一、中斷和異常概述

中斷和異常的作用是指示系統(tǒng)中的某個地方發(fā)生一些事件，需要引起處理器(包括正在執(zhí)行中的程序和任務(wù))的注意.。當中斷和異常發(fā)生時，典型的結(jié)果是迫使處理器將控制從當前正在執(zhí)行的程序或任務(wù)轉(zhuǎn)移到另一個歷程或任務(wù)中去。該例程叫做中斷處理程序，或者異常處理程序。如果是一個任務(wù)，則發(fā)生任務(wù)切換。

ARM架構(gòu)的中斷就是異常的一種，它一般由外設(shè)或外部輸入產(chǎn)生，也可軟件觸發(fā)。中斷的異常處理也被稱作中斷服務(wù)程序（ISR）。

二、Cortex-M3處理器中的嵌套向量中斷控制器（NVIC）

本產(chǎn)品選用STM32L1系列單片機其處理器為Cortex-M3，在Cortex-M3處理器中存在一個嵌套向量中斷控制器（NVIC）的中斷控制器，它是可編程的且寄存器經(jīng)過存儲器映射，NVIC支持可編程中斷優(yōu)先級的數(shù)量。NVIC的地址是固定的且NVIC的編程模板與目前Cortex-M系列處理器都是一樣的。

NVIC還支持多個系統(tǒng)異常，包括不可屏蔽中斷（NMI）和處理器內(nèi)部其他異常源。

嵌套向量中斷控制器（NVIC）特性：

最多240個中斷輸入（1~15為系統(tǒng)異常，中斷實際中在6~100之間，達到較小硅片面積，降低功耗），不可屏蔽中斷（NMI）輸入和系統(tǒng)異常。每個中斷（NMI除外）都可以被單獨的使能或禁止。

中斷和系統(tǒng)異常具有可編程優(yōu)先級。

嵌套中斷/異常按照優(yōu)先級先后處理。

向量中斷/異常，處理器自動取出無需軟件確認。

向量表可重定位在存儲器多個區(qū)域（默認0x0）。

低中斷等待。具有零等待狀態(tài)存儲系統(tǒng)，中斷等待僅為12個周期。

中斷和異常可用軟件觸發(fā)。

具有屏蔽中斷和異常功能（NMI除外），也可將屏蔽為某個優(yōu)先級之下。

多個優(yōu)化用于降低不同異常上下文切換時的中斷處理開銷。

詳細系統(tǒng)異常如下表：

中斷類型如下表：

?上面兩個表詳細闡述了異常/中斷的編號、類型、優(yōu)先級狀態(tài)和具體的作用。

上圖可知NVIC可以處理多個中斷請求（IRQ）和一個不可屏蔽中斷（NMI）請求，IRQ可由片上外設(shè)或外部中斷輸入通過I/O端口產(chǎn)生，NMI可由看門狗和掉電檢測。處理器自身也是一個中斷和異常源，比如處理器內(nèi)部SysTick（系統(tǒng)節(jié)拍）定時器周期性產(chǎn)生中斷或者系統(tǒng)錯誤事件狀態(tài)。注：在Cortex-M3和Cortex-M4中斷等待只有12個周期。

NVIC可以處理多種類型的中斷源：

• 脈沖中斷請求。中斷請求至少持續(xù)一個時鐘周期，NVIC會在收到該中斷時，掛起狀態(tài)保持到中斷得到處理。
• 電平觸發(fā)中斷請求。中斷得到處理前需要將中斷源請求保持為高。

注：NVIC輸入信號為高電平有效，實際外部中斷輸入設(shè)計會有所不同，片上系統(tǒng)邏輯會轉(zhuǎn)換為有效高電平信號。

異常/中斷入口：Cortex-M處理器會痛存儲器的向量表中自動定位異常處理入口。

異常/中斷搶占：每個異常都有優(yōu)先級，當異常產(chǎn)生是MVIC會將輸入異常優(yōu)先級與當前運行任務(wù)優(yōu)先級相比較，若新異常優(yōu)先級較高，當前任務(wù)暫停，相關(guān)寄存器保存在棧空間，處理器開始處理新異常，當處理完成后，異常返回終止操作，處理器自動從棧恢復寄存器內(nèi)容，并執(zhí)行之前暫停任務(wù)。

中斷屏蔽：NVIC有許多中斷屏蔽寄存器。例如PRIMASK寄存器禁止除HardFault和NMI外所有異常；BASEPRI寄存器屏蔽低于特定優(yōu)先級的異常或中斷。

根據(jù)上圖分析實際中異常/中斷類型，NMI外設(shè)一般是看門狗或者掉電檢測，IRQ外設(shè)一般是芯片自帶ADC，DAC，比較器等，IRQ的I/O端口一般是外部芯片或者外圍硬件電路產(chǎn)生的信號，SysTick（系統(tǒng)節(jié)拍）定時器產(chǎn)生中斷用于有OS的芯片進行任務(wù)調(diào)度。

外設(shè)或I/O端口產(chǎn)生中斷需要處理器處理服務(wù)流程如下：

處理器確認外設(shè)中斷請求

進行優(yōu)先級比較

處理器暫停當前執(zhí)行任務(wù)

執(zhí)行外設(shè)中斷服務(wù)程序（ISR）,可用軟件清除中斷請求。

處理完成后繼續(xù)執(zhí)行暫停任務(wù)

面經(jīng)：

1.異常與中斷之間的關(guān)系。

2.記住三個優(yōu)先級最高的異常：復位（最高），NMI（第二）和硬件錯誤（第三）。

3.外設(shè)或I/O端口產(chǎn)生中斷后，處理器接收到的處理流程。

4.中斷源的信號類型：電平觸發(fā)（高電平還是低電平？），脈沖觸發(fā)（觸發(fā)中斷需要多少時間?），

?三、優(yōu)先級

在使用中斷之前一般進行以下操作：

設(shè)置中斷優(yōu)先級（可以不設(shè)置，采用默認）

使能外設(shè)或I/O端口的觸發(fā)中斷開關(guān)

使能NVIC中斷

Cortex-M3優(yōu)先級配置寄存器為8位寬具有3個固定最高優(yōu)先級（詳見異常列表：復位,NMI,硬件錯誤）和256個可編程優(yōu)先級（最多有128個搶占等級），但是實際可編程優(yōu)先級數(shù)量遠遠低于256個，優(yōu)先級越多會增加NVIC復雜度而且會增加功耗（增加邏輯門數(shù)）。優(yōu)先級寄存器一般是高位有效（MSB），這樣方便芯片間移植應(yīng)用程序。

搶占等級劃分：

優(yōu)先級配置寄存器有8位寬為什么只有128個搶占等級？如下表所示：

優(yōu)先級配置寄存器分為：搶占優(yōu)先級和子優(yōu)先級，從表中可以看出搶占優(yōu)先級域最大只有7位，所以只有128個搶占優(yōu)先級。因此在處理器判斷如何執(zhí)行中斷時先判斷搶占優(yōu)先級，如果搶占優(yōu)先級相同再判斷子優(yōu)先級。?

面經(jīng)：

1.中斷初始化流程

2.可編程優(yōu)先級個數(shù)？為什么這么多個？

3.搶占優(yōu)先級（組優(yōu)先級）與子優(yōu)先級關(guān)系？搶占等級多少個？為什么搶占優(yōu)先級有這么多個？

4.搶占優(yōu)先級與子優(yōu)先級哪個優(yōu)先級更高？

四、向量表重定位

默認向量表地址從0開始。向量地址則為異常編號乘以4，向量表如下所示：

在CMSIS庫中給SCB->VTOR賦予新地址進行重定位。

注：向量表基地址必須為下一個大小為2的整數(shù)次方

面經(jīng)：

1.知道有向量表這個概念

2.向量表能否重定位？怎么定位？基地址有什么要求？

?五、HAL庫中斷開發(fā)示例

設(shè)置中斷流程三部曲：

設(shè)置搶占優(yōu)先級

設(shè)置子優(yōu)先級

使能中斷

HAL庫代碼示例：

/*初始化端口操作這里不贅述*/

/*第一個參數(shù)：設(shè)置中斷號，需要查詢IO端口或者外設(shè)的中斷號，

第二個參數(shù)：搶占優(yōu)先級

第三個參數(shù)：子優(yōu)先級*/

HAL_NVIC_SetPriority( EXTI0_IRQn, 6, 0 );

/*使能該中斷號*/

HAL_NVIC_EnableIRQ( EXTI0_IRQn );

注：HAL庫將設(shè)置搶占優(yōu)先級和子優(yōu)先級封裝為一個接口，代碼就縮減為兩行代碼。

?

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的ARM架构——面试了菊厂，中兴，MTK，鼎桥，总结了ARM Cortex-M3中断的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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