稱作'亞優(yōu)先級'或'副優(yōu)先級（有關(guān)這個概念在下面附加內(nèi)容有）'，每個中斷源都需要被指定這兩種優(yōu)先級。
具有高搶占式優(yōu)先級的中斷可以在具有低搶占式優(yōu)先級的中斷處理過程中被響應(yīng)，即中斷嵌套，或者說高搶占式優(yōu)先級的中斷可以嵌套低搶占式優(yōu)先級的中斷。
當(dāng)兩個中斷源的搶占式優(yōu)先級相同時，這兩個中斷將沒有嵌套關(guān)系，當(dāng)一個中斷到來后，如果正在處理另一個中斷，這個后到來的中斷就要等到前一個中斷處理完之后才能被處理。如果這兩個中斷同時到達(dá)，則中斷控制器根據(jù)他們的響應(yīng)優(yōu)先級高低來決定先處理哪一個；如果他們的搶占式優(yōu)先級和響應(yīng)優(yōu)先級都相等，則根據(jù)他們在中斷表中的排位順序決定先處理哪一個。

4）CM3 有 最多240個中斷（通常外部中斷寫作IRQs），就是 軟件上說的IRQ CHANAELx(中斷通道號x), 從IRQ0 ~ IRQ31的中斷號(向量號：16 ~ 47).
每個中斷有自己的可編程的中斷優(yōu)先級【 有唯一對應(yīng)的 中斷優(yōu)先級寄存器】.

由于CM3支持 硬件中斷嵌套，所以可以有 256 級的可編程優(yōu)先級
和 256級中斷嵌套【 書上稱：搶占（preempt）優(yōu)先級】
所以大家可以設(shè):（用戶可設(shè)置的最高優(yōu)先級(0)在內(nèi)部看作是優(yōu)先級4，僅次于復(fù)位(優(yōu)先級為-3)、NMI(優(yōu)先級為-2)以及硬件故障(優(yōu)先級為-1)。注意：0是所有可調(diào)整優(yōu)先級的默認(rèn)優(yōu)先級。）
IRQ CHANAEL 0 通道 = 2 (就是IRQ0=2) 中斷優(yōu)先級 WWDG 窗口定時器中斷
IRQ CHANAEL 1 通道 = 0 中斷優(yōu)先級 PVD 聯(lián)到EXTI的電源電壓檢測(PVD)中斷
IRQ CHANAEL 3 通道 = 255 中斷優(yōu)先級 RTC 實時時鐘(RTC)全局中斷
IRQ CHANAEL 6 通道 = 10 中斷優(yōu)先級 EXTI0 EXTI線0中斷
.....
IRQ CHANAEL 239 通道 = (0對 64級中斷就是說：（ INT0 到 INT63）這個大家比較好理解，其它的64···239就不用了。

而8級中斷嵌套這又是何解呢（注意在Cortex-M0內(nèi)核中，只支持4級嵌套）？
是這樣的，上面說 一個 【中斷】對應(yīng) 一個【中斷優(yōu)先級寄存器】，而這個寄存器是 8 位的。當(dāng)然就是256級了。而現(xiàn)在就用了 它其中的 BIT7,IT6,BIT5 三位來表示（注意在Cortex-M0內(nèi)核中，只有2位 BIT 7,BIT6），而且是MSB(什么是MSB，參考點擊)對齊的。用了3 個位來表達(dá)優(yōu)先級(MSB 對齊的我們能夠使用的8 個優(yōu)先級為：0x00（最高），0x20，0x40，0x60，0x80，0xA0，0xC0 以及0xE0。) 這樣我們在【中斷優(yōu)先級寄存器】就不能按理論的填 0到255之間的數(shù)了，
而只能填0x00（最高），0x20，0x40，0x60，0x80，0xA0，0xC0 以及0xE0。)

大家注意到了，上面通道0和通道3 的優(yōu)先級都是0X20, 這怎么辦？如果優(yōu)先級完全相同的多個異常同時懸起，則先響應(yīng)異常編號最小的那一個。如IRQ #0會比IRQ #3 先得到響應(yīng)

【優(yōu)先級分組】，這又是什么回事？

其實我回頭看來，這個【優(yōu)先級分組】和【搶占優(yōu)先級】【亞優(yōu)先級】都毫無意義的。
如果當(dāng)時用 256級即是把【中斷優(yōu)先級寄存器】的8位都全用上，就沒這個必要了。根本不用什么優(yōu)先級分組了！就是因為廠家現(xiàn)在【偷工減料】，才搞出這個明堂來的。

是這樣的，在 應(yīng)用程序中斷及復(fù)位控制寄存器(AIRCR) 中的 10：8 位【3位】是表示【優(yōu)先級分組】，它作用主要是用于對【中斷優(yōu)先級寄存器】『我們現(xiàn)在中用了BIT7,BIT6,BIT5三位』的功能的說明。
有一個表，在《Cortex-M3 權(quán)威指南》的110頁， 例如我們把AIRCR的10：8 位設(shè)為【5】 ，
查表可得【搶占優(yōu)先級】＝【7：6】，【亞優(yōu)先級】＝【5：0】，

對于【中斷優(yōu)先級寄存器】只用了BIT7,6,5, 因此我們可以看作是 【7：6】，【5】。那4－0 可以不管。

現(xiàn)在我們的 IRQ0=0X20, IRQ3=0X20, 也就是 【0 0 1 0 】『 bit7=0,bit6=0,bit5=1,bit4=0』
因為大家（IRQ0/IRQ3)的 【搶占優(yōu)先級】＝【7：6】都是0， 說明它們的中斷相應(yīng)級別是一樣的。
再繼續(xù)判斷它們哪個更優(yōu)先的責(zé)任就要看【5】，結(jié)果連【5】都是一樣的！
那就按默認(rèn)：
// 如果優(yōu)先級完全相同的多個異常同時懸起，則先響應(yīng)異常編號最小的那一個。如IRQ #0會比IRQ #3 先得到響應(yīng)。由于CM3沒有進(jìn)中斷【關(guān)全局中斷相應(yīng)】這事，只要是中斷通道打開了，就會存在 通道間的 嵌套，即是會發(fā)生
【搶占】的情況了。

附加：搶占式優(yōu)先級和響應(yīng)優(yōu)先級解析：
STM32(Cortex-M3)中的優(yōu)先級概念
STM32(Cortex-M3)中有兩個優(yōu)先級的概念——搶占式優(yōu)先級和響應(yīng)優(yōu)先級，有人把響應(yīng)優(yōu)先級稱作'亞優(yōu)先級'或'副優(yōu)先級'，每個中斷源都需要被指定這兩種優(yōu)先級。

具有高搶占式優(yōu)先級的中斷可以在具有低搶占式優(yōu)先級的中斷處理過程中被響應(yīng)，即中斷嵌套，或者說高搶占式優(yōu)先級的中斷可以嵌套低搶占式優(yōu)先級的中斷。

當(dāng)兩個中斷源的搶占式優(yōu)先級相同時，這兩個中斷將沒有嵌套關(guān)系，當(dāng)一個中斷到來后，如果正在處理另一個中斷，這個后到來的中斷就要等到前一個中斷處理完之后才能被處理。如果這兩個中斷同時到達(dá)，則中斷控制器根據(jù)他們的響應(yīng)優(yōu)先級高低來決定先處理哪一個；如果他們的搶占式優(yōu)先級和響應(yīng)優(yōu)先級都相等，則根據(jù)他們在中斷表中的排位順序決定先處理哪一個。

既然每個中斷源都需要被指定這兩種優(yōu)先級，就需要有相應(yīng)的寄存器位記錄每個中斷的優(yōu)先級；在Cortex-M3 中定義了8個比特位用于設(shè)置中斷源的優(yōu)先級，這8個比特位可以有8種分配方式，如下：

沒有位用于指定響應(yīng)優(yōu)先級 ， 所有8位用于指定響應(yīng)優(yōu)先級
最高1位用于指定搶占式優(yōu)先級，最低7位用于指定響應(yīng)優(yōu)先級
最高2位用于指定搶占式優(yōu)先級，最低6位用于指定響應(yīng)優(yōu)先級
最高3位用于指定搶占式優(yōu)先級，最低5位用于指定響應(yīng)優(yōu)先級
最高4位用于指定搶占式優(yōu)先級，最低4位用于指定響應(yīng)優(yōu)先級
最高5位用于指定搶占式優(yōu)先級，最低3位用于指定響應(yīng)優(yōu)先級
最高6位用于指定搶占式優(yōu)先級，最低2位用于指定響應(yīng)優(yōu)先級
最高7位用于指定搶占式優(yōu)先級，最低1位用于指定響應(yīng)優(yōu)先級

上面就是優(yōu)先級分組的概念。
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Cortex-M3允許具有較少中斷源時使用較少的寄存器位指定中斷源的優(yōu)先級，因此STM32把指定中斷優(yōu)先級的寄存器位減少到4位，這4個寄存器位的分組方式如下：

第0組：所有4位用于指定響應(yīng)優(yōu)先級
第1組：最高1位用于指定搶占式優(yōu)先級，最低3位用于指定響應(yīng)優(yōu)先級
第2組：最高2位用于指定搶占式優(yōu)先級，最低2位用于指定響應(yīng)優(yōu)先級
第3組：最高3位用于指定搶占式優(yōu)先級，最低1位用于指定響應(yīng)優(yōu)先級
第4組：所有4位用于指定搶占式優(yōu)先級

可以通過調(diào)用STM32的固件庫中的函數(shù)NVIC_PriorityGroupConfig()(在CM0中是NVIC_SetPriorityGrouping()）選擇使用哪種優(yōu)先級分組方式，這個函數(shù)的參數(shù)有下列5種：

NVIC_PriorityGroup_0 => 選擇第0組
NVIC_PriorityGroup_1 => 選擇第1組
NVIC_PriorityGroup_2 => 選擇第2組
NVIC_PriorityGroup_3 => 選擇第3組
NVIC_PriorityGroup_4 => 選擇第4組

接下來就是指定中斷源的優(yōu)先級，下面以一個簡單的例子說明如何指定中斷源的搶占式優(yōu)先級和響應(yīng)優(yōu)先級：

// 選擇使用優(yōu)先級分組第1組
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1);

// 使能EXTI0中斷
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI0_IRQChannel;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1; // 指定搶占式優(yōu)先級別1

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0; // 指定響應(yīng)優(yōu)先級別0
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

// 使能EXTI9_5中斷
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI9_5_IRQChannel;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0; // 指定搶占式優(yōu)先級別0
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1; // 指定響應(yīng)優(yōu)先級別1
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

要注意的幾點是：

1）如果指定的搶占式優(yōu)先級別或響應(yīng)優(yōu)先級別超出了選定的優(yōu)先級分組所限定的范圍，將可能得到意想不到的結(jié)果；

2）搶占式優(yōu)先級別相同的中斷源之間沒有嵌套關(guān)系；

3）如果某個中斷源被指定為某個搶占式優(yōu)先級別，又沒有其它中斷源處于同一個搶占式優(yōu)先級別，則可以為這個中斷源指定任意有效的響應(yīng)優(yōu)先級別。

二，開關(guān)總中斷：

在STM32/Cortex-M3中是通過改變CPU的當(dāng)前優(yōu)先級來允許或禁止中斷。
PRIMASK位：只允許NMI和hard fault異常，其他中斷/ 異常都被屏蔽(當(dāng)前CPU優(yōu)先級=0)。
FAULTMASK位：只允許NMI，其他所有中斷/異常都被屏蔽(當(dāng)前CPU優(yōu)先級=-1)。

在STM32固件庫中(stm32f10x_nvic.c和stm32f10x_nvic.h) 定義了四個函數(shù)操作PRIMASK位和FAULTMASK位，改變CPU的當(dāng)前優(yōu)先級，從而達(dá)到控制所有中斷的目的。

下面兩個函數(shù)等效于關(guān)閉總中斷：
void NVIC_SETPRIMASK(void)；
void NVIC_SETFAULTMASK(void)；

下面兩個函數(shù)等效于開放總中斷：
void NVIC_RESETPRIMASK(void)；
void NVIC_RESETFAULTMASK(void)；

上面兩組函數(shù)要成對使用，不能交叉使用。

例如：

第一種方法：
NVIC_SETPRIMASK()； //關(guān)閉總中斷
NVIC_RESETPRIMASK()；//開放總中斷

第二種方法：
NVIC_SETFAULTMASK()； //關(guān)閉總中斷
NVIC_RESETFAULTMASK()；//開放總中斷

常常使用

NVIC_SETPRIMASK(); // Disable Interrupts
NVIC_RESETPRIMASK(); // Enable Interrupts