Cortex-M3/M4内核NVIC及HAL库函数详解（2）：HAL库中断底层函数实现

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Cortex M3与M4权威指南
stm32f407的HAL库工程
STM32F4xx中文参考手册

1 HAL库中断底层函数实现

打开stm32f407的HAL库工程，可以在CMSIS->Include->core_cm4.h内找到有关NVIC寄存器设置的相关函数：

  #define NVIC_SetPriorityGrouping    __NVIC_SetPriorityGrouping
  #define NVIC_GetPriorityGrouping    __NVIC_GetPriorityGrouping
  #define NVIC_EnableIRQ              __NVIC_EnableIRQ
  #define NVIC_GetEnableIRQ           __NVIC_GetEnableIRQ
  #define NVIC_DisableIRQ             __NVIC_DisableIRQ
  #define NVIC_GetPendingIRQ          __NVIC_GetPendingIRQ
  #define NVIC_SetPendingIRQ          __NVIC_SetPendingIRQ
  #define NVIC_ClearPendingIRQ        __NVIC_ClearPendingIRQ
  #define NVIC_GetActive              __NVIC_GetActive
  #define NVIC_SetPriority            __NVIC_SetPriority
  #define NVIC_GetPriority            __NVIC_GetPriority
  #define NVIC_SystemReset            __NVIC_SystemReset
  #define NVIC_SetVector              __NVIC_SetVector
  #define NVIC_GetVector              __NVIC_GetVector

1.1 __NVIC_SetPriorityGrouping（设置优先级分组）函数

__STATIC_INLINE void __NVIC_SetPriorityGrouping(uint32_t PriorityGroup)
{
  uint32_t reg_value;
  uint32_t PriorityGroupTmp = (PriorityGroup & (uint32_t)0x07UL);             /* only values 0..7 are used          */

  reg_value  =  SCB->AIRCR;                                                   /* read old register configuration    */
  reg_value &= ~((uint32_t)(SCB_AIRCR_VECTKEY_Msk | SCB_AIRCR_PRIGROUP_Msk)); /* clear bits to change               */
  reg_value  =  (reg_value                                   |
                ((uint32_t)0x5FAUL << SCB_AIRCR_VECTKEY_Pos) |
                (PriorityGroupTmp << SCB_AIRCR_PRIGROUP_Pos)  );              /* Insert write key and priority group */
  SCB->AIRCR =  reg_value;
}

该函数操作步骤如下：
（1）读取SCB->AIRCR旧值，保存到reg_value
（2）将reg_value的bit31-16（访问钥匙）、bit10-8（优先级分组）设置为0
（3）将reg_value的bit31-16（访问钥匙）设置为0x05FA，同时将优先级分组值写到bit10-8（优先级分组）
（4）将SCB->AIRCR的值设置为reg_value
相关寄存器如下：

1.2 __NVIC_GetPriorityGrouping（获取优先级分组）函数

__STATIC_INLINE uint32_t __NVIC_GetPriorityGrouping(void)
{
  return ((uint32_t)((SCB->AIRCR & SCB_AIRCR_PRIGROUP_Msk) >> SCB_AIRCR_PRIGROUP_Pos));
}

这个函数读取SCB->AIRCR的bit10-bit8获取优先级分组设置的值。
相关寄存器如下：

1.3 __NVIC_EnableIRQ（使能中断请求）函数

__STATIC_INLINE void __NVIC_EnableIRQ(IRQn_Type IRQn)
{
  if ((int32_t)(IRQn) >= 0)
  {
    NVIC->ISER[(((uint32_t)IRQn) >> 5UL)] = (uint32_t)(1UL << (((uint32_t)IRQn) & 0x1FUL));
  }
}

该函数通过中断请求编号得到在其在中断使能寄存器中的对应位，然后将该位置1使能中断。
相关寄存器如下：

1.4 __NVIC_GetEnableIRQ（获取中断请求使能状态）函数

__STATIC_INLINE uint32_t __NVIC_GetEnableIRQ(IRQn_Type IRQn)
{
  if ((int32_t)(IRQn) >= 0)
  {
    return((uint32_t)(((NVIC->ISER[(((uint32_t)IRQn) >> 5UL)] & (1UL << (((uint32_t)IRQn) & 0x1FUL))) != 0UL) ? 1UL : 0UL));
  }
  else
  {
    return(0U);
  }
}

该函数通过中断请求编号得到在其在中断使能寄存器中的对应位，然后读取对应位的值并返回。
相关寄存器如下：

1.5 __NVIC_DisableIRQ（失能中断请求）函数

__STATIC_INLINE void __NVIC_DisableIRQ(IRQn_Type IRQn)
{
  if ((int32_t)(IRQn) >= 0)
  {
    NVIC->ICER[(((uint32_t)IRQn) >> 5UL)] = (uint32_t)(1UL << (((uint32_t)IRQn) & 0x1FUL));
    __DSB();
    __ISB();
  }
}

该函数通过中断请求编号得到在其在中断失能寄存器中的对应位，然后将该位置1失能中断。
相关寄存器如下：

这里还有__DSB()、__ISB()这2个函数，分别是数据同步屏障、指令同步屏障，目的是保证前面对寄存器的操作被执行完成。

1.6 __NVIC_GetPendingIRQ（获取中断请求挂起状态）函数

__STATIC_INLINE uint32_t __NVIC_GetPendingIRQ(IRQn_Type IRQn)
{
  if ((int32_t)(IRQn) >= 0)
  {
    return((uint32_t)(((NVIC->ISPR[(((uint32_t)IRQn) >> 5UL)] & (1UL << (((uint32_t)IRQn) & 0x1FUL))) != 0UL) ? 1UL : 0UL));
  }
  else
  {
    return(0U);
  }
}

该函数通过中断请求编号得到在其在中断挂起寄存器中的对应位，然后返回对应位的值。
相关寄存器如下：

1.7 __NVIC_SetPendingIRQ（设置中断请求挂起状态）函数

__STATIC_INLINE void __NVIC_SetPendingIRQ(IRQn_Type IRQn)
{
  if ((int32_t)(IRQn) >= 0)
  {
    NVIC->ISPR[(((uint32_t)IRQn) >> 5UL)] = (uint32_t)(1UL << (((uint32_t)IRQn) & 0x1FUL));
  }
}

该函数通过中断请求编号得到在其在中断挂起寄存器中的对应位，然后设置对应位为1。
相关寄存器如下：

1.8 __NVIC_ClearPendingIRQ（清除中断请求挂起）函数

__STATIC_INLINE void __NVIC_ClearPendingIRQ(IRQn_Type IRQn)
{
  if ((int32_t)(IRQn) >= 0)
  {
    NVIC->ICPR[(((uint32_t)IRQn) >> 5UL)] = (uint32_t)(1UL << (((uint32_t)IRQn) & 0x1FUL));
  }
}

该函数通过中断请求编号得到在其在中断解挂寄存器中的对应位，然后设置对应位为1。
相关寄存器如下：

1.9 __NVIC_GetActive（获取中断激活状态）函数

__STATIC_INLINE uint32_t __NVIC_GetActive(IRQn_Type IRQn)
{
  if ((int32_t)(IRQn) >= 0)
  {
    return((uint32_t)(((NVIC->IABR[(((uint32_t)IRQn) >> 5UL)] & (1UL << (((uint32_t)IRQn) & 0x1FUL))) != 0UL) ? 1UL : 0UL));
  }
  else
  {
    return(0U);
  }
}

该函数通过中断请求编号得到在其在中断激活寄存器中的对应位，然后读取并返回对应位的值。
相关寄存器如下：

1.20 __NVIC_SetPriority（设置中断优先级）函数

__STATIC_INLINE void __NVIC_SetPriority(IRQn_Type IRQn, uint32_t priority)
{
  if ((int32_t)(IRQn) >= 0)
  {
    NVIC->IP[((uint32_t)IRQn)]               = (uint8_t)((priority << (8U - __NVIC_PRIO_BITS)) & (uint32_t)0xFFUL);
  }
  else
  {
    SCB->SHP[(((uint32_t)IRQn) & 0xFUL)-4UL] = (uint8_t)((priority << (8U - __NVIC_PRIO_BITS)) & (uint32_t)0xFFUL);
  }
}

该函数可以分为外部中断和系统异常2个部分：
（1）外部中断（中断请求序号≥0）
通过中断请求编号找到对应的中断优先级寄存器，然后设置中断优先级寄存器即可。
相关寄存器如下：

注：stm32f407仅使用高4bit设置中断优先级
（2）系统异常（中断请求序号＜0）
通过系统异常请求编号找到对应的异常优先级寄存器，然后设置系统异常优先级寄存器即可。
相关寄存器如下：

注：stm32f407仅使用高4bit设置中断优先级

1.21 __NVIC_GetPriority（获取中断优先级）函数

__STATIC_INLINE uint32_t __NVIC_GetPriority(IRQn_Type IRQn)
{

  if ((int32_t)(IRQn) >= 0)
  {
    return(((uint32_t)NVIC->IP[((uint32_t)IRQn)]               >> (8U - __NVIC_PRIO_BITS)));
  }
  else
  {
    return(((uint32_t)SCB->SHP[(((uint32_t)IRQn) & 0xFUL)-4UL] >> (8U - __NVIC_PRIO_BITS)));
  }
}

该函数可以分为外部中断和系统异常2个部分：
（1）外部中断（中断请求序号≥0）
通过中断请求编号找到对应的中断优先级寄存器，然后读取中断优先级寄存器即可。
相关寄存器如下：

注：stm32f407的高4bit为中断优先级
（2）系统异常（中断请求序号＜0）
通过系统异常请求编号找到对应的异常优先级寄存器，然后读取系统异常优先级寄存器即可。
相关寄存器如下：

注：stm32f407的高4bit为中断优先级

1.22 __NVIC_SystemReset（系统复位）函数

__NO_RETURN __STATIC_INLINE void __NVIC_SystemReset(void)
{
  __DSB();                                                          /* Ensure all outstanding memory accesses included
                                                                       buffered write are completed before reset */
  SCB->AIRCR  = (uint32_t)((0x5FAUL << SCB_AIRCR_VECTKEY_Pos)    |
                           (SCB->AIRCR & SCB_AIRCR_PRIGROUP_Msk) |
                            SCB_AIRCR_SYSRESETREQ_Msk    );         /* Keep priority group unchanged */
  __DSB();                                                          /* Ensure completion of memory access */

  for(;;)                                                           /* wait until reset */
  {
    __NOP();
  }
}

系统复位函数实际上就是写AIRCR（应用程序中断及复位控制寄存器）的bit2为1使MCU复位。
相关寄存器如下：

1.23 __NVIC_SetVector（设置中断向量偏移量）函数

__STATIC_INLINE void __NVIC_SetVector(IRQn_Type IRQn, uint32_t vector)
{
  uint32_t *vectors = (uint32_t *)SCB->VTOR;
  vectors[(int32_t)IRQn + NVIC_USER_IRQ_OFFSET] = vector;
}

这个函数实际上就是设置外部中断向量偏移量，用得很少。
相关寄存器如下：

1.24 __NVIC_GetVector（获取中断向量偏移量）函数

__STATIC_INLINE uint32_t __NVIC_GetVector(IRQn_Type IRQn)
{
  uint32_t *vectors = (uint32_t *)SCB->VTOR;
  return vectors[(int32_t)IRQn + NVIC_USER_IRQ_OFFSET];
}

这个函数实际上就是获取外部中断向量偏移量寄存器的值，用得很少。
相关寄存器如下：