📚 课程目录第4章 SPI通信协议实现

4. SPI通信协议实现

中断，是嵌入式系统的灵魂。没有中断，CPU就得轮询——说白了就是傻等。我刚开始用GD32V做项目时，第一个栽跟头就在中断优先级配置上。今天咱们把中断系统掰开揉碎，从向量表讲到嵌套抢占。

4.1 中断向量表：CPU的紧急联络簿

中断向量表，本质是一张地址表。每个中断源对应一个入口地址，CPU响应中断时自动跳转。GD32V基于RISC-V内核，向量表基址默认在0x00000000，但可以通过mtvec寄存器重映射。

核心要点：GD32V的向量表每个条目占4字节，存放的是中断服务函数的地址。第0号条目是栈指针，第1号是复位向量，从第2号开始才是各类异常和中断。

我习惯在工程启动文件里这样定义向量表：

__attribute__((section(".isr_vector")))
void (* const g_pfnVectors[])(void) = {
    &_estack,                    // 0: 栈顶指针
    Reset_Handler,               // 1: 复位
    NMI_Handler,                 // 2: NMI
    HardFault_Handler,           // 3: 硬错误
    // ... 省略中间条目
    EXTI0_IRQHandler,            // 外部中断0
    EXTI1_IRQHandler,            // 外部中断1
    // ...
};

嗯，这里要注意：向量表必须4字节对齐。我曾经遇到一个同事，把向量表放在未对齐的地址上，结果一进中断就跑飞，查了两天才发现是对齐问题。

4.2 NVIC与中断优先级配置

GD32V的嵌套向量中断控制器（NVIC）支持最多256个中断，每个中断可配置4位抢占优先级和4位子优先级。但具体用几位，由PRICTL寄存器决定。

分组	抢占优先级位数	子优先级位数	应用场景
组0	0	4	所有中断同级，按子优先级排队
组1	1	3	2级抢占，8级子优先级
组2	2	2	4级抢占，4级子优先级（常用）
组3	3	1	8级抢占，2级子优先级
组4	4	0	16级抢占，无子优先级

配置优先级分两步走。第一步设置分组：

NVIC_PRIGROUP_CMD(NVIC_PRIGROUP_2);  // 2位抢占 + 2位子优先级

第二步设置具体中断的优先级：

nvic_irq_enable(EXTI0_IRQn, 2, 1);  // 抢占优先级2，子优先级1

我的经验：项目初期就定好优先级分组，中途别改。我见过一个产品，因为后期调整分组导致所有中断优先级重新洗牌，整个系统的实时性全乱了。

4.3 外部中断（EXTI）实战

EXTI是GD32V最常用的外部中断模块。它支持16个外部中断线，每个线可以映射到多个GPIO引脚，但同一时刻只能选一个。

配置EXTI的标准流程：

使能GPIO时钟和SYSCFG时钟
配置GPIO为输入模式
将GPIO连接到EXTI线
配置EXTI触发方式（上升沿/下降沿/双边沿）
使能EXTI中断
配置NVIC优先级
编写中断服务函数

来个完整的按键中断示例：

void EXTI_Key_Init(void)
{
    // 1. 使能时钟
    rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOA);
    rcu_periph_clock_enable(RCU_SYSCFG);
    
    // 2. 配置PA0为输入
    gpio_init(GPIOA, GPIO_MODE_IN_FLOATING, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_0);
    
    // 3. 连接EXTI线0到PA0
    syscfg_exti_line_config(EXTI_SOURCE_GPIOA, EXTI_SOURCE_PIN0);
    
    // 4. 配置下降沿触发
    exti_init(EXTI_0, EXTI_INTERRUPT, EXTI_TRIG_FALLING);
    exti_interrupt_flag_clear(EXTI_0);
    
    // 5. 使能EXTI中断
    exti_interrupt_enable(EXTI_0);
    
    // 6. 配置NVIC
    nvic_irq_enable(EXTI0_IRQn, 1, 0);
}

void EXTI0_IRQHandler(void)
{
    if(exti_interrupt_flag_get(EXTI_0) != RESET)
    {
        // 处理按键事件
        // 注意：这里要加消抖，我吃过亏
        delay_1ms(20);
        if(gpio_input_bit_get(GPIOA, GPIO_PIN_0) == RESET)
        {
            // 按键确实被按下
            key_pressed = 1;
        }
        exti_interrupt_flag_clear(EXTI_0);
    }
}

避坑指南：我曾经在EXTI中断里直接调用printf，结果程序卡死。原因是printf用了轮询方式发送，而串口中断优先级比EXTI低，导致死锁。中断服务函数里别做耗时操作，只设标志位，具体处理放到主循环或任务里。

4.4 中断嵌套与抢占

中断嵌套，说白了就是高优先级中断打断低优先级中断。GD32V的NVIC支持硬件自动完成嵌套，不需要软件干预。

嵌套发生的条件：

两个中断的抢占优先级不同
高优先级中断在低优先级中断执行期间触发
高优先级中断未被屏蔽

来看一个典型的嵌套场景：

// 低优先级中断 - 抢占优先级1
void TIMER2_IRQHandler(void)
{
    // 执行到一半...
    volatile uint32_t temp = 100;
    // 此时EXTI0中断（抢占优先级0）触发
    // CPU自动保存上下文，跳转到EXTI0_IRQHandler
    // EXTI0执行完毕后，返回这里继续
    temp = 200;
}

// 高优先级中断 - 抢占优先级0
void EXTI0_IRQHandler(void)
{
    // 这个函数会打断TIMER2的中断
    volatile uint32_t data = 0xFF;
    // 处理完毕，返回被中断的TIMER2
}

为什么会这样？因为NVIC在硬件层面做了优先级比较。当新中断的抢占优先级高于当前中断时，硬件自动压栈当前上下文，然后执行新中断。新中断退出时，硬件自动恢复上下文。

关键点：子优先级不参与嵌套判断。只有抢占优先级不同才会触发嵌套。子优先级只在多个中断同时挂起时决定谁先执行。

我建议在设计中断系统时，遵循几个原则：

时间敏感的中断（如定时器、通信）给高抢占优先级
非关键中断（如按键）给低优先级
同一抢占优先级内，按紧急程度分配子优先级
中断服务函数越短越好，最好只设标志位

实用技巧：在FreeRTOS中，中断嵌套要特别小心。FreeRTOS的临界区保护只对任务级代码有效。如果中断里调用了FreeRTOS API，必须使用FromISR后缀的版本，并且要确保中断优先级不高于configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY。

最后说个我踩过的坑。有一次调试电机控制，定时器中断里做了PID计算，结果偶尔出现计算错误。查了半天，发现是串口中断（优先级更高）打断了PID计算中的关键变量读取。解决方案很简单：在读取多字节变量前关中断，读完再开。或者用volatile+原子操作也能解决。

中断系统就这些核心内容。记住：优先级分组定好别改，中断服务函数要短，嵌套时注意临界区保护。做到这三点，中断系统基本不会出大问题。