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 G: {, u- u+ C

, _6 a+ |! I* J) Q

图 13.1.1 STM32中断处理机制

4 m( @* s9 d1 S
' h4 `/ P9 }: |8 g5 `- u. tSTM32F103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。
* p3 [& M+ K1 w
$ E7 b$ a, u1 l4 E' I" G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。

: i+ b- {! A5 ?# kEXTI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）。

4 j# @1 a8 u. r7 U2 [' m* b! P0 mSTM32F103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。
+ d1 c8 u, \2 A4 ^3 B
! @9 S4 Q4 X- B" [" D

' J$ @( x& E- a4 K* P: a' w" _" U- g' s

图 13.1.2 STM32F103系列EXTI结构框图

( j9 {) ]" M+ [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。
# [: T; e/ ]# Q+ F0 ^
- R7 `. E, ?1 U& D, e

表 13.1.1 EXIT中断线分组

+ R/ R( k2 V- i. M2 m
2 h5 E, M: j& j) x( K( W/ N3 C1 A
7 ]" V- f7 }' T1 V9 x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。
, T: ]6 W& p" x/ c6 z( K
8 H; @# x0 K/ B, V$ h& N2 A
( I6 v) @# s6 s" v1 u# W$ P
9 h1 {' [. z1 S9 W) k' v$ q- i【总结】
& \, M6 v; w' K! r. o7 L" ~7 M
: c% o8 t$ u: c; ]9 i6 USTM32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。

4 V# z& Y* }& G' q2 U5 e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。

( b7 ~0 O+ _' c% C' z. oGPIO引脚众多，将引脚数字相同的作为一组，共享一个中断线。


# [/ A2 D0 I' J+ O  k- {
* O+ [* G& i8 a% W/ V" l13.2 硬件设计
同“12.2 硬件设计”小结内容。
& }$ e! C' k# p- R8 H  r- A
0 t+ i$ L, N, |- r
13.3 软件设计
13.3.1 软件设计思路
5 e. E' R9 W% j2 f3 }9 I/ u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。
7 N- G& }3 z* G
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）；
7 Z9 R$ ~2 U# [2 \
# `7 u  l3 g9 U3 @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\”。
9 S: M5 Y0 i+ b: u


7 |9 G& L* ?7 Q2 t7 U13.3.2 软件设计讲解
1) GPIO宏定义与接口宏定义
  U+ ?% E6 e5 d6 D  b7 v
0 R7 J0 `9 X- l% S# a  g代码段 13.3.1 引脚宏定义（driver_key.h）
4 q4 Y- d5 r$ T. l4 o# ]- ~
+ Y  F1 s; _# X6 O

1. /*********************
   $ m+ |" [4 B. D
2. * 按键引脚状态定义
   0 u. Y5 y' i; P* N% U
3. **********************/
   ' L* J8 q+ D) T* D* k+ u% j
4. #define PUSH_DOWN                       GPIO_PIN_RESET
   4 ^" N; G% i& C& f; j; I
5. #define SPRING_UP                       GPIO_PIN_SET
   
6. 
   ' P# w9 k/ Z! i5 {( n+ C
7. /*********************
   
8. * 引脚宏定义
   
9. **********************/
   . q! R& k0 H9 i0 d% [
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. 
    3 ?" ^5 S8 i2 e! B* z
14. /*********************
    " }8 g) U; a( Y. I5 M- ?
15. * 函数宏定义
    $ d* \5 w, N8 ~+ ~2 v
16. **********************/
    + g2 o$ h5 D4 `' ]2 W" `
17. /*
    4 \- D) ?5 P/ E# F
18. * 按键状态读取函数宏定义
    ) E+ B  _. z4 g0 V) _
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。
4 P, i, r$ u  z+ `  F) b
7 I- t+ `' U7 p8 l
/ E& X, h' k5 s' E9 {2 s, y
! h$ B4 }( b& H0 h  F: ]2) GPIO初始化

2 }* {. b9 i4 [0 X代码段 13.3.2 按键初始化（driver_key.c）

! W1 k2 s  `5 |$ \& [

1. /*
   * N+ @3 n; m  M5 Y- w
2. *  函数名：void KeyInit(void)
   * T, @; \0 U0 I" k
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
   & ]+ T+ _! K+ G
7. 
   9 ~( v7 T- \5 m+ f+ H5 H
8. */
   " s# k& s; T. s* ]
9. 
   
10. void KeyInit(void)
    5 y6 m& e% F) G. S+ m3 p
11. {
    7 B) i, h# _4 J
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
    / ?5 \( Z6 P; K1 G9 v& L1 w
16.     KEY_GPIO_CLK_EN();
    
17. 
    ! c2 F) D' Y/ W- d7 g' s% k) `
18.     GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_IT_FALLING;        // 设置为下降沿触发外部中断
    : t/ x! W/ q/ h. B) @5 ~+ L
19.     GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;                 // 默认上拉
    3 A9 Q; r: s" A2 Y* \
20.     GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;       // 引脚反转速度设置为快
    5 }' r" z& ^# F' [$ o$ `" R- m; e- ]
21. 
    , I2 U5 q" l1 I* E- o6 j5 o8 y
22.     // 初始化按键引脚配置
    6 ~: |0 F6 R: [4 Z; ~0 i
23.     GPIO_InitStruct.Pin = KEY_GPIO_PIN;                 // 选择按键的引脚
    2 P8 T3 b( ~" N1 N$ t: W; f5 s  a
24.     HAL_GPIO_Init(KEY_GPIO_PORT, &GPIO_InitStruct);
    : H1 n1 l% ]$ H) f. f, E+ h
25. 
    & Q8 x% |) X! V4 P' F9 N
26.     /* EXTI interrupt init*/
    & u: ^% M3 T$ w; p  @: G
27.     HAL_NVIC_SetPriority(EXTI0_IRQn, 0, 0);
    
28.     HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI0_IRQn);
    ) I' U1 t; h: j4 ^/ @; T" q" x
29. 
    % \( q- R& V  ]! O9 r
30. }

复制代码

13行：使能按键对应GPIO端口时钟；
/ h# g/ b' T7 ~9 y/ w
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;

9 ]6 w+ w' Y, \  t# V% o) b) u2 ]; Q16~21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；
% j0 I  S  H$ Q' t
25~25行：设置EXTI中断线0的优先级和使能，即PA0所在中断线；
$ E2 a$ R  r& t% l' z+ _- E5 c
' u  L& n9 d3 V 3) 中断处理函数
0 H! I4 s. _- r" O% h
( w/ a& e0 ~: g- ?" Y0 B  u( }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。
2 m8 I9 Q: b* f2 i
0 @$ Y) }- f7 `; ?+ z代码段 13.3.3 按键中断处理函数（driver_key.c）
, ]! \% K6 x  N3 a

1. /*
   
2. *  函数名：void EXTI0_IRQHandler(void)
   # R8 a' K. a. x2 q! t
3. *  输入参数：无
   
4. *  输出参数：无
   ( S7 c3 r7 G1 q
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. {
    4 r% }( Q4 F0 X& O$ \
11.     HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(KEY_GPIO_PIN);
    
12. }

复制代码

7 H9 {4 ]4 `) J+ k  t4 v1 x' w6 ]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。

4 r* e- P+ }; B7 u代码段 13.3.4 外部中断处理函数（stm32f1xx_hal_gpio.c）
+ f9 m( m1 ?& l" P7 k
  }  H  f2 X; {0 @2 L5 u

1. /**
   
2.   * @brief  This function handles EXTI interrupt request.
   ' \' Y, {9 ~( b& [* S5 E  P
3.   * @param  GPIO_Pin: Specifies the pins connected EXTI line
   
4.   * @retval None
   
5.   */
   & ]8 K/ U0 O  }+ ^) S
6. 
   
7. void HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(uint16_t GPIO_Pin)
   & L) q& G: V0 {7 j4 F, k$ M
8. {
   
9.   /* EXTI line interrupt detected */
   * Q3 F; Z2 Q1 r! t* k! ?( q  R
10.   if (__HAL_GPIO_EXTI_GET_IT(GPIO_Pin) != 0x00u)
    
11.   {
    
12.     __HAL_GPIO_EXTI_CLEAR_IT(GPIO_Pin);
    : P; q, ^  M1 x% D
13.     HAL_GPIO_EXTI_Callback(GPIO_Pin);
    
14.   }
    
15. }

复制代码

. V6 P- R" D! W1 P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: B- |4 ?! Y) n
代码段 13.3.5 外部中断处理函数回调函数（driver_key.c）

1. /*
   7 C# {3 \0 P4 l* G; B+ [
2. *  函数名：void HAL_GPIO_EXTI_Callback(void)
   , O  x) p0 C# ^, }. `: c; C1 U
3. *  输入参数：无
   
4. *  输出参数：无
   
5. *  返回值：无
   9 {) E* B0 _: t
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. */
   * M9 o. B* T. V0 e9 t# }5 |
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
   % B9 v% I7 F' `9 m
9. void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin)
   / j; H) f# E( n  t
10. {
    % x% ^. q8 z. n) j# p% O/ g
11.     switch(GPIO_Pin)                    // 判断是哪个按键
    
12.     {
    
13.         case KEY_GPIO_PIN:              // 如果是用户按键
    / ~5 I% Q" _4 F6 {5 |7 d- q
14.         {
    7 A% s8 b2 \) \: v6 _% {" ?( B
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
    ) @+ t- _1 r& s% u" i
17.             break;
    / F; D4 s4 }4 h! Z2 i( u. N
18.         }
    
19.         default:break;
    
20.     }
    
21. }

复制代码

# g: [- O; h( C0 y! d2 ~8行：定义了全局变量标志位，用于记录按键按下状态；
, g; Q2 f* u9 \4 |+ |* ?
$ I$ w- W; l6 p; o3 @$ ?7 O! j9~21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；
: [9 E9 Q7 H4 n$ r
4) 主函数测试
* Y+ Y, K/ K; f
代码段 13.3.6 按键中断主函数（main.h）
  Z) [/ F* @% \2 ]" Y3 @

1. // 初始化按键
   * r$ t& p% t/ G+ N
2. KeyInit();
   1 d9 @& [# n1 u- ]5 n4 c3 q
3. 
   
4. //初始化LED
   
5. LedGpioInit();
     S# X0 u6 Z# V* z* I3 V
6. 
   - c" d0 w! x" E( q9 X
7. while(1)
   3 _: m/ m& b$ {4 Y
8. {
   + ~. B/ b6 W% W
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。

$ k( J+ @) ]/ i; N  G0 }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
4 ?8 }  q! ?7 ^0 b+ x- z
* F- E- u( y, E