STM32F411高级中断处理


参考资源链接：[STM32F411系列单片机开发关键数据手册](https://wenku.csdn.net/doc/6412b6c7be7fbd1778d47f2d?spm=1055.2635.3001.10343)
# 1. STM32F411微控制器概述

STM32F411微控制器是基于ARM® Cortex®-M4的高性能微控制器，具有丰富的集成外设和强大的计算能力，适用于需要高速处理和丰富连接性的应用。它支持多种通信协议，如I2C、SPI、USART等，还拥有灵活的定时器和丰富的ADC、DAC转换器。这些特性使STM32F411成为设计高效能、高性价比产品的理想选择。

本章节将介绍STM32F411的基本架构、核心特性以及如何在项目中高效利用这一微控制器。我们首先会探索STM32F411的核心配置，包括它的时钟系统、电源管理和各种内存类型。接下来，我们将深入讨论如何配置和使用GPIO（通用输入输出）引脚，因为这是与外部世界交互的基础。最后，我们将通过案例展示如何利用STM32F411实现具体的功能，从而为后续章节的学习打下坚实的基础。

# 2. 中断系统的基本理论与实践

### 2.1 中断系统理论基础
中断是微控制器响应外部事件或内部条件的一种机制，允许处理器暂停当前任务，转而去执行一个专门的中断服务程序（ISR）。理解中断系统的基础，对于高效利用STM32F411微控制器资源至关重要。

#### 2.1.1 中断的定义与分类
中断可以被分为两大类：同步中断和异步中断。

- **同步中断（也称为软件中断）**：由执行的指令直接触发，如异常（trap）和系统调用（system call）。
- **异步中断（也称为硬件中断）**：由硬件设备如外设或定时器等触发。

在STM32F411中，中断进一步细分为：

- **外部中断**：来自外部设备的中断请求（IRQ）信号。
- **内部中断**：由内部外设如定时器、ADC等生成。

#### 2.1.2 中断优先级与中断管理
中断优先级是中断系统中的一个关键概念，它决定了当多个中断同时发生时，哪一个中断会被首先处理。STM32F411允许每个中断具有不同的优先级，从而可以设置高优先级中断抢占低优先级中断，实现更灵活的中断响应机制。

// 示例代码：配置中断优先级
void nvic_priority_configuration(void)
{
    // 假定NVIC_GetPriority()和NVIC_SetPriority()是获取和设置中断优先级的函数
    uint32_t priority = NVIC_GetPriority(EXTI0_IRQn); // 获取外部中断0的优先级
    priority &= ~NVIC_PRIO_MASK; // 清除优先级掩码
    priority |= 0x03; // 设置优先级为第三高
    NVIC_SetPriority(EXTI0_IRQn, priority); // 更新优先级
}

在该示例代码中，优先级的设置遵循STM32的优先级分组规则，其中`NVIC_PRIO_MASK`是一个宏定义，用于清除优先级字段的优先级分组部分。通过这种方式可以独立地调整每个中断源的优先级。

### 2.2 中断处理流程详解

#### 2.2.1 中断向量表与中断服务程序
STM32F411的中断向量表是一个存放在内部闪存特定区域的中断处理函数地址列表，每个中断源都有对应的中断向量。

- **中断向量**：中断向量指向具体的中断服务程序（ISR），它是一个在中断发生时执行的函数。
- **中断服务程序**：用于处理中断事件并恢复系统状态的代码段。

#### 2.2.2 中断请求与中断响应机制
当中断源产生一个中断请求时，如果该中断被使能并且当前没有更高优先级的中断正在处理，那么处理器会立即响应这个中断请求。

// 示例代码：在中断服务函数中处理外部中断
void EXTI0_IRQHandler(void)
{
    if (EXTI->PR & EXTI_PR_PR0) // 检查是否为EXTI Line0的挂起位
    {
        // 处理中断事件
        // ...

        EXTI->PR |= EXTI_PR_PR0; // 清除中断挂起位
    }
}

在上述代码中，我们首先检查`EXTI_PR_PR0`位来确定是否是外部中断0的挂起请求。一旦确认，就可以在中断服务函数中执行相应的处理逻辑。处理完毕后，必须清除挂起位以准备下一次中断请求。

### 2.3 中断编程实践

#### 2.3.1 编写中断服务函数
中断服务函数通常需要快速执行，并且能够处理中断源所触发的事件。编写高效的ISR需要对中断机制和微控制器的硬件结构有深刻理解。

// 示例代码：外部中断服务函数
void EXTI15_10_IRQHandler(void)
{
    if (EXTI->PR & EXTI_PR_PR13) // 检查是否为EXTI Line13的挂起位
    {
        // 执行中断处理代码
        // ...

        EXTI->PR |= EXTI_PR_PR13; // 清除中断挂起位
    }
}

在这个简单的中断服务函数中，我们再次使用了`EXTI_PR_PR13`位来检测中断请求并清除挂起位。实际应用中，根据具体需求，处理逻辑会更复杂。

#### 2.3.2 中断嵌套与优先级配置
中断嵌套是指在中断服务程序执行期间，如果有更高优先级的中断请求发生，则先处理高优先级的中断。STM32F411的中断控制器支持中断嵌套，这需要在配置中断时正确设置优先级。

// 示例代码：配置中断嵌套
void nvic_priority_configuration(void)
{
    // 配置外部中断优先级
    NVIC_SetPriority(EXTI0_IRQn, NVIC_EncodePriority(NVIC_GetPriorityGrouping(), 0x02, 0));
    // 配置另一个