Cortex-M中断及FreeRTOS中断优先级配置原理

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作者 | strongerHuang

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如果CPU没有中断，你能想象是什么情况吗？

就是一个while循环，且不能中断处理及时的任务，更别说有现在的RTOS了（RTOS也是需要中断才能实现）。

下面就来说说关于Cortex-M的中断，及FreeRTOS中断优先级配置原理。

1关于Cortex-M3处理器

写本文之前，先写点相关的扩展内容，本文结合内核为Cortex-M3的STM32来讲述。

STM32属于ARM中Cortex-M系列处理器，比如：STM32F1数据Cortex-M3，STM32F7数据Cortex-M7。

可以参看我之前分享文章《从Cortex-M到Cortex-A认识ARM处理器》，了解一下关于ARM处理器的种类。

本文主要结合Cortex-M3下面STM32F1系列处理器为例来讲述中断控制相关内容。而Cortex-M其它系列，或者说STM32其它系列关于中断的内容类似。

Cortex-M3只是STM32F1的一个内核。反过来说STM32F1是在Cortex-M3基础上增加了一些外设（如：USART、AD等）的芯片。

2Cortex-M中断控制

NVIC：Nested Vectored Interrupt Controller，即嵌套向量中断控制器。

STM32中NVIC我们比较熟悉，编程的时候使用中断都会对NVIC进行配置。

而STM32F1中的NVIC是属于Cortex-M3中的一部分，而不是STM32增加的外设。

NVIC向量中断控制器是Cortex‐M3不可分离的一部分，它与 CM3 内核的逻辑紧密耦合，有一部分甚至水乳交融在一起。

所以，NVIC相关的寄存器位于Cortex-M手册中。讲述STM32的中断控制，还得从Cortex-M3的NVIC讲起，

1.中断输入向量表

Cortex-M3的NVIC支持1至240个中断输入，比如STM32中xxxIRQs，也就是中断向量表，具体的数值由芯片厂商在设计芯片时决定。

比如STM32F1的中断和异常向量表：

2.中断和异常区别

很多初学的朋友不知道什么是中断？什么是异常？甚至有人直接把中断和异常笼统称为“中断”。

中断和异常其实有差异，也有关联，我们常说的中断其实是包含了异常。异常可以理解为MCU，或者程序处于了某种异常状态。

这么区分吧，看上面向量表，上部分有灰色背景的为异常，下部分白色的为中断。

异常属于Cortex‐M3内核的一部分，而中断属于MCU（STM32）的一部分（由厂家决定）。

所以：

1.站在Cortex‐M3内核角度，像STM32中USART这类中断，属于外部中断。

2.站在STM32角度，EXTI外部引脚中断才属于中断。

3.优先级

对于Cortex-M3来说，每个外部中断都有一个对应的优先级寄存器。

每个寄存器占用8位，但是允许最少只使用最高3位，在STM32F1中使用了高4位。（也就是我们可以分16个优先级）

优先级可以被分为高低两个位段，分别是抢占优先级和亚（响应）优先级。

提示：

1.STM32中断优先级数值越小，优先级越大。

2.优先级分组：Cortex-M3，M4具有分组功能，即存在抢占优先级和响应优先级，如下图：

而有的内核就没有，如Cortex-M0就没有。

3.参考资料

可以参看《Cortex-M3权威指南》

STM32的内核编程手册：

http://www.st.com/stonline/products/literature/pm/15491.pdf

3FreeRTOS中断优先级配置

本节内容讲述一下FreeRTOS最大中断优先级配置问题，也就是FreeRTOSConfig.h配置文件中的：

configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY

你们知道配置数值的含义吗？这里就需要结合NVIC相关的内容来理解。

上面说了，在STM32中，使用了NVIC优先级的高4位，而我们配置时需要对高4位进行配置（低4位未使用）。

看上图，明白了吗，上面这个数值就是95，但代表的优先级为5。

这个配置数值的含义，大概意思是：你代码中使用的中断（比如USART1_IRQn）优先级需要大于5才可行。

如下面配置，优先级为2就不行（当然，有分组的还牵涉到分组问题）。

关于FreeRTOS最大优先级配置的内容可以参考：

https://www.freertos.org/RTOS-Cortex-M3-M4.html

最后再次提示：

FreeRTOS任务优先级是数值越大，优先级越高，需要和CM3中断优先级区分开来。

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