标题: (菜鸟笔记)类比STC51单片机的STM32串口中断纯寄存器操作 [打印本页]
作者: spraut 时间: 2021-2-3 15:01
标题: (菜鸟笔记)类比STC51单片机的STM32串口中断纯寄存器操作
本菜文以STM32的USART1中断为例，类比STC系列的51单片机相对应的操作，粗浅地分析一下STM32串口中断各项配置的含义。本着知其所以然的理念，例程采用了直接访问寄存器的方式，未使用任何库函数。
尽管STM32和STC相差很大，但它们的串口操作流程还是比较相近的，都包括引脚配置、通讯参数配置、中断配置和中断服务程序等步骤。为了节约时间，前两项内容就不多说了。
例程的运行条件如下：
1.USART1_RX在PA10上，配置成上拉/下拉输入模式，USART1_TX在PA9上，配置成2MHz的复用推挽模式；
2.9600bps，8N1数据格式；
3.PB0接了一只LED。
下面进入串口中断配置主题。
先通过下图回顾一下STC单片机串口1中断逻辑，以及流程中涉及到的概念。
寄存器SCON的位1（TI发送中断请求）和位0（RI接收中断请求）是两个中断源，也就是说，在串口发送或接收数据时，硬件会使SCON.1或SCON.0置位，从而产生TI发送中断请求或接收中断请求，但这两个请求能不能被程序响应，还得过ES和EA两关，如果IE.4（ES串口中断使能）和IE.7（EA中断总开关）都为1，TI或RI的请求才能进入中断优先级评估模块。在这个模块里，TI或RI中断会根据寄存器IPH和IP相应位的值分为4个优先级。
不管TI或RI中断是什么优先级，只要中断被CPU响应了，那就会把串口1中断向量赋值给程序计数器PC，也就是把程序存储器0023H和0024H两个单元的值赋给PC，从而进入串口的中断服务程序，直至执行到RETI指令为止才退出。
这个过程至少涉及五个主要概念：中断源、中断使能、中断优先级、中断向量、中断服务程序。同样，STM32的串口1中断也有这五个概念。
下图是STM32F1xx串口1中断逻辑：
现在开始直接面向寄存器操作。
1、中断源使能配置
目标寄存器：USART1_CR1串口1控制寄存器1
寄存器地址：0x4001380c
赋值：0x202c
本例仅开放了接收中断，所以只用到了USART1_CR1寄存器。UE（USART1_CR1.13）、RXNEIE（USART1_CR1.5）、TE（USART1_CR1.3）和RE（USART1_CR1.2）同时置位，这就产生了0x202c的赋值。
这是USART1中断源及相应使能位的逻辑图，图中标红线路是可以产生中断的信号，绿色信号代表各个中断线路的使能信号。咱得承认，人家STM32F1xx的中断源还真是挺多的，而且都能单独使能，比STC灵活多了。
2、串口中断开放
USART1没有像STC那样的中断总开关EA，但它有和ES类似的串口中断使能，所有的中断都有自己的使能开关，它们集合在一个寄存器族NVIC_ISER0~NVIC_ISER7里，每个中断各占其中的一个位。
Cortex-M3在这方面的做法很有意思，它通过中断向量表为每个中断分配了一个向量号，然后再以这个向量号为索引，找到并操作NVIC寄存器组中相关的寄存器或位，包括后面要说的中断优先级设置也是如此，所以咱们先来看看STM32中断向量表：
USART1的向量号是37，请记住这个‘门牌号’。
开放中断需要操作NVIC_ISERx寄存器：
NVIC_ISER共8个寄存器，即NVIC_ISER0---NVIC_ISER7，而STM32F1xx只排了60多个中断号（不同型号可用的中断数量不同），所以实际上只使用了NVIC_ISER0~NVIC_ISER2，其中在NVIC_ISER0占座的是0号窗口看门狗WWDG中断---31号I2C1事件中断，USART1中断在NVIC_ISER1的bit5上。所以，USART1中断使能的操作如下：
目标寄存器：NVIC_ISER1中断设置使能寄存器1
寄存器地址：0xe000e104
赋值：bit5置位
3、中断优先级分组设置
STM32的中断优先级设置比STC复杂一些，它需要先设置所有中断的优先级分组，也就是通过SCB_AIRCR寄存器将中断优先级分为抢占级和响应级，这是两个与STC不太一样的优先级概念。
首先需要明确的是，SCB_AIRCR设置的不是某个具体中断的抢占级和响应级，而是针对所有中断。
目标寄存器：SCB_AIRCR系统控制模块应用程序中断和复位控制寄存器
寄存器地址：0xe000ed0c
赋值：0x05fa0400
书上说了，每次操作这个寄存器都必须在VECTKEY段上写0x05fa，否则它不认账，会忽略写入操作。SCB_AIRCR的复位值很‘聪明’，恰好是密钥0x05fa的反码。
在写入密钥的同时对PRIGROUP[2：0]赋值才是核心目的，在英文手册上它的全称是interrupt priority grouping，字面意思是中断优先级分组，而按照它的功能来说，俺觉得叫‘中断优先级分隔位标志’比较贴切，因为它指示出了抢占级和响应级的分隔位置。
STM32F1xx用1个叫IP[x]的字节来定义优先级，但只用了它的高4位，并且按照PRIGROUP[2：的值把这4位分成抢占和响应两组，以本例中PRIGROUP[2：0]＝100（也就是4）为例，IP[x]从位4分隔开来，位7~位5成为抢占组，可形成23（8级）抢占级别，又因为位3~位0没有启用，所以只剩下位4作为响应组，也就只有0、1两个响应级别。
在后序的步骤当中，这个IP[x]字节将在具体中断优先级配置当中赋不同的数值，从而确定相应中断的优先级。
回过头来简单说一说什么是抢占级（Group priority）和响应级（Sub priority）。
抢占级的数值越低，优先级就越高，可以嵌入低级别中断；响应没有抢先嵌套权，但响应级别高的可以优先执行。假设正在执行一个抢占级为1/响应级为1的A中断，简称为A（g1s1），又来了3个中断，分别是B（g0s1）、C（g2s1）、D（g2s0），那么B就会打断A嵌套进去被执行，没办法，谁让B的抢占级别高呢。等B执行完了，A就会继续执行，C和D也只能在外面等着，因为它们的抢占级别都比A低。等A执行完了就会优先执行D，因为尽管C和D的抢占级是一样的，但D的响应优先级高于C，C只好眼巴巴了。
3、结合PRIGROUP[2：的具体中断优先级设定
具体到USART1中断，刚才说的PRIGROUP[2：0]和优先级字节IP[x]该怎样落地呢？
目标寄存器：NVIC_IPR9中断优先级设置寄存器
寄存器地址：0xe000e409
赋值：对应IP[37]的字节赋值0x30
STM32设置了一个叫做NVIC_IPRx的寄存器阵列，每个寄存器可以存放4个中断的优先级8位（1个字节）配置数据，这个阵列与NVIC_ISERx的布局方式类似，只不过NVIC_ISERx是位布局，而NVIC_IPRx则是字节布局：
IP[37]就是USART1中断优先级配置的字节，
PRIGROUP[2：0]＝4已经确定了抢占级用3个位、响应级用1个位，那么IP[37]＝0x30的意思就是配置USART1中断的抢占级为1，响应级也为1。
4、例程
//串口1中断测试程序
//GPIOA/GPIOB相关寄存器定义
#define GPIOA_Base 0x40010800
#define GPIOB_Base 0x40010C00
#define GPIO_ConfigurationRegisterLow 0x00
#define GPIO_ConfigurationRegisterHigh 0x04
#define GPIO_OutputDataRegister 0x0c
#define GPIOA_CRH (*(volatile unsigned int*)(GPIOA_Base + GPIO_ConfigurationRegisterHigh))
#define GPIOB_CRL (*(volatile unsigned int*)(GPIOB_Base + GPIO_ConfigurationRegisterLow))
#define LED1 *(volatile unsigned int *)0x42218180
//RCC相关寄存器定义
#define RCC_APB2ENR (*(volatile unsigned int*)0x40021018)
//USART1相关寄存器定义
#define USART1_Base 0x40013800
#define USART_DataRegister 0x04
#define USART_BaudRateRegister 0x08
#define USART_ControlRegister1 0x0c
#define USART_ControlRegister2 0x10
#define USART1_DR (*(volatile unsigned int*)(USART1_Base + USART_DataRegister))
#define USART1_BRR (*(volatile unsigned int*)(USART1_Base + USART_BaudRateRegister))
#define USART1_CR1 (*(volatile unsigned int*)(USART1_Base + USART_ControlRegister1))
#define USART1_CR2 (*(volatile unsigned int*)(USART1_Base + USART_ControlRegister2))
#define ResetUSART1 *(volatile unsigned int*)0x424201b8
#define USART1_RXNE *(volatile unsigned int*)0x42270014
//NVIC相关寄存器定义
#define SCB_AIRCR *(volatile unsigned int*)0xe000ed0c
#define NVIC_ISER1 *(volatile unsigned int*)0xe000e104
#define NVIC_IPR9 *(volatile unsigned int*)0xe000e409
//---------------------------------------
void Delay_ms(unsigned short int MsCount)
{
unsigned int i = 0;
while(MsCount--)
{
i=8030;
while(i--);
}
}
void U1BaudRate(unsigned int PCLK2,unsigned int BaudRate)
//波特率设置
{
float UsartDiv;
unsigned short int Mantissa;//波特率换算参数整数部分
unsigned short int Fraction;//波特率换算参数小数部分
UsartDiv = (float)(PCLK2*1000000)/(BaudRate*16);
Mantissa = UsartDiv;//得到整数部分
Fraction = (UsartDiv-Mantissa)*16;//得到小数部分
Mantissa <<= 4;
Mantissa = Mantissa + Fraction;
USART1_BRR = Mantissa;
}
int main(void)
{
/*为节约篇幅,就不把时钟初始化程序列出来了,PCLK2为72MHz.*/
//开启USART1和GPIOA/GPIOB时钟
RCC_APB2ENR |=0x0000400c;
//配置USART1_RX(PA10)和USART1_TX(PA9)
GPIOA_CRH = (GPIOA_CRH & 0xfffff00f) | 0x000008a0;
//配置LED1(接在了PB0上)引脚状态
GPIOB_CRL = (GPIOB_CRL & 0xfffffff0) | 0xee000006;
//复位USART1
ResetUSART1=1;
ResetUSART1=0;
//配置波特率为9600,数据格式为8N1
U1BaudRate(72,9600);
//使能USART1模块,使能发送和接收,开启接收中断
USART1_CR1 |=0x202c;
//写入VECTKEY,PRIGROUP赋值为4
SCB_AIRCR &=0x05faf8ff;
SCB_AIRCR |=0x05fa0400;
//使能USART1中断
NVIC_ISER1 |=1<<5;
//配置USART1的抢占优先级和响应优先级
NVIC_IPR9 &=0xffff00ff;
NVIC_IPR9 |=0x3000;
while(1)
{
LED1 = 0;
Delay_ms(1000);
LED1 = 1;
Delay_ms(1000);
}
}
void USART1_IRQHandler(void)
//串口1中断服务程序
{
unsigned char tmp;
if(USART1_RXNE ==1)
{
USART1_RXNE=0;
tmp=USART1_DR;
USART1_DR=tmp;
}
}
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