STM32Cube HAL库中断处理机制，回调函数实现原理

STM32Cube HAL出来六七年了，还是有很多初学者没有适应，今天就分享一个读者问到的关于中断处理的问题。

很多人都知道STM32CubeMX这套工具的一个目的：减少开发者对STM32底层驱动的开发时间，把重心放在应用代码上。

但是，STM32CubeMX只是生成了底层驱动的初始化代码。所以，我们还需要掌握：应用层代码如何调用HAL库函数（API接口），以及HAL库中断处理机制等相关知识。

HAL库牵涉的内容较多，下面简单描述一下HAL库中断处理，以及相关的回调函数。

1  HAL库中断处理机制

之前使用标准外设库开发时，中断程序（函数）由我们自己实现。

而HAL库的中断处理函数是按照HAL处理机制来实现，如USART1，统一由HAL_UART_IRQHandler来进行处理，如下图：

其它大部分外设（TIM、SPI、CAN...）中断都类似，HAL进行统一处理。

也就是说，HAL已经帮我们把中断处理函数写好了，我们只需要调用相应函数来编写应用程序就行了。

HAL_xxx_IRQHandler里面做了哪些处理？ 我们以STM32F1的HAL_UART_IRQHandler为例：

1. <p class="MsoNormal"><span lang="EN-US">void HAL_UART_IRQHandler(UART_HandleTypeDef
   
2. *huart)<o:p></o:p></span></p>
   * P0 r$ Q- g! @
3. 
   1 x4 i/ @; O* m5 m6 j1 W( Q/ P
4. <p class="MsoNormal"><span lang="EN-US">{<o:p></o:p></span></p>
   
5. 
   
6. <p class="MsoNormal"><span lang="EN-US">  
   
7. uint32_t isrflags   =
   
8. READ_REG(huart->Instance->SR);<o:p></o:p></span></p>
   5 h6 @# C" Y. \7 T! d! t
9. 
   
10. <p class="MsoNormal"><span lang="EN-US">  
    
11. uint32_t cr1its     =
    
12. READ_REG(huart->Instance->CR1);<o:p></o:p></span></p>
    $ x! A8 L+ I, _1 _( y$ M
13. 
    8 \) R, e# F8 R; `7 E3 N1 T/ }
14. <p class="MsoNormal"><span lang="EN-US">  
    8 C) p0 U1 S, `  @8 k
15. uint32_t cr3its     =
    
16. READ_REG(huart->Instance->CR3);<o:p></o:p></span></p>
    & q4 n- a1 @) z" A2 J
17. 
    
18. <p class="MsoNormal"><span lang="EN-US">  
    ' @- F7 N# M5 Z$ i  H
19. uint32_t errorflags = 0x00U;<o:p></o:p></span></p>
    : @4 m/ B. L7 E$ m3 y0 m
20. 
    $ ~% H& r% `, {) ]# c: z
21. <p class="MsoNormal"><span lang="EN-US">  
    
22. uint32_t dmarequest = 0x00U;<o:p></o:p></span></p>
    
23. 
    : c, s! k' Y; F6 }. t& n
24. <p class="MsoNormal"><span lang="EN-US"> </span></p>
    ) h  D; H  m) K5 A! V) a
25. 
    8 v0 Q$ c% u  ?' ^( D9 x  ~: `+ p
26. <p class="MsoNormal"><span lang="EN-US">  /*
    / L  Y' a# k% C' n+ d0 H7 T
27. If no error occurs */<o:p></o:p></span></p>
    4 R9 L6 Q& \! i; C! @# g9 J6 Z
28. 
    4 k6 ^3 K( H" B; U" ~" `# K
29. <p class="MsoNormal"><span lang="EN-US">
    
30. errorflags = (isrflags & (uint32_t)(USART_SR_PE | USART_SR_FE |
    
31. USART_SR_ORE | USART_SR_NE));<o:p></o:p></span></p>
    . x, C& }+ Y; z+ Y
32. 
    
33. <p class="MsoNormal"><span lang="EN-US">
    
34. if(errorflags == RESET)<o:p></o:p></span></p>
    
35. 
    - D, \7 a2 i' L6 e/ l# n7 R
36. <p class="MsoNormal"><span lang="EN-US">  {<o:p></o:p></span></p>
    
37. 
    
38. <p class="MsoNormal"><span lang="EN-US">   
    
39. /* UART in mode Receiver
    
40. -------------------------------------------------*/<o:p></o:p></span></p>
    
41. 
    
42. <p class="MsoNormal"><span lang="EN-US">   
    
43. if(((isrflags & USART_SR_RXNE) != RESET) && ((cr1its &
    ' a! k2 y. P' a, [! f
44. USART_CR1_RXNEIE) != RESET))<o:p></o:p></span></p>
    
45. 
    
46. <p class="MsoNormal"><span lang="EN-US">    {<o:p></o:p></span></p>
    / d' c# r. s( j5 W6 o3 S9 S; X
47. 
    
48. <p class="MsoNormal"><span lang="EN-US">     
    : E8 e: f% ^2 O1 q
49. UART_Receive_IT(huart);<o:p></o:p></span></p>
    8 C/ F# U% _4 X  C0 ?
50. 
    
51. <p class="MsoNormal"><span lang="EN-US">     
    7 R, N# W6 b, S5 Y" s( Z0 ^
52. return;<o:p></o:p></span></p>
    : J  Z' F  l9 w$ m" i4 y
53. 
    
54. <p class="MsoNormal"><span lang="EN-US">    }<o:p></o:p></span></p>
    . w% _/ D' @. z1 `$ A  G
55. 
    
56. <p class="MsoNormal"><span lang="EN-US">  }<o:p></o:p></span></p>
    * L* B' h! w) c6 O/ X3 k4 }# R
57. 
    
58. <p class="MsoNormal"><span lang="EN-US"> </span></p>
    
59. 
    6 R; G: L) b2 c6 s4 ?! g
60. <p class="MsoNormal"><span lang="EN-US">  /*
    6 q5 E8 t0 Y; Z# J
61. If some errors occur */<o:p></o:p></span></p>
    0 R  Z2 I4 O  O
62. 
    " x7 Y- }5 d2 O( ~; ]# y) Z
63. <p class="MsoNormal"><span lang="EN-US">
    % [& W! ^. W# R# p$ @9 Q
64. if((errorflags != RESET) && (((cr3its & USART_CR3_EIE) !=
    
65. RESET) || ((cr1its & (USART_CR1_RXNEIE | USART_CR1_PEIE)) != RESET)))<o:p></o:p></span></p>
    
66. 
    
67. <p class="MsoNormal"><span lang="EN-US">  {<o:p></o:p></span></p>
    2 [$ Y5 @; a- b4 G
68. 
    
69. <p class="MsoNormal"><span lang="EN-US">  /*<o:p></o:p></span></p>
    ! @0 h- D6 N5 G- v; ^
70. 
    3 ^* W% P! U6 |0 Z, V
71. <p class="MsoNormal"><span lang="EN-US">  ·<o:p></o:p></span></p>
    
72. 
    
73. <p class="MsoNormal"><span lang="EN-US">  ·</span>删减了部分代码<span lang="EN-US"><o:p></o:p></span></p>
    
74. 
    & T/ E! H: p5 a* P- x& G+ a9 F$ Z
75. <p class="MsoNormal"><span lang="EN-US">  ·<o:p></o:p></span></p>
    
76. 
    
77. <p class="MsoNormal"><span lang="EN-US">  */<o:p></o:p></span></p>
    
78. 
    
79. <p class="MsoNormal"><span lang="EN-US">  }
    
80. /* End if some error occurs */<o:p></o:p></span></p>
    * ~+ W5 L2 W8 @# i
81. 
    $ `( @" b) g4 x! E: C
82. <p class="MsoNormal"><span lang="EN-US"> </span></p>
      t  x% D! \& e9 U: S
83. 
    2 ?+ i  x0 ~  M/ M
84. <p class="MsoNormal"><span lang="EN-US">  /*
    ( _* J9 A0 y/ d+ }( y) U, w6 L0 r
85. UART in mode Transmitter ------------------------------------------------*/<o:p></o:p></span></p>
    / g$ U. W& p/ t* L; v* I1 {
86. 
    ( E& g" D7 T& a
87. <p class="MsoNormal"><span lang="EN-US">
    . r) k  i+ l. S. I; a# v/ ]* H
88. if(((isrflags & USART_SR_TXE) != RESET) && ((cr1its &
    
89. USART_CR1_TXEIE) != RESET))<o:p></o:p></span></p>
    6 ?9 J* D+ k3 j* k/ @
90. 
    
91. <p class="MsoNormal"><span lang="EN-US">  {<o:p></o:p></span></p>
    " i0 E6 a* {) J# l. p0 f
92. 
    
93. <p class="MsoNormal"><span lang="EN-US">   
    
94. UART_Transmit_IT(huart);<o:p></o:p></span></p>
    9 A, @. y5 u4 z& Y
95. 
      P+ }) F) m- I0 E
96. <p class="MsoNormal"><span lang="EN-US">   
    
97. return;<o:p></o:p></span></p>
    
98. 
    
99. <p class="MsoNormal"><span lang="EN-US">  }<o:p></o:p></span></p>
    
100. 
     
101. <p class="MsoNormal"><span lang="EN-US">  /*
     
102. UART in mode Transmitter end --------------------------------------------*/<o:p></o:p></span></p>
     
103. 
     $ z! X! }4 j0 w+ Q0 `
104. <p class="MsoNormal"><span lang="EN-US">
     " s, b, D# @' h; f
105. if(((isrflags & USART_SR_TC) != RESET) && ((cr1its &
     
106. USART_CR1_TCIE) != RESET))<o:p></o:p></span></p>
       }  A2 p: }4 K. w- ^3 u- }' d
107. 
     
108. <p class="MsoNormal"><span lang="EN-US">  {<o:p></o:p></span></p>
     
109. 
     
110. <p class="MsoNormal"><span lang="EN-US">   
     . z; Q2 M. p" x6 R/ V7 g; m
111. UART_EndTransmit_IT(huart);<o:p></o:p></span></p>
     
112. 
     6 M+ Z% R; H$ v1 Q6 Q
113. <p class="MsoNormal"><span lang="EN-US">   
     $ F8 v) \4 h! C2 k- j
114. return;<o:p></o:p></span></p>
     7 Y0 E; w% Q$ F$ f
115. 
     
116. <p class="MsoNormal"><span lang="EN-US">  }<o:p></o:p></span></p>
     % y( i7 e& Y' s: v2 S- m
117. 
     
118. <p class="MsoNormal"><span lang="EN-US">}</span></p>

复制代码

- d2 [! B5 `. `' H7 h2 n

其实，大家认真看一下代码应该能明白，这些和我们编写的中断处理函数是不是有类似之处？

这是无非就是接收中断、发送中断、错误中断等一系列处理。只是这里又进行了再次封装，比如接收中断UART_Receive_IT。

当然，这个UART_Receive_IT接收中断实现方式又可能存在不同。像F0、F1...就是直接调用这个接收中断函数来进一步处理。

像L0、G0...是通过执行指针函数RxISR来进一步处理。G0的接收中断处理为：huart->RxISR(huart);

1. <p class="MsoNormal"><span lang="EN-US">void HAL_UART_IRQHandler(UART_HandleTypeDef
   , {: C7 e3 D: j( f, o
2. *huart)<o:p></o:p></span></p>
   
3. 
   
4. <p class="MsoNormal"><span lang="EN-US">{<o:p></o:p></span></p>
   
5. 
   
6. <p class="MsoNormal"><span lang="EN-US">  //</span>删除了前面代码<span lang="EN-US"><o:p></o:p></span></p>
   
7. 
   
8. <p class="MsoNormal"><span lang="EN-US">  /*
   . F1 F0 c! {; X9 A0 z' S* j2 X
9. If no error occurs */<o:p></o:p></span></p>
   & N% P# Y& ~1 }6 u0 w, L2 ^2 P0 s
10. 
    
11. <p class="MsoNormal"><span lang="EN-US">
    8 B, D2 P  Y2 I1 ^1 n$ Y) q
12. errorflags = (isrflags & (uint32_t)(USART_ISR_PE | USART_ISR_FE |
    , J! c2 i3 ^& t
13. USART_ISR_ORE | USART_ISR_NE));<o:p></o:p></span></p>
    1 c4 z% C* y$ h6 I0 S2 S
14. 
    , X+ D) ~" ~6 w( j+ M: P  s
15. <p class="MsoNormal"><span lang="EN-US">  if
    
16. (errorflags == 0U)<o:p></o:p></span></p>
    * x1 f6 `; b( f) @; K! S/ _0 v$ A8 t
17. 
    
18. <p class="MsoNormal"><span lang="EN-US">  {<o:p></o:p></span></p>
    
19. 
    " U6 u. \# ^) c) d9 |
20. <p class="MsoNormal"><span lang="EN-US">   
    4 ?! l1 S' }2 f$ A6 {
21. /* UART in mode Receiver
    + [4 }5 j8 A' ~6 L% K6 _9 v
22. ---------------------------------------------------*/<o:p></o:p></span></p>
    
23. 
    
24. <p class="MsoNormal"><span lang="EN-US">   
    
25. if (((isrflags & USART_ISR_RXNE_RXFNE) != 0U)<o:p></o:p></span></p>
    
26. 
    
27. <p class="MsoNormal"><span lang="EN-US">      
    ' V8 N) a; N( _+ R2 a* Q7 U3 y+ b8 H
28. && (((cr1its & USART_CR1_RXNEIE_RXFNEIE) != 0U)<o:p></o:p></span></p>
    . e4 [$ h* W8 Z5 ]
29. 
    . D& S, Y$ m) M$ U6 i$ D
30. <p class="MsoNormal"><span lang="EN-US">           
    ! U# T4 w; V3 Y3 L
31. || ((cr3its & USART_CR3_RXFTIE) != 0U)))<o:p></o:p></span></p>
    7 \% u; D7 }9 N9 |. d  ~
32. 
    
33. <p class="MsoNormal"><span lang="EN-US">    {<o:p></o:p></span></p>
    
34. 
    
35. <p class="MsoNormal"><span lang="EN-US">     
    
36. if (huart->RxISR != NULL)<o:p></o:p></span></p>
    . R# O$ O- d$ V8 c9 H
37. 
    8 v5 D. t, N: q: R, t0 d
38. <p class="MsoNormal"><span lang="EN-US">     
    3 P" ^% I: [6 e) x" C
39. {<o:p></o:p></span></p>
    - K9 p6 W7 v& z- ]
40. 
    
41. <p class="MsoNormal"><span lang="EN-US">      
    
42. huart->RxISR(huart);<o:p></o:p></span></p>
    
43. 
    
44. <p class="MsoNormal"><span lang="EN-US">     
    
45. }<o:p></o:p></span></p>
    
46. 
    ! `% l2 t6 d3 [3 O7 h# a3 y
47. <p class="MsoNormal"><span lang="EN-US">     
    
48. return;<o:p></o:p></span></p>
    
49. 
    9 E" {/ T! b2 V# a. R
50. <p class="MsoNormal"><span lang="EN-US">    }<o:p></o:p></span></p>
    . p5 \8 y; X! H
51. 
    ' T" R- s; s& m
52. <p class="MsoNormal"><span lang="EN-US">  }<o:p></o:p></span></p>
    
53. 
    
54. <p class="MsoNormal"><span lang="EN-US">  //</span>删除了后面代码<span lang="EN-US"><o:p></o:p></span></p>
    
55. 
    & f; j5 @4 s% ^7 J/ I" G1 ~
56. <p class="MsoNormal"><span lang="EN-US">}</span></p>

复制代码

看了上面USART中断处理的函数，大家有没有得到什么启发？

其实，HAL库里面处理机制基本一致，只是实现方式上有所不同。

如果你摸清楚了HAL库基本原理，相信阅读HAL库源码，或者使用HAL库编写应用代码不是问题。

2  回调函数实现原理

在HAL库中存在大量类似HAL_XXX_XXXCallback这样的函数，这些都是回调函数。

回调函数就是一个通过函数指针调用的函数。如果你把函数的指针（地址）作为参数传递给另一个函数，当这个指针被用来调用其所指向的函数时，我们就说这是回调函数。

回调函数不是由该函数的实现方直接调用，而是在特定的事件或条件发生时由另外的一方调用的，用于对该事件或条件进行响应。

---来自百度百科

HAL库中断处理使用了较多的回调函数，还是拿UART接收中断来举例说明。

初始化配置好UART中断接收，如果有中断请求，就会执行回调函数HAL_UART_RxCpltCallback。

看上面回调函数的定义，通过特定条件调用『回调函数』，这里触发的条件就是中断。

3  扩展说明

这里也简单说几点：

1.初学者想直接使用HAL不是不行，需要有一定C语言功底

针对大部分初学者来说，是不建议直接上手HAL。但是，有部分C功底较好的，还是建议直接上手。

2.学HAL，建议参看官网例程

很多人不知道如何找资源，我不止一次强调，官方的才是最好。在HAL库中Projects目录下就有很多例程Examples。

3.我们追求效率，可以HAL库源码

如果你想修改HAL库源码，允许修改少部分。如果要大量修改，还是别折腾了。

4.实际项目需做一定修改

STM32CubeMX仅仅是生成初始化代码和工程，你实际项目中一般都有自己的软件架构。

特别是项目越大，软件架构就需要更加规范。

比如：生成的gpio.c文件名，你需要修改成bsp_gpio.c.

再比如：函数MX_USART2_UART_Init改成MX_DEBUG_UART_Init.

------------END ------------

文章出处： strongerHuang

" e2 o/ V- e& K+ r+ ~