STM32 中断优先级相关概念与使用笔记

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STM32 中断优先级相关概念与使用笔记 
上海 华东师范大学 通信工程系 ma-chao 
一、基本概念 
1．ARM cortex_m3 内核支持256 个中断（16个内核+240外部）和可编程256级中断优先级
的设置，与其相关的中断控制和中断优先级控制寄存器（NVIC、SYSTICK 等）也都属于
cortex_m3 内核的部分。STM32采用了cortex_m3内核，所以这部分仍旧保留使用，但STM32
并没有使用 cortex_m3 内核全部的东西（如内存保护单元 MPU 等），因此它的 NVIC 是
cortex_m3 内核的NVIC 的子集。 
2．STM32 目前支持的中断共为84个（16个内核+68个外部），和16级可编程中断优先级
的设置（仅使用中断优先级设置 8bit 中的高 4 位，见后面解释）。《参考最新 101xx-107xx 
STM32 Reference manual, RM0008》。 
3．以下主要对“外部中断通道”进行说明。 
对于cortex_m3 内核所支持的 240 个外部中断，我在这里使用了“中断通道”这个概
念，因为尽管每个中断对应一个外围设备，但该外围设备通常具备若干个可以引起中断的
中断源或中断事件。而该设备的所有的中断都只能通过该指定的“中断通道”向内核申请
中断。因此，下面关于中断优先级的概念都是针对“中断通道”的。当该中断通道的优先
级确定后，也就确定了该外围设备的中断优先级，并且该设备所能产生的所有类型的中断，
都享有相同的通道中断优先级。至于该设备本身产生的多个中断的执行顺序，则取决于用
户的中断服务程序。 
4． STM32 可以支持的 68 个外部中断通道，已经固定的分配给相应的外部设备。每个中断
通道都具备自己的中断优先级控制字节PRI_n（8位，但在STM32中只使用4位，高4位有
效），每4个通道的8位中断优先级控制字（PRI_n）构成一个32位的优先级寄存器（Priority 
Register）。68 个通道的优先级控制字至少构成 17 个 32 位的优先级寄存器，它们是NVIC
寄存器中的一个重要部分。 
5．对于这4bit的中断优先级控制位还必须分成2组看：从高位开始，前面是定义抢先式优
先级的位，后面用于定义子优先级。4bit的分组组合可以有以下几种形式： 
编 号 
 分配情况  
7 
0:4 
无抢先式优先级，16个子优先级 
6 
1:3 
2 个抢先式优先级，8个子优先级 
5 
2:2 
4 个抢先式优先级，4个子优先级 
4 
3:1 
8 个抢先式优先级，2个子优先级 
3/2/1/0 
4:0 
16 个抢先式优先级，无子优先级 
6．在一个系统中，通常只使用上面5种分配情况的一种，具体采用哪一种，需要在初始化
时写入到一个32位寄存器AIRC（Application Interrupt and Reset Control Register）
的第[10：8]这3个位中。这3个bit位有专门的称呼：PRIGROUP（具体写操作后面介绍）。
比如你将0x05（即上表中的编号）写到AIRC 的[10：8]中，那么也就规定了你的系统中只
有4个抢先式优先级，相同的抢先式优先级下还可以有4个不同级别的子优先级。 
7．AIRC 中 PRIGROUP 的值规定了设置和确定每个外部中断通道优先级的格式。例如，在上
面将0x05 写入了AIRC中PRIGROUP，也就规定了当前系统中只能有4个抢先式优先级，相
同的抢先式优先级下还可以有4个不同级别的子优先级，他们分别为： 
位[7：6]  
位[5：4] 
00 
位[3：0] 
0 号抢先优先级 00 
01 
0 号子优先级 无效 
1 号抢先优先级 01 
10 
1 号子优先级 无效 
2 号抢先优先级 10 
11 
2 号子优先级 无效 
3 号抢先优先级 11 
3 号子优先级 无效 
8．如果在你的系统中使用了 TIME2（中断通道 28）和 EXTI0（中断通道 6）两个中断，而
TIME2 中断必须优先响应，而且当系统在执行EXIT0中断服务时也必须打断（抢先、嵌套），
就必须设置TIME2的抢先优先级比EXTI0的抢先优先级要高（数目小）。假定EXTI0为2号
抢先优先级，那么TIME2 就必须设置成 0 或 1 号抢先优先级。这些工作需要在AIRC 中的
PRIGROUP 设置完成，确定了整个系统所具有的优先级个数后，再分别对每个中断通道（设
备）进行设置。 
9．具体优先级的确定和嵌套规则。ARM cortex_m3（STM32）规定 
a/ 只能高抢先优先级的中断可以打断低抢先优先级的中断服务，构成中断嵌套。 
b/ 当 2（n）个相同抢先优先级的中断出现，它们之间不能构成中断嵌套，但STM32首
先响应子优先级高的中断。 
c/ 当 2（n）个相同抢先优先级和相同子优先级的中断出现，STM32首先响应中断通道
所对应的中断向量地址低的那个中断（见ROM0008，表52）。 
具体一点： 
0 号抢先优先级的中断，可以打断任何中断抢先优先级为非0号的中断；1号抢先优先
级的中断，可以打断任何中断抢先优先级为2、3、4号的中断；……；构成中断嵌套。 
如果两个中断的抢先优先级相同，谁先出现，就先响应谁，不构成嵌套。如果一起出
现（或挂在那里等待），就看它们2个谁的子优先级高了，如果子优先级也相同，就看它们
的中断向量位置了。 
10．上电Reset 后，寄存器AIRC中PRIGROUP[10：8]的值为 0（编号0），因此此时系统使
用16个抢先优先级，无子优先级。另外由于所有外部中断通道的优先级控制字PRI_n也都
是0，所以根据上面的定义可以得出，此时68个外部中断通道的抢先优先级都是0号，没
有子优先级的区分。故此时不会发生任何的中断嵌套行为，谁也不能打断当前正在执行的中
断服务。当多个中断出现后，则看它们的中断向量地址：地址越低，中断级别越高，STM32
优先响应。 
注意：此时内部中断的抢先优先级也都是0号，由于它们的中断向量地址比外部中断向
量地址都低，所以它们的优先级比外部中断通道高，但如果此时正在执行一个外部中断服务，
它们也必须排队等待，只是可以插队，当正在执行的中断完成后，它们可以优先得到执行。 
了解以上基本概念还是不够的，还要了解具体中断的控制有那些途径，中断服务程序
如何正确的编写。下面的描述主要以TIME2通道为例。