STM32单片机中断处理指南：深入剖析中断机制

# 1. STM32单片机中断概述**

STM32单片机是一种基于ARM Cortex-M内核的微控制器，它具有强大的中断处理能力。中断是一种硬件机制，允许外部事件或内部事件暂停当前正在执行的代码，并跳转到一个专门的中断服务函数（ISR）中。中断机制对于实时系统至关重要，它允许单片机快速响应外部事件，例如按键按下或定时器溢出。

STM32单片机提供多种中断源，包括外部中断、内部中断和系统中断。外部中断由外部事件触发，例如GPIO引脚上的电平变化。内部中断由单片机内部事件触发，例如定时器溢出或数据传输完成。系统中断由单片机本身触发，例如复位或异常。

# 2. STM32单片机中断机制

### 2.1 中断向量表

**中断向量表**是存储中断服务函数入口地址的数组。当发生中断时，CPU会根据中断号从中断向量表中获取中断服务函数的入口地址，然后跳转到该函数执行。

STM32单片机的中断向量表位于**0x0000 0000**地址，共包含**256**个入口地址。每个入口地址对应一个中断号，中断号范围为**0~255**。

### 2.2 中断优先级和嵌套

**中断优先级**决定了当多个中断同时发生时，哪个中断会被优先处理。STM32单片机支持**4**个中断优先级，从高到低依次为：

- **最高优先级 (Prio 0)**
- **次高优先级 (Prio 1)**
- **中等优先级 (Prio 2)**
- **最低优先级 (Prio 3)**

**中断嵌套**是指一个中断服务函数中又发生了另一个中断。STM32单片机支持中断嵌套，但嵌套深度有限制。嵌套深度取决于中断优先级，高优先级中断可以嵌套低优先级中断，但低优先级中断不能嵌套高优先级中断。

### 2.3 中断响应时间

**中断响应时间**是指从中断发生到中断服务函数开始执行的时间。中断响应时间受以下因素影响：

- **中断优先级：**高优先级中断的响应时间比低优先级中断短。
- **指令流水线：**如果中断发生在指令流水线执行过程中，可能会导致流水线被清空，从而增加中断响应时间。
- **代码执行时间：**中断服务函数的代码执行时间越长，中断响应时间就越长。

STM32单片机的中断响应时间通常在**几十个时钟周期**以内，这对于大多数应用来说已经足够快。

**代码块：**

// 中断向量表
__attribute__((section(".isr_vector")))
void (* const g_pfnVectors[])(void) = {
    // ...
};

**逻辑分析：**

这段代码定义了中断向量表。`g_pfnVectors`数组存储了中断服务函数的入口地址。数组的每个元素对应一个中断号。

**参数说明：**

- `__attribute__((section(".isr_vector")))`：指定该数组位于`.isr_vector`节中，该节是中断向量表所在的节。

**mermaid格式流程图：**

graph LR
subgraph 中断响应过程
    A[中断发生] --> B[中断向量表查询]
    B --> C[中断服务函数跳转]
    C --> D[中断服务函数执行]
    D --> E[中断返回]
end

**表格：**

| 中断优先级 | 响应时间 |
|---|---|
| 最高优先级 (Prio 0) | 几十个时钟周期 |
| 次高优先级 (Prio 1) | 几十个时钟周期 |
| 中等优先级 (Prio 2) | 几十个时钟周期 |
| 最低优先级 (Prio 3) | 几十个时钟周期 |

# 3.1 中断初始化和配置

STM32单片机的中断初始化和配置主要包括以下几个步骤：

**1. 中断向量表配置**

中断向量表是存储中断服务函数入口地址的数组。STM32单片机的中断向量表位于地址 0x0000 0000，每个中断源对应一个向量表项。在初始化阶段，需要将中断服务函数的入口地址写入到对应的向量表项中。

**2. 中断控制器配置**

STM32单片机的中断控制器负责管理中断请求和中断响应。在初始化阶段，需要配置中断控制器，包括：

- **中断使能/禁止：**配置哪些中断源允许触发中断。
- **中断优先级：**配置中断源的优先级，优先级高的中断源将在优先级低的中断源之前响应。
- **中断嵌套：**配置中断是否允许嵌套，即在处理一个中断时是否允许另一个中断源触发中断。

**3. 中断服务函数编写**

中断服务函数是响应中断请求的函数。在初始化阶段，需要编写中断服务函数，包括：

- **保存寄存器：**保存当前执行上下文的寄存器，以备中断处理完成后恢复。
- **中断处理：**执行中断处理逻辑，例如读取中断标志位、清除中断标志位、执行中断响应操作等。
- **恢复寄存器：**恢复中断前的寄存器值，以继续执行中断前的代码。

**代码块：**

void EXTI0_IRQHandler(void)
{
    // 保存寄存器
    __asm volatile ("push {r0-r3, r12}");

    // 中断处理
    if (EXTI->PR & EXTI_PR_PR0) {
        // 按键中断处理逻辑
        ...
        // 清除中断标志位
        EXTI->PR |= EXTI_PR_PR0;
    }

    // 恢复寄存器
    __asm volatile ("pop {r0-r3, r12}");
}

**逻辑分析：**

该代码块是按键中断服务函数的实现。当外部中断 0 发生时，该函数会被调用。函数首先保存当前执行上下文的寄存器，然后判断中断标志位是否被置位，如果置位则执行按键中断处理逻辑，最后清除中断标志位并恢复寄存器值。

**参数说明：**

- `EXTI->PR`：外部中断标志寄存器，用于读取和清除中断标志位。
- `EXTI_PR_PR0`：外部中断 0 标志位。

# 4. STM32单片机中断应用**

**4.1 外部中断应用**

外部中断是STM32单片机中断应用中最为常见的类型，主要用于响应外部事件的触发。外部中断源可以是GPIO引脚、定时器、ADC等外设。

**4.1.1 按键中断**

按键中断是最为常见的外部中断应用之一。当按键按下时，会触发GPIO引脚的中断，从而执行相