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。
' @  H  W0 j/ ~/ q# M

! A3 V# I# v: N' H% ?6 Y2 [

图 13.1.1 STM32中断处理机制

. Y, l0 q9 @; B3 q
* `4 E9 m/ }! K5 j" ?5 _& }6 C
9 m( x, ?" Z+ uSTM32F103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。
' A" d. T$ q- F
  k7 h  {" \0 c: h- v! ]4 ]) `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。
# f, U3 l% w! d% T7 i
3 R1 \+ q, H! G, k% P5 ?9 W3 E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。
3 i# T: _1 A& L7 H0 Q% M
3 _) [1 |: s* x: O& x: N4 oEXTI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。

& u9 X" J* M) T) q* c$ _; E
# E! s( U  t' A- }# B3 u

图 13.1.2 STM32F103系列EXTI结构框图

" `  L$ I9 e2 z7 q, M3 O9 BSTM32F103C8T6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。

( L6 d- M- H$ c- V

表 13.1.1 EXIT中断线分组

0 {4 C) w; t; B4 X) 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。

1 @: B: S; Q+ e1 }8 }) C9 b
, }4 S$ u9 s% v' M3 h# x( D
! @  W+ V# [+ q1 E+ `/ t: }' G【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。
( s# |7 o" f' P& ?8 O
GPIO引脚众多，将引脚数字相同的作为一组，共享一个中断线。



  v7 G: g8 w& n8 u/ c0 z# E  _. G13.2 硬件设计
同“12.2 硬件设计”小结内容。

# s/ B& p& i6 L8 {6 [9 S
7 q  C' t; ~( q( w# u3 _$ l13.3 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。
' x/ l2 \0 P" [& @) B' S& P$ d) f, ]
, L8 C2 K' f+ H4 U1 }& \! F, z1) 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）；

' N7 m4 [4 t8 V% S" e; o8 N2) 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；

6 _/ |/ B& |4 [9 V+ b+ {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\”。



0 y% o9 D" {) }* {7 n( |, _13.3.2 软件设计讲解
1) GPIO宏定义与接口宏定义

% k# k; K0 `% f* |* l5 H- W" o1 s5 n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. **********************/
   2 t2 |, s: I% o
4. #define PUSH_DOWN                       GPIO_PIN_RESET
   
5. #define SPRING_UP                       GPIO_PIN_SET
   
6. 
   2 J: N5 _8 h3 u. Y' n: v
7. /*********************
   # E4 W. M- f1 W0 k3 k
8. * 引脚宏定义
   $ }& G; U! s8 @- ?8 p
9. **********************/
   
10. #define KEY_GPIO_PIN                 GPIO_PIN_0
    3 F4 b6 }6 a/ }7 j2 x! \7 c7 j
11. #define KEY_GPIO_PORT                GPIOA
      E" e( l/ X4 S5 N# p' H* e  Y
12. #define KEY_GPIO_CLK_EN()            __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE()
    1 _' ~8 V$ _# B  |9 y7 _' g  H
13. 
    
14. /*********************
    % B0 l0 s" R; W* u
15. * 函数宏定义
    0 w! Y0 H& `" |7 D& `; `9 ?
16. **********************/
    ' Z& `1 Z( M/ e  T
17. /*
    
18. * 按键状态读取函数宏定义
    
19. */
    ! b. V; r! n1 Z# A/ J  c+ r
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。

( Q  m1 C- F; b% K

2) GPIO初始化

代码段 13.3.2 按键初始化（driver_key.c）

  J( J$ b  \" Q8 S, B

1. /*
   ( y" s5 @+ o5 V$ c% ]
2. *  函数名：void KeyInit(void)
   : k8 J# k5 r; R' E" P- q+ L
3. *  输入参数：无
   
4. *  输出参数：无
   
5. *  返回值：无
     i+ j7 J5 m5 M, g3 x& K
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
     j/ B6 u* g4 O/ C$ D
7. 
   : @: r+ c: n5 l0 a, F9 W0 |- T
8. */
   
9. 
   
10. void KeyInit(void)
    ; F3 W3 H- W; D! w4 h
11. {
    
12.     // 定义GPIO的结构体变量
    4 t" A$ e2 b" u* z& f% b6 p, o
13.     GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
      {2 |4 z' `& f+ }0 n3 _( t+ ]# T
14. 
    
15.     // 使能按键的GPIO对应的时钟
    
16.     KEY_GPIO_CLK_EN();
    
17. 
    2 e) Z8 }1 B6 X# C1 y
18.     GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_IT_FALLING;        // 设置为下降沿触发外部中断
    9 h9 }" u1 @7 p* V4 L4 E
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
    ! j/ j9 F# P2 D5 m2 o- ~" q2 f3 L
24.     HAL_GPIO_Init(KEY_GPIO_PORT, &GPIO_InitStruct);
    1 E* C. z; B( l  k: i/ E
25. 
    
26.     /* EXTI interrupt init*/
    5 _3 d; n, _- c7 P" L
27.     HAL_NVIC_SetPriority(EXTI0_IRQn, 0, 0);
    
28.     HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI0_IRQn);
    3 ^0 V# @6 ^  A" T9 a
29. 
    ' M& U- ^$ d: O
30. }

复制代码

13行：使能按键对应GPIO端口时钟；

5 Y# M4 v& J- I3 j) {* r, Q/ U15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;
( d/ x6 g! v6 z% B  T4 [: h- \. e5 t
* F, S5 a" S- [+ D( \$ D+ _4 p+ a16~21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；

# P) e9 H8 ^2 F25~25行：设置EXTI中断线0的优先级和使能，即PA0所在中断线；
$ |& v; t- Y* N7 k
- t) Q& u) Y4 j4 t 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。
0 h0 P: h, S7 j  \$ ^" U2 D
代码段 13.3.3 按键中断处理函数（driver_key.c）

7 P8 f- P8 j+ |% g& Z

1. /*
   0 O3 U  N. h7 V$ q1 ]% S
2. *  函数名：void EXTI0_IRQHandler(void)
   
3. *  输入参数：无
   % w( u0 ~& M5 ^% s/ @
4. *  输出参数：无
   6 N) L5 W  X# G% |
5. *  返回值：无
   3 z( |7 v; j' s5 J
6. *  函数作用：外部中断0的中断处理函数
   ! O: H9 E- R. [. Z
7. */
   ) w8 }( g9 U: `* G' q/ c% s: B
8. 
   7 _  l2 g! x* P7 G
9. void EXTI0_IRQHandler(void)
   
10. {
    1 x% `6 t7 u' m1 q+ N+ v- c; L1 a
11.     HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(KEY_GPIO_PIN);
    / H) h- N1 [0 j# ^  _/ n
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。

  n6 g. Z% w2 I8 p$ N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。

3 B1 Q$ E% e3 l4 P/ y0 p3 A2 E代码段 13.3.4 外部中断处理函数（stm32f1xx_hal_gpio.c）

8 g6 P+ j, \" @

1. /**
   + d8 @: |. Z3 [  l( C# C! K
2.   * @brief  This function handles EXTI interrupt request.
   4 `+ ~2 N3 U9 |% h7 \; \- w. R
3.   * @param  GPIO_Pin: Specifies the pins connected EXTI line
   4 _8 r- T- Q4 u% l
4.   * @retval None
   
5.   */
   
6. 
   
7. void HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(uint16_t GPIO_Pin)
   / \2 j5 E! ?) g, s8 f
8. {
   
9.   /* EXTI line interrupt detected */
   # @" M* ?) X7 `  r+ K
10.   if (__HAL_GPIO_EXTI_GET_IT(GPIO_Pin) != 0x00u)
    8 b1 _3 S, a3 d* U
11.   {
    ! {( f0 f% J: l$ y, ~
12.     __HAL_GPIO_EXTI_CLEAR_IT(GPIO_Pin);
    1 T- ?6 H( a2 G; g' a- \* ]
13.     HAL_GPIO_EXTI_Callback(GPIO_Pin);
    $ R2 ?& k- B) K, I$ r
14.   }
    
15. }

复制代码

9 V# ], b. y; G- ?" `, _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。
9 H/ ?7 Z! [3 Z' O( a
代码段 13.3.5 外部中断处理函数回调函数（driver_key.c）

8 i: c$ H$ v" d$ ^- v7 R2 g* j

1. /*
   : `3 Y' S% N6 g, V% X% @$ _! `
2. *  函数名：void HAL_GPIO_EXTI_Callback(void)
   " a' @! a7 p" g$ v4 K9 {* @( h
3. *  输入参数：无
   ; {3 s; D, d& d  {8 a) \7 }8 y
4. *  输出参数：无
   , H! p' j2 s+ a) E" K
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. */
   6 |, S+ w9 L3 s6 J1 b$ W# v" `9 W
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
   - e6 `% b) y7 l/ y3 J  ^2 B6 d: ~8 o: E
9. void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin)
   : w% l2 c1 j+ \* {
10. {
    / Y, S5 b* b( u2 ]# E: y# n$ @* o
11.     switch(GPIO_Pin)                    // 判断是哪个按键
    , l& ~' e8 k6 W/ h( ~+ z
12.     {
    
13.         case KEY_GPIO_PIN:              // 如果是用户按键
    * o' F' g% N# `; k
14.         {
    - Q+ K1 @6 ~6 ^6 D7 T
15.             key_flag = !key_flag;       // 按下一次标志翻转一次
    ' |$ p. B: v- p4 l9 N& A9 r- A
16.             BLED(key_flag?OFF:ON);      // 根据标志控制蓝灯的亮灭
    8 S( \) o, H* s* w: m
17.             break;
    1 j% [- o2 K9 _) {9 f8 G% T* w* m
18.         }
    
19.         default:break;
    & r" P/ Q0 g; S5 G$ _! i. H( q' t* }
20.     }
    
21. }

复制代码

! c# z$ W) l( z5 R0 k4 |8行：定义了全局变量标志位，用于记录按键按下状态；

  k" `# ~% `- i' p) `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；
& t, u( Y# b5 Y& }$ b( Q: p" H  u' H
4) 主函数测试

代码段 13.3.6 按键中断主函数（main.h）
; d% X+ s2 A  p  O) k- X6 N9 a. W, A. c
% F. ~4 q. j) Y2 w  w, g! m; }

1. // 初始化按键
   + z+ d) P, D/ w, z* Z5 g
2. KeyInit();
   8 \4 T" A$ p6 i8 C8 z' S
3. 
   * o& I; p' I* a$ _5 U: d
4. //初始化LED
   ( _; d' x5 v: ^, W, a$ \) @- W$ ^$ q
5. LedGpioInit();
   8 ^: `* X+ S7 J' s7 K
6. 
   
7. while(1)
   7 j% d  Q5 k) A' \* Q1 m
8. {
   
9. }

复制代码

$ b1 f0 O+ B7 r) K* J  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。
6 v/ f4 c/ Y* S, Z" |
0 v0 k! F% o: E' N7 C! ~13.4 实验效果
9 ]! v% z  \: P- d5 l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
" M0 X& j- z, M9 Z0 S1 M1 E; @
  Z3 s  O, l( i% X( @, i