STM32单片机中断驱动开发指南：掌握中断驱动编程，提升系统灵活性

# 1. STM32单片机中断基础**

**1.1 中断的概念和分类**

中断是一种硬件机制，当特定事件发生时，它会暂停当前正在执行的程序，并跳转到一个称为中断服务子程序（ISR）的特殊函数。STM32单片机支持多种中断，包括外部中断、定时器中断、串口中断等。

**1.2 中断向量表和优先级**

中断向量表是一个包含所有中断服务子程序地址的表。当发生中断时，STM32单片机会根据中断源的优先级，从中断向量表中获取相应的中断服务子程序地址，并跳转执行。中断优先级决定了中断响应的顺序，优先级高的中断会优先响应。

# 2. 中断驱动编程理论

### 2.1 中断服务子程序（ISR）的编写

中断服务子程序（ISR）是响应特定中断事件而执行的代码段。编写 ISR 时，需要遵循以下原则：

- **简洁高效：**ISR 应尽可能简洁，只执行必要的任务。
- **原子性：**ISR 应是原子的，即不可被中断。
- **保存和恢复寄存器：**ISR 应保存和恢复受中断影响的寄存器。
- **避免死锁：**ISR 不应调用可能导致死锁的函数。

### 2.2 中断嵌套与优先级处理

STM32 单片机支持中断嵌套，即在 ISR 执行过程中可以发生新的中断。为了处理中断嵌套，单片机采用了优先级机制，允许高优先级中断抢占低优先级中断。

中断优先级分为 16 个等级，其中 0 级最高，15 级最低。中断向量表中每个中断向量对应一个优先级。当发生多个中断时，优先级高的中断将被优先处理。

### 2.3 中断驱动程序的结构和设计

中断驱动程序是软件模块，负责管理特定中断源。一个中断驱动程序通常包含以下组件：

- **中断服务子程序（ISR）：**响应中断事件并执行必要的处理。
- **中断初始化函数：**配置中断控制器和使能中断。
- **中断处理函数：**执行中断事件的具体处理逻辑。

中断驱动程序的结构和设计应遵循以下原则：

- **模块化：**将中断驱动程序设计为模块化的组件，便于维护和扩展。
- **可重用性：**设计可重用的中断驱动程序，以便在不同的项目中使用。
- **可配置性：**允许用户配置中断驱动程序的某些参数，以适应不同的应用场景。

**代码块：中断服务子程序（ISR）示例**

void USART1_IRQHandler(void)
{
    // 保存受中断影响的寄存器
    __disable_irq();
    uint32_t SR = USART1->SR;
    __enable_irq();

    // 判断中断源
    if (SR & USART_SR_RXNE)
    {
        // 读取接收到的数据
        uint8_t data = USART1->DR;

        // 处理接收到的数据
        // ...
    }
}

**逻辑分析：**

- ISR 保存受中断影响的寄存器，以防止中断嵌套时寄存器值被覆盖。
- ISR 判断中断源，以确定触发中断的事件。
- ISR 根据中断源执行相应的处理逻辑。

**参数说明：**

- `USART1_IRQHandler`：ISR 的名称，对应于 USART1 中断向量。
- `__disable_irq()`：禁用中断，防止 ISR 执行过程中发生中断嵌套。
- `__enable_irq()`：使能中断，允许 ISR 执行结束后继续响应中断。
- `USART1->SR`：USART1 状态寄存器，用于判断中断源。
- `USART1->DR`：USART1 数据寄存器，用于读取接收到的数据。

# 3. 中断驱动编程实践**

### 3.1 外部中断驱动程序的开发

外部中断驱动程序负责处理来自外部设备或传感器产生的中断请求。STM32单片机提供了丰富的外部中断源，包括 GPIO 引脚、外部事件、定时器等。

**外部中断驱动程序的结构**

外部中断驱动程序通常包含以下部分：

* **中断服务子程序 (ISR)**：中断发生时执行的代码。
* **中断初始化函数**：配置中断源、中断优先级和中断使能。
* **中断处理函数**：执行中断处理逻辑，例如读取输入数据或控制输出设备。

**外部中断驱动程序的编写**

编写外部中断驱动程序的步骤如下：

1. **配置中断源**：确定中断源并配置相应的寄存器。
2. **设置中断优先级**：设置中断的优先级，以确定中断响应的顺序。
3. **编写 ISR**：编写 ISR，执行中断处理逻辑。
4. **编写中断处理函数**：编写中断处理函数，执行具体的处理逻辑。
5. **使能中断**：使能中断源，以便在发生中断时触发 ISR。

**代码示例：**

// 外部中断初始化函数
void EXTI_Init(void) {
  // 配置中断源：GPIOA 引脚 0
  RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_IOPAEN;
  GPIOA->CRL &= ~(GPIO_CRL_CNF0 | GPIO_CRL_MODE0);
  GPIOA->CRL |= GPIO_CRL_CNF0_1 | GPIO_CRL_MODE0_0; // 浮空输入模式

  // 设置中断优先级：最高优先级
  NVIC_SetPriority(EXTI0_IRQn, 0);

  // 使能中断
  N