前言

在上一篇中，我們使用輪詢的方式來讀取目前的按鈕狀態，但這種方式的效率不是很好，在需要讀取按鈕狀態等情況下，我們可以使用外部中斷（External Interrupt，EXTI），讓 CPU 可以去忙其它事情，等到按鈕被按下時會產生中斷事件，才去執行按鈕被按下時要處理的事。

在這一篇文章中，我將簡單介紹 STM32 的中斷。

中斷基本概念

中斷（Interrupt）是幾乎所有 MCU 都會有的基本功能（Arduino 也有）之一，如同它的名字，它是一種用來中斷其它程式的功能。

MCU 在工作時會遭遇許多不同的「事件」，例如按鈕被按下、接收到訊息、定時器到了等，而 MCU 也要為了這些事件作出相應的處理，這時就會需要先放下目前的工作，優先處理事件，而這就是中斷的目的：發生中斷事件時，暫時放下目前的工作，優先處理中斷，等中斷處理完後再回到原本的工作繼續執行。

例如小明正在寫作業，突然肚子痛，所以先跑去上廁所，上完廁所後再繼續寫作業。其中，「肚子痛」是一個事件，它會向大腦/CPU 發送中斷請求（Interrupt Request，IRQ），「上廁所」是中斷服務程式（Interrupt Service Routine，ISR）。每個 IRQ 都有對應的 ISR，當 IRQ 被接受時就會執行此對應的 ISR。

中斷向量

中斷向量（Interrupt Vector）指的是 ISR 的起始位址。而程式中的 ISR 通常會有很多，也就會有許多的中斷向量，把這些中斷向量儲存成表就是中斷向量表。

當 IRQ 被接受時，CPU 就會根據中斷向量表查詢 ISR 的起始位址，並開始執行 ISR。

中斷優先級

中斷通常也都會設計優先級。當多個 IRQ 發生時，CPU 會優先接受優先級較高的 IRQ。在 STM32（和大多數 MCU ）中，最高的中斷優先級是等級 0，數字越大優先級越低。

而 STM32 的中斷優先級又再細分為搶佔優先級（Preemption Priority）和副優先級（Subpriority）。搶佔優先級的特色就如同它的名字——它可以從其它中斷中搶走優先執行的權利，也就是高搶佔優先級的 IRQ 可以中斷其它低搶佔優先級的 ISR；副優先級的運作方式就如同上面說的中斷優先級，用於在搶佔優先級相同的情況也能指定執行順序。

例如目前有一個搶佔優先級為 3 的中斷正在執行其 ISR——ISR_3，這時有個搶佔優先級為 2 的中斷事件發生了，這時 CPU 就會再「中斷」原本的 ISR_3，優先執行較高搶佔優先級的 ISR——ISR_2，等高搶佔優先級的 ISR_2 處理完了再回去繼續執行低搶佔優先級的 ISR_3。

簡單來說，搶佔優先級決定了這個中斷可以中斷哪些其它的中斷，而副優先級決定了在搶佔優先級相同的情況下的優先順序。

優先級分組

STM32 還可以以 NVIC Priority Group 設定搶佔優先級與副優先級的等級數量。基本上中斷等級就是 16 個（4 bit），你可以決定這 4 個位元中，搶佔與副優先級要分配幾個位元。例如搶佔優先級分配了 4 bit，那就是 16 個等級全都是搶佔優先，沒有副優先級（都是 0），或搶佔優先級分配 1 bit，副優先級分配 3 bit 等。全部的分組方式如下：

如果你使用了「組別 1」的設定，那搶佔優先級就有 2 個等級（0 和 1），副優先級有 8 種等級（000 到 111）。

NVIC 為 Nested vectored interrupt controller（嵌套向量中斷控制器），是 ARM Cortex-M 的中斷控制單元。

小結

這次介紹了中斷的基本概念，中斷的基本原理每個 CPU/MCU 都大同小異，只是搶佔優先與副優先的概念可能一般不會聽到。

參考資料

• STM32F446xx reference manual (RM0390)

本文同步發表於 iT 邦幫忙-2022 iThome 鐵人賽。