13.1 关于STM32的EXTI
前面“第10章 基础重点—中断系统”介绍了STM32的中断和中断优先级，知道了所有外设中断都由NVIC管理，比如USART、ADC、I2C、SPI等。GPIO产生的中断也不例外，但在给NVIC管理之前，还有一个EXTI（External interrupt/event controller，外部中断/事件控制器）先处理一下，如图 13.1.1 所示。

9 i& V; {, E# K  C* M. o
0 y1 D( Y! U; Y5 r: U/ t2 c: W

图 13.1.1 STM32中断处理机制

9 f4 X9 I* n4 i7 v3 M. _
# k  k0 [, P5 l$ m4 x! f
6 |& m# [4 q6 a9 c% h* E$ O& k) V0 ESTM32F103系列的EXTI支持19个外部中断/事件请求（互联型系列的STM32支持20个），每个中断/事件都有独立的触发和屏蔽设置，支持中断模式和事件模式。

4 y# ]$ ~6 a& m, o: }* d/ R; s! [& o! J中断模式是指外部信号产生电平变化时，EXTI将该信号给NVIC处理，从而触发中断，执行中断服务函数，完成对应操作。

' E! p# O" ~* c: B事件模式是指外部信号产生电平变化时，EXTI根据配置，联动ADC或TIM执行相关操作。
5 N$ ?% V5 y* g7 R2 q
中断和事件的产生源是一样的，中断需要软件实现相应功能，而事件是由硬件触发后执行相应操作。前者需要CPU参与功能实现，可以实现的功能更多，后者无需CPU参与，具有更高的响应速度。
" U/ I  o5 z  y) U7 Y5 J
# M: Y3 k& g2 k& K: R: s" vEXTI的结构如图 13.1.2 所示，图中画斜线“/”的信号线表示这样的线共有19根。外部信号输入后，首先经过边缘检测电路，可以实现对上升沿或下降沿信号进行检测，从而得到硬件触发，也可由软件中断事件寄存器产生软件触发信号。无论是硬件触发还是软件触发，如果中断屏蔽寄存器允许，则产生中断给NVIC处理（绿色路线）；如果事件屏蔽寄存器允许，则产生事件，脉冲发生器产生脉冲供其它模块使用（黄色路线）。
: |+ P9 Q5 S% e* M1 s% y
STM32F103的GPIO挂载APB总线上，如果要使用GPIO引脚作为外部中断/事件功能，则必须使能APB总线上该引脚对应端口的时钟和AFIO复用功能。
# s% p( Q" Q- w5 Q! M8 u* O0 m
: ^$ J9 R) x% R; P' R. s7 _  K5 Y- E

) p6 o5 G# R4 R% P, }. Y6 P/ \

图 13.1.2 STM32F103系列EXTI结构框图

8 t8 H4 @4 V+ @8 ]STM32F103C8T6有2组GPIO，每组16个引脚，即32个GPIO引脚，但EXTI只支持19个外部中断/事件请求，因此需要将多个GPIO合成一组，共用一个中断线，STM32F103系列中断线分组如表 13.1.1 所示。

( V! f, [" S6 @! z# C& h
  c2 q# S" B: @% N+ w' U& s

表 13.1.1 EXIT中断线分组

  M9 l0 `: B7 q2 O/ t% g结合图 13.1.1 所示，EXTI0~EXTI15作为GPIO中断线使用，同组的GPIO共享一条中断线，比如EXTI0组，PA0作为了中断源，则此时PB0~PG0不能作为中断源。

8 U( E6 b  I0 h  k
4 v7 b- ~* j6 M  X: R% N8 ?' }
【总结】

7 a3 l+ ?5 i$ k* k' k5 YSTM32有众多异常和中断，其中内部中断源（USART、ADC等）直接由NVIC处理。GPIO引脚可以产生外部中断或事件，如是中断则交由NVIC处理，如果是事件则产生脉冲信号联动其它模块工作。

无论是内部中断源，还是GPIO产生的中断，都由NVIC管理分组，然后根据中断优先级分组确定抢占优先级级数和子优先级级数。

GPIO引脚众多，将引脚数字相同的作为一组，共享一个中断线。

& t$ d2 E$ y7 N, E0 \8 s# O

: S; O3 ]! z$ s: O4 Z: S13.2 硬件设计
同“12.2 硬件设计”小结内容。
& u* r, _$ O0 E. R5 C7 V& f

% C, t- t1 g0 |5 ?3 T13.3 软件设计
: t5 t% \# @. W! l! Z13.3.1 软件设计思路
实验目的：本实验通过使用外部中断功能去判断按键的状态，通过中断的形式能够更加灵敏的读取到GPIO的电平，让用户更加直观的感受到STM32F103的中断，并学会如何使用和开发其中断功能。

; s9 ^- _. b" R1) 按键初始化：GPIO端口时钟使能、AFIO复用功能时钟使能、GPIO引脚设置为下降沿触发中断（PA0）；

2) 填充按键中断处理函数：读取按键GPIO状态，操作对应LED灯亮灭；
: ^3 F- T1 {( {4 s, w" [. W, G% i
) T) {0 n3 i8 ]/ Y3) 主函数调用LED和按键初始化后，无需任何操作；

1 X: G: o7 z. w0 h0 w) G: C1 H4 q本实验配套代码位于“5_程序源码\6_GPIO—按键中断\”。
1 F: w/ D4 [3 A* ?/ F* @# ^
! @! I. F4 G. r* R  P

5 E3 `# @3 n/ V; v8 X: g3 f7 q13.3.2 软件设计讲解
- n& V/ o2 K; m$ t; k  k$ f! o! {1) GPIO宏定义与接口宏定义
! X( D! B+ Y3 E8 ?
代码段 13.3.1 引脚宏定义（driver_key.h）
2 @' j5 O, ^# H$ C) i

1. /*********************
   5 ~% w& Z* d4 x! B+ I2 w$ ^! N
2. * 按键引脚状态定义
   9 f+ ~3 C% D% n. K8 k9 H# I9 D% k
3. **********************/
   5 M& V2 ^8 g6 i1 L" x% h2 q3 f
4. #define PUSH_DOWN                       GPIO_PIN_RESET
   5 l  h( s5 D. `0 T) h4 U
5. #define SPRING_UP                       GPIO_PIN_SET
   
6. 
   / e9 N7 g6 E5 l) b" C
7. /*********************
   # Y$ s# C5 @( ?% t3 R. f
8. * 引脚宏定义
   
9. **********************/
   6 \5 R  ~# Q/ A: E( ]- T, w
10. #define KEY_GPIO_PIN                 GPIO_PIN_0
    
11. #define KEY_GPIO_PORT                GPIOA
    ! s$ E0 [9 M: I6 r
12. #define KEY_GPIO_CLK_EN()            __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE()
    5 s* C& Y9 }! D7 O+ O
13. 
    
14. /*********************
    - a, P+ i2 a2 K) _1 `1 }
15. * 函数宏定义
    
16. **********************/
    " ^/ D6 C/ o3 J. A1 [! n. t& a
17. /*
    
18. * 按键状态读取函数宏定义
    2 ~- k4 K, T$ Y1 Q& w
19. */
    9 J5 K7 P3 E; ]; l4 D0 C2 a+ J" \
20. #define KEY                           HAL_GPIO_ReadPin(KEY_GPIO_PORT, KEY_UP_GPIO_PIN)

复制代码

此处与上一实验一致，不再赘述。


: s3 G- l, k) `5 V/ u
4 }  H! e$ c1 E/ y7 A8 Q: ^2) GPIO初始化

( c% L0 `3 B- d# o4 Q代码段 13.3.2 按键初始化（driver_key.c）
+ ^5 A3 T% k5 K' A& E4 ~1 r3 P
# U! ]/ Q3 N1 _: d9 T

1. /*
   
2. *  函数名：void KeyInit(void)
   $ I: v$ M& |  B% y8 W
3. *  输入参数：无
   ! L8 B7 N9 N$ E
4. *  输出参数：无
   * n4 i' Q& Q1 U5 b: e8 p# ^  k
5. *  返回值：无
   
6. *  函数作用：初始化按键的引脚，配置为下降沿触发外部中断
   
7. 
   ' g$ H1 g7 u( O* d6 U$ ~
8. */
   
9. 
   
10. void KeyInit(void)
    
11. {
    
12.     // 定义GPIO的结构体变量
    
13.     GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
    
14. 
    3 J9 k) r1 r9 t& K) O
15.     // 使能按键的GPIO对应的时钟
    
16.     KEY_GPIO_CLK_EN();
    
17. 
    
18.     GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_IT_FALLING;        // 设置为下降沿触发外部中断
    ; g" m& U, v2 N6 ?9 ?8 w; V
19.     GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;                 // 默认上拉
    
20.     GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;       // 引脚反转速度设置为快
    ! y, O+ l6 y* v
21. 
    # Q6 w; `  I3 H/ ^8 k$ P
22.     // 初始化按键引脚配置
    7 j, ?4 w3 g- h" K0 x% K8 m8 I. f
23.     GPIO_InitStruct.Pin = KEY_GPIO_PIN;                 // 选择按键的引脚
    & v: R6 V6 a# X2 l& v& F
24.     HAL_GPIO_Init(KEY_GPIO_PORT, &GPIO_InitStruct);
    
25. 
    
26.     /* EXTI interrupt init*/
    % e2 R  c9 }; D3 |3 O6 C
27.     HAL_NVIC_SetPriority(EXTI0_IRQn, 0, 0);
    + J/ e3 {" Z# I3 U
28.     HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI0_IRQn);
    
29. 
    $ U5 O( L$ a+ i; l/ R5 r
30. }

复制代码

13行：使能按键对应GPIO端口时钟；

15行：设置为下降沿触发外部中断，即按键按下瞬间触发中断。可根据需求设置为上升沿触发，即松开按键触发中断，双边缘触发，即按下松开都触发中断;

! [% [6 y5 F- ~9 ~; d6 v5 m16~21行：初始化按键对应的GPIO，“HAL_GPIO_Init()”里会判断该引脚是否为EXTI模式，如果是则调用“__HAL_RCC_AFIO_CLK_ENABLE()”使能AFIO时钟；

4 d6 f. Q6 K) b9 [25~25行：设置EXTI中断线0的优先级和使能，即PA0所在中断线；

( K+ R. Y: G2 Q( L( X! S 3) 中断处理函数
8 {8 x9 l, ~. `  C, N  I, P0 X
当中断发生后，则自动跳到代码段 10.2.1 中所对应的中断函数所在位置，执行中断函数的内容，因此我们需要编写中断函数的内容，如代码段 13.3.3 所示。

代码段 13.3.3 按键中断处理函数（driver_key.c）

8 F' }9 d# ^- S) Y7 r

1. /*
   
2. *  函数名：void EXTI0_IRQHandler(void)
   
3. *  输入参数：无
   
4. *  输出参数：无
   . W0 d4 K$ y7 W7 D8 M; _1 ]
5. *  返回值：无
   
6. *  函数作用：外部中断0的中断处理函数
   * N+ _  Z" e0 w- Z+ \! d
7. */
   5 w' W7 m1 q1 W: Q" n0 Z+ M
8. 
   
9. void EXTI0_IRQHandler(void)
   
10. {
    8 Z' N% w  _* }, k
11.     HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(KEY_GPIO_PIN);
    7 X$ d2 D; u" @4 n" i8 B$ S. w) b
12. }

复制代码

注意这里的中断处理函数的实现，可以放在“stm32f1xx_it.c”中，同时注意在“stm32f1xx_it.h”中声明。本示例放在“driver_key.c”中，方便读者理解。
; K! p  [/ X5 {7 H$ b1 Z, X$ k
每个中断处理函数里，都调用的“HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler()”准备后续处理，传入参数为外部中断的引脚号，该函数原型如代码段 13.3.4 所示。
! }5 h3 u) N5 b
1 Y) T4 t' n1 U: G% H代码段 13.3.4 外部中断处理函数（stm32f1xx_hal_gpio.c）

1. /**
   ! A! y5 }! v7 M. G7 ~% w+ G1 W, |3 P
2.   * @brief  This function handles EXTI interrupt request.
   
3.   * @param  GPIO_Pin: Specifies the pins connected EXTI line
   
4.   * @retval None
   : O2 b5 Y8 M" V
5.   */
   
6. 
   
7. void HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(uint16_t GPIO_Pin)
   5 f  K  H1 b* `7 }" c9 k7 i
8. {
   * w' O( C* }8 N! B5 i1 ^
9.   /* EXTI line interrupt detected */
   $ a2 K( p" S0 N. d9 ?
10.   if (__HAL_GPIO_EXTI_GET_IT(GPIO_Pin) != 0x00u)
    
11.   {
    
12.     __HAL_GPIO_EXTI_CLEAR_IT(GPIO_Pin);
    * O- p. \0 _8 o
13.     HAL_GPIO_EXTI_Callback(GPIO_Pin);
    
14.   }
    
15. }

复制代码

该函数先判断传入引脚是否产生了外部中断，确认该引脚产生了中断，则清理中断标志，再调用“HAL_GPIO_EXTI_Callback()”回调函数。在该回调函数，通过判断输入的引脚，完成对应的用户操作，如代码段 13.3.5 所示。
# h" H3 Y! z% p% q
代码段 13.3.5 外部中断处理函数回调函数（driver_key.c）
/ {$ @: d5 x* [
  A% [' _' h0 s- R& w

1. /*
   8 e% n2 N! }" P, W, ^6 {9 |2 C$ X7 i% i
2. *  函数名：void HAL_GPIO_EXTI_Callback(void)
   
3. *  输入参数：无
   ! s& S, I' i2 P. \7 r
4. *  输出参数：无
   : z6 i5 z  H' O' n- n) c
5. *  返回值：无
   
6. *  函数作用：外部中断处理函数的回调函数，用以处理不同引脚触发的中断服务最终函数
   9 [9 [2 b. r: l) h* |) Z
7. */
   
8. static volatile bool  key_flag = false;           // 定义一个全局静态标志，用以判断按键按下的次数
     F8 A- Q, c& K, D0 `* h" W, o6 O
9. void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin)
   
10. {
    
11.     switch(GPIO_Pin)                    // 判断是哪个按键
    4 m0 S7 A2 s3 o
12.     {
    ; r; ]* ]  n% \
13.         case KEY_GPIO_PIN:              // 如果是用户按键
    
14.         {
    
15.             key_flag = !key_flag;       // 按下一次标志翻转一次
    8 C7 C) ]. c/ t( k; T
16.             BLED(key_flag?OFF:ON);      // 根据标志控制蓝灯的亮灭
    
17.             break;
    6 t1 t4 Y3 Z# S# ^" @
18.         }
    $ n8 W  t" D8 B0 S
19.         default:break;
    
20.     }
    
21. }

复制代码

* @& {$ Q% P0 y8行：定义了全局变量标志位，用于记录按键按下状态；
5 k: t6 o1 g8 C) D2 p' W
9~21行：根据传入的引脚号，得知是哪一个按键按下，从而控制对应LED灯亮灭；

4) 主函数测试

1 `4 p0 @$ H  m5 f+ K代码段 13.3.6 按键中断主函数（main.h）
" h6 b4 I$ a$ z
  x% {0 O; f+ E  k% n" u

1. // 初始化按键
   % u* }( p9 \) O4 D( \" O& [- |, `
2. KeyInit();
   
3. 
   1 W, i# E7 u9 ~- @2 C
4. //初始化LED
   
5. LedGpioInit();
   " o, |  `/ {8 J6 N5 z3 P7 Q5 y
6. 
   1 ~, G8 O3 o0 [% q6 {: ~0 {
7. while(1)
   " O& t8 Z$ {. T2 R& ]& l  V8 b
8. {
   2 U) Z  V& U  N+ z) W7 l
9. }

复制代码

  主函数只需初始化LED和按键，无需任何操作。一旦按键按下产生中断，将自动跳转到对应中断向量位置，调用该位置的中断处理函数。读者需要自行填充中断处理函数内容，这里设置中断处理函数最终都调用外部中断回调函数“HAL_GPIO_EXTI_Callback()”，在该函数里判断是哪个引脚按下，执行相应操作。
. A# ^" [1 W6 o4 i; \) _$ A
: H. x) H/ O2 Q, a9 B13.4 实验效果
本实验对应配套资料的“5_程序源码\6_GPIO—按键中断\”。打开工程后，编译，下载。按下按键，用户LEDd灯亮/灭。

. E+ c3 q: O0 l作者：攻城狮子黄


' p6 z1 N- k7 C8 |, }