第3章 中断系统与NVIC：让CPU学会“插队”

中断这玩意儿，说白了就是让CPU能处理“突发事件”。

我刚开始学单片机时，总觉得轮询也能干活——主循环里不断查标志位，不也一样？直到有一次做工业控制项目，一个紧急停止信号因为主循环正在处理显示刷新，延迟了200ms才响应……嗯，从那以后我再也不敢轻视中断了。

3.1 中断优先级管理——谁更重要？

STM32的中断系统，核心是NVIC（嵌套向量中断控制器）。它管两件事：哪个中断能打断当前任务，以及多个中断同时来的时候先处理谁。

你想想看，如果所有中断优先级都一样，那跟轮询有什么区别？

3.1.1 优先级分组

STM32用4位二进制位来表示优先级。HAL库通过HAL_NVIC_SetPriorityGrouping()来分配这4位中多少位给抢占优先级，多少位给响应优先级。

分组编号	抢占优先级位数	响应优先级位数	典型场景
NVIC_PriorityGroup_0	0位	4位	所有中断同级，无嵌套
NVIC_PriorityGroup_1	1位	3位	2级嵌套，适合简单系统
NVIC_PriorityGroup_2	2位	2位	4级嵌套，最常用
NVIC_PriorityGroup_3	3位	1位	8级嵌套，响应优先级只有2级
NVIC_PriorityGroup_4	4位	0位	16级嵌套，无子优先级

3.2 外部中断（EXTI）配置——让引脚学会“喊人”

EXTI就是外部中断控制器。它能检测GPIO引脚上的电平变化，然后通知NVIC去叫CPU。

配置EXTI，说白了就三步：

1. 选引脚：哪个GPIO引脚要当中断源
2. 选触发方式：上升沿、下降沿、还是双边沿
3. 连中断线：EXTI有16条中断线（EXTI0~EXTI15），每个引脚对应一条线

3.2.1 配置代码示例

用HAL库配置EXTI，其实很简洁。以PA0引脚为例：

// 1. 使能GPIO时钟和SYSCFG时钟
__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
__HAL_RCC_SYSCFG_CLK_ENABLE();

// 2. 配置GPIO为中断模式
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_0;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_IT_FALLING;  // 下降沿触发
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;           // 内部上拉
HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

// 3. 配置NVIC
HAL_NVIC_SetPriority(EXTI0_IRQn, 2, 0);       // 抢占2，响应0
HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI0_IRQn);

你看，就这么几行。但要注意，GPIO_MODE_IT_FALLING这个模式，它既配置了GPIO，又自动连好了EXTI线。HAL库帮你省了一步。

3.3 HAL库中断回调机制——别在中断里写太多代码

这是很多新手容易犯的错：在中断服务函数里写几百行代码。

HAL库的设计哲学是：中断服务函数只做最轻量的事，真正的业务逻辑放到回调函数里。

3.3.1 回调流程

以EXTI为例，中断来了之后是这样的：

1. CPU跳转到EXTI0_IRQHandler()
2. HAL库内部调用HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler()
3. 这个函数清除中断标志位，然后调用HAL_GPIO_EXTI_Callback()
4. 你在回调函数里写自己的逻辑

3.3.2 回调函数示例

// 在用户文件中重写这个弱函数
void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin)
{
    if (GPIO_Pin == GPIO_PIN_0)
    {
        // 按键按下，设置标志位
        key_pressed = 1;
    }
}

嗯，这里要注意：回调函数是__weak弱定义的，你在自己的文件里重新实现它就行。别去修改HAL库的源文件，否则下次更新库就覆盖了。

3.4 按键中断实战——从理论到代码

光说不练假把式。我们做一个按键中断控制LED的实战。

3.4.1 硬件连接

元件	引脚	配置
按键	PA0	下降沿触发，内部上拉
LED	PC13	推挽输出

3.4.2 完整代码

// main.c
volatile uint8_t key_pressed = 0;

int main(void)
{
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    
    // 配置LED
    __HAL_RCC_GPIOC_CLK_ENABLE();
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
    GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_13;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
    HAL_GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStruct);
    
    // 配置按键中断
    __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
    __HAL_RCC_SYSCFG_CLK_ENABLE();
    GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_0;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_IT_FALLING;
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;
    HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
    
    // 配置NVIC
    HAL_NVIC_SetPriority(EXTI0_IRQn, 2, 0);
    HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI0_IRQn);
    
    while (1)
    {
        if (key_pressed)
        {
            key_pressed = 0;
            HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC, GPIO_PIN_13);
        }
    }
}

// 回调函数
void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin)
{
    if (GPIO_Pin == GPIO_PIN_0)
    {
        key_pressed = 1;
    }
}

3.5 中断系统知识图谱

我把整个中断系统的脉络画成了一张图，方便你理解各个模块之间的关系：

这张图把中断系统的三个层次串起来了：中断源产生事件，NVIC决定优先级，HAL库提供回调机制。你写代码时，脑子里要有这个结构。