STM32F407ZET6 中断处理：深度应用中断优先级和嵌套


参考资源链接：[STM32F407ZET6开发板电路解析](https://wenku.csdn.net/doc/6412b74bbe7fbd1778d49c80?spm=1055.2635.3001.10343)
# 1. 中断处理基础

中断是现代计算机系统中的一个核心概念，尤其在嵌入式系统领域，它扮演着至关重要的角色。理解中断处理的基础知识对于设计高效、稳定的系统至关重要。简单来说，中断是一种机制，它允许微处理器暂时停止当前的工作，转而处理更为紧急的任务。中断可以来源于内部事件（如定时器溢出）或外部事件（如按钮按下）。

中断处理涉及到以下几个基本概念：
- **中断源**：触发中断的事件或条件。
- **中断服务程序（ISR）**：当中断发生时，执行的一段处理代码，用于响应中断。
- **中断向量表**：存储中断服务程序入口地址的数据结构，用于快速定位中断处理代码。
- **中断嵌套**：处理一个中断的同时，允许更高优先级的中断打断当前处理过程。

为了进一步深入探讨STM32F407ZET6中断系统，第二章将提供一个全面的概览。但在那之前，掌握这些基础概念是必不可少的。

# 2. STM32F407ZET6 中断系统概览

### 2.1 STM32F407ZET6 中断系统概述
STM32F407ZET6 是 STMicroelectronics（意法半导体）的一款高性能 ARM Cortex-M4 微控制器。它具有丰富的中断系统，这个系统的设计目的是为了能够处理多源中断请求，并以灵活和有效的方式管理这些请求。这款芯片支持多达220个中断源，这些中断可以是内部产生的（如定时器、ADC等）也可以是外部产生的（如外部按钮、通信接口等）。

#### 2.1.1 中断系统的工作原理
中断系统本质上是微控制器的一种响应机制，当一个中断事件发生时，它会暂停当前的程序执行流程，转而执行一个专门的服务程序（中断服务例程）。服务程序负责处理中断事件，完成后再返回到先前的程序继续执行。STM32F407ZET6 的中断系统通过一个基于优先级的调度机制来管理这些中断，确保更高优先级的中断能够得到及时响应。

#### 2.1.2 中断向量和中断优先级
在 STM32F407ZET6 中，每个中断源都有一个特定的中断向量。当中断请求被接受时，中断向量决定了将调用哪个中断服务例程。当中断请求同时发生时，中断优先级决定哪个中断会被优先处理。STM32F407ZET6 的中断优先级可以配置为四组（4位优先级），允许灵活定义256个不同的优先级。

### 2.2 中断向量表和中断优先级寄存器
中断向量表包含了指向各个中断服务例程的指针。当中断发生时，微控制器查找中断向量表来确定对应的处理程序。STM32F407ZET6 中的每个中断源都有自己的中断号，这个中断号与中断向量表中位置是一一对应的。通过改变中断优先级寄存器中的值，我们可以配置不同中断源的优先级。

#### 2.2.1 中断向量表的结构
中断向量表中每个中断源对应的向量位置具有固定格式。例如，中断向量表的第0个位置是复位向量，即当微控制器复位时首先执行的程序。在表中，每个中断源都有一个固定的位置用于存放中断服务例程的地址。这一点在编程中断服务例程时十分重要，因为必须将正确的中断服务例程地址放置在向量表的正确位置。

#### 2.2.2 中断优先级寄存器的作用
中断优先级寄存器的作用是设置每个中断源的优先级。STM32F407ZET6 提供了NVIC（嵌套向量中断控制器）来管理这些寄存器，用户可以设置中断优先级，并且可以动态更改优先级设置。通过配置寄存器，开发者能够根据需求调整中断处理的优先顺序。

### 2.3 中断处理流程和编程接口
STM32F407ZET6 提供了丰富的库函数和寄存器操作命令，允许开发者以不同的方式配置和管理中断系统。当中断发生时，系统会自动执行一系列预定义的步骤来处理中断，这包括清除中断挂起标志，调用中断服务例程等。

#### 2.3.1 中断处理流程
中断处理流程首先需要识别中断源，然后清除中断标志位以避免重复触发。之后，微控制器会跳转到对应的中断服务例程进行处理。在服务例程执行完毕后，还需要恢复之前的程序执行状态，这个流程被称为中断返回。

#### 2.3.2 编程接口和库函数
STM32F407ZET6 提供了包括 HAL 库和 LL 库在内的多种编程接口。HAL 库提供了易于使用的高层API，而LL库提供了接近硬件层面的低层API。这些接口和库函数大大简化了中断管理代码的编写，开发者可以不必深入硬件细节，便能实现复杂的中断控制逻辑。

// 示例：使用 HAL 库初始化一个外部中断
void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin) {
    // 在这里编写中断触发时需要执行的代码
}

// 中断触发时，HAL 库会自动调用此函数
void EXTI0_IRQHandler(void) {
    HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(GPIO_PIN_0);
}

// 在主函数或中断管理函数中配置 GPIO 和外部中断
int main(void) {
    // 初始化 HAL 库
    HAL_Init();
    // 配置系统时钟
    SystemClock_Config();
    // 初始化 GPIO
    MX_GPIO_Init();

    // 使能中断
    HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI0_IRQn);
    // 主循环
    while (1) {
        // 应用代码
    }
}

在上述代码中，`HAL_GPIO_EXTI_Callback`函数在中断触发时被自动调用，开发者可以在这个函数中编写自己需要执行的逻辑。`EXTI0_IRQHandler`函数是中断服务例程的入口，它会调用HAL库提供的中断处理函数`HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler`。`main`函数中配置了系统时钟，初始化了GPIO，并且使能了外部中断。

以上就是对STM32F407ZET6中断系统的基础概览。接下来，我们将深入探讨中断优先级和配置，以及中断嵌套处理的理论和实践。

# 3. 中断优先级和配置

在嵌入式系统中，处理多个并发的中断请求是设计者经常面临的一个挑战。一个有效的中断优先级机制可以帮助系统决定哪些中断需要优先处理，哪些可以稍后处理。在STM32F407ZET6这样的微控制器中，中断优先级的配置是实现可靠中断系统的关键。本章将详细介绍中断优先级的理论和实践，包括基础理解、配置方法、高级配置，以及实际案例分析。

## 3.1 中断优先级基础

### 3.1.1 中断优先级的理论基础

中断优先级是中断处理系统的核心概念之一。它决定了当有多个中断同时发生时，CPU应该首先响应哪个中断。中断优先级一般由两个参数来定义：抢占优先级和子优先级。抢占优先级决定了一个中