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。

图 13.1.1 STM32中断处理机制

STM32F103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。

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。

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。

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。

EXTI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）。

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。

图 13.1.2 STM32F103系列EXTI结构框图

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。

表 13.1.1 EXIT中断线分组

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。



【总结】

STM32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。



13.2 硬件设计
同“12.2 硬件设计”小结内容。


13.3 软件设计
13.3.1 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。

1) 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) 主函数调用LED和按键初始化后，无需任何操作；

本实验配套代码位于“5_程序源码\6_GPIO—按键中断\”。



13.3.2 软件设计讲解
1) GPIO宏定义与接口宏定义

代码段 13.3.1 引脚宏定义（driver_key.h）

1. /*********************
   
2. * 按键引脚状态定义
   
3. **********************/
   
4. #define PUSH_DOWN                       GPIO_PIN_RESET
   
5. #define SPRING_UP                       GPIO_PIN_SET
   
6. 
   
7. /*********************
   
8. * 引脚宏定义
   
9. **********************/
   
10. #define KEY_GPIO_PIN                 GPIO_PIN_0
    
11. #define KEY_GPIO_PORT                GPIOA
    
12. #define KEY_GPIO_CLK_EN()            __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE()
    
13. 
    
14. /*********************
    
15. * 函数宏定义
    
16. **********************/
    
17. /*
    
18. * 按键状态读取函数宏定义
    
19. */
    
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。



2) GPIO初始化

代码段 13.3.2 按键初始化（driver_key.c）

1. /*
   
2. *  函数名：void KeyInit(void)
   
3. *  输入参数：无
   
4. *  输出参数：无
   
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. 
   
8. */
   
9. 
   
10. void KeyInit(void)
    
11. {
    
12.     // 定义GPIO的结构体变量
    
13.     GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
    
14. 
    
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
    
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
    
21. 
    
22.     // 初始化按键引脚配置
    
23.     GPIO_InitStruct.Pin = KEY_GPIO_PIN;                 // 选择按键的引脚
    
24.     HAL_GPIO_Init(KEY_GPIO_PORT, &GPIO_InitStruct);
    
25. 
    
26.     /* EXTI interrupt init*/
    
27.     HAL_NVIC_SetPriority(EXTI0_IRQn, 0, 0);
    
28.     HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI0_IRQn);
    
29. 
    
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;

16~21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；

25~25行：设置EXTI中断线0的优先级和使能，即PA0所在中断线；

3) 中断处理函数

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）

1. /*
   
2. *  函数名：void EXTI0_IRQHandler(void)
   
3. *  输入参数：无
   
4. *  输出参数：无
   
5. *  返回值：无
   
6. *  函数作用：外部中断0的中断处理函数
   
7. */
   
8. 
   
9. void EXTI0_IRQHandler(void)
   
10. {
    
11.     HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(KEY_GPIO_PIN);
    
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。

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。

代码段 13.3.4 外部中断处理函数（stm32f1xx_hal_gpio.c）

1. /**
   
2.   * @brief  This function handles EXTI interrupt request.
   
3.   * @param  GPIO_Pin: Specifies the pins connected EXTI line
   
4.   * @retval None
   
5.   */
   
6. 
   
7. void HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(uint16_t GPIO_Pin)
   
8. {
   
9.   /* EXTI line interrupt detected */
   
10.   if (__HAL_GPIO_EXTI_GET_IT(GPIO_Pin) != 0x00u)
    
11.   {
    
12.     __HAL_GPIO_EXTI_CLEAR_IT(GPIO_Pin);
    
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。

代码段 13.3.5 外部中断处理函数回调函数（driver_key.c）

1. /*
   
2. *  函数名：void HAL_GPIO_EXTI_Callback(void)
   
3. *  输入参数：无
   
4. *  输出参数：无
   
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
   
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
   
9. void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin)
   
10. {
    
11.     switch(GPIO_Pin)                    // 判断是哪个按键
    
12.     {
    
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
    
16.             BLED(key_flag?OFF:ON);      // 根据标志控制蓝灯的亮灭
    
17.             break;
    
18.         }
    
19.         default:break;
    
20.     }
    
21. }

复制代码

8行：定义了全局变量标志位，用于记录按键按下状态；

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

代码段 13.3.6 按键中断主函数（main.h）

1. // 初始化按键
   
2. KeyInit();
   
3. 
   
4. //初始化LED
   
5. LedGpioInit();
   
6. 
   
7. while(1)
   
8. {
   
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。

13.4 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。

作者：攻城狮子黄