高職單片機(jī)中斷知識教學(xué)與實踐研究

王雪

摘要：文章針對高職物聯(lián)網(wǎng)學(xué)生的特點，對嵌入式系統(tǒng)課程中斷內(nèi)容的授課方案進(jìn)行教學(xué)設(shè)計，指出了中斷部分內(nèi)容的重要性，介紹了中斷優(yōu)先級相關(guān)的重點講解內(nèi)容，并采用項目式教學(xué)的方式，帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行實踐操作，并設(shè)計了實驗過程和代碼。

關(guān)鍵詞：ARM；中斷；優(yōu)先級

1 背景

中斷[1]是嵌入式系統(tǒng)中重要的概念，幾乎所有的應(yīng)用系統(tǒng)中都用到中斷，中斷系統(tǒng)體系相對復(fù)雜，涉及內(nèi)核，編程和硬件連接多個方面，對于高職層面學(xué)生來說，如何整合好課程內(nèi)容，如何策略性的講授課程，對學(xué)生的接受程度有著重要的影響。

2 概念講解

概念和體系結(jié)構(gòu)[2]的理解是學(xué)習(xí)中斷的理論基礎(chǔ)，主要包括中斷，優(yōu)先級兩個重要概念。在上課過程中，采用舉例的方式效果比較好。例如：在教師上課過程中，有一個學(xué)生遲到了，在敲門進(jìn)入教室的過程中，打斷了教師的講課，就是所謂的“中斷”。在教師處理遲到學(xué)生的過程中，突然有一個學(xué)生生病了，又產(chǎn)生了一個新的中斷。教師會先處理生病的學(xué)生，然后再處理遲到的同學(xué)，這就是中斷的優(yōu)先級[2]。在舉例過程中，帶出了中斷概念優(yōu)先級的概念，并詳細(xì)講解優(yōu)先級方面的詳細(xì)知識。首先要從宏觀上講解中斷基礎(chǔ)知識[3]。

（1）在CM3的體系結(jié)構(gòu)中，共計設(shè)有256個中斷，中斷分為內(nèi)核中斷和外部中斷，數(shù)量分別為16和240個。對于每一個中斷，均可設(shè)置相關(guān)優(yōu)先級，故CM3可以控制256級中斷設(shè)置。（2）STM32作為意法半導(dǎo)體公司針對CM3訂制的芯片，根據(jù)應(yīng)用市場需要，并沒有全部使用CM3內(nèi)核，有選擇性地采用了一部分。（3）在STM32體系中，一共設(shè)置了84個中斷，同樣分為外部中斷和內(nèi)部中斷，分別為16和68個，中斷優(yōu)先級分級處理，共有16個等級。（4）在STM32F103系列中，設(shè)置了60個外部中斷，同時也是可屏蔽中斷。

中斷的優(yōu)先級是一個重要的概念，如表1所示。

在ARM中斷系統(tǒng)中，搶占優(yōu)先級和響應(yīng)優(yōu)先級是有區(qū)別的，講解過程具體如下：（1）高優(yōu)先級的搶占優(yōu)先級是可以打斷正在進(jìn)行的低搶占優(yōu)先級中斷的。（2）搶占優(yōu)先級相同的中斷，高響應(yīng)優(yōu)先級不可以打斷低響應(yīng)優(yōu)先級的中斷。（3）搶占優(yōu)先級相同的中斷，當(dāng)兩個中斷同時發(fā)生的情況下，哪個響應(yīng)優(yōu)先級高，哪個先執(zhí)行。（4）如果兩個中斷的搶占優(yōu)先級和響應(yīng)優(yōu)先級都是一樣，則看哪個中斷先發(fā)生就先執(zhí)行；

3 實驗過程

3.1 GPIO 口初始化操作

GPIO 口在進(jìn)行輸出前，要進(jìn)行相關(guān)寄存器的配置，主要配置內(nèi)容包括輸入輸出狀態(tài)設(shè)置、上拉下拉設(shè)置、復(fù)用和重映射設(shè)置等。一般可以設(shè)為內(nèi)部上拉或者內(nèi)部下拉，如果不采用，一般需要在外部設(shè)置上拉電阻或者下拉電阻。否則中斷會不停地發(fā)生。

3.2 GPIO復(fù)用功能設(shè)置

復(fù)用是單片機(jī)里面一個非常重要的技術(shù)，解決了CPU管腳不夠用的問題，也使開發(fā)設(shè)計靈活性更好。在復(fù)用前，要開啟相關(guān)外圍器件的時鐘功能，同時開啟相關(guān)GPIO引腳的時鐘功能，再進(jìn)行利用設(shè)置，從而建立復(fù)用引腳與相關(guān)外圍器件的對應(yīng)關(guān)系。

3.3 中斷設(shè)置

中斷的產(chǎn)生需要幾個條件。（1）相關(guān)器件的中斷允許。（2）中斷服務(wù)函數(shù)的編寫。（3）中斷優(yōu)先級的設(shè)置。（4）上升沿或者下降沿觸發(fā)。（5）NVIC所對應(yīng)的中斷入口函數(shù)名稱。（6）中斷向量表。（7）中斷號的查詢。這些條件都是需要進(jìn)行設(shè)置的，否則將無法正確進(jìn)行中斷處理。

3.4 配置中斷分組，并使能中斷

這一步，就是配置中斷的分組（Nested Vectored Interrupt Controller， NVIC），以及使能，對 STM32 的中斷來說，只有配置了 NVIC的設(shè)置，并開啟才能被執(zhí)行，否則是不會執(zhí)行到中斷服務(wù)函數(shù)里面去的。

3.5 編寫中斷服務(wù)函數(shù)

中斷服務(wù)函數(shù)的名稱在STM32中在中斷向量表中已經(jīng)定義好了，不能隨便更改名稱，在STM32的啟動文件當(dāng)中可以找到相關(guān)的名稱。例如：

DCD EXTIOJRQHandler ；外部中斷0

DCD EXTIl-IRQHandler；外部中斷 1

DCD EXTI2-IRQHandler；外部中斷2

DCD EXTI3-IRQHandler；外部中斷3

DCD EXTI4-IRQHandler；外部中斷4

DCD EXTI9-5-IRQHandler；；外部中斷5-9

DCD EXTI15-r。-IRQHandler；；外部中斷 10-15

需要特別注意的是，中斷5—9共用同一個中斷入口函數(shù)。中斷10—15共用同一個中斷入口函數(shù)。在一般情況下，我們通常會使用外部中斷0—4。通過以上幾個步驟的設(shè)置，我們就可以正常使用外部中斷了。

4 軟件設(shè)計

我們在inter.c里輸入如下代碼：

5 下載驗證

通過MDK開發(fā)環(huán)境對工程進(jìn)行編譯，無誤后，可以下載代碼至實驗板上運(yùn)行，以驗證是否正確。下載代碼后，在串口調(diào)試助手里面可以看到，實驗效果如圖1所示。

6 結(jié)語

本著“以學(xué)生為中心”的理念，在教學(xué)過程中，對教學(xué)內(nèi)容的選擇和提煉是非常重要的教學(xué)環(huán)節(jié)。教師要站在學(xué)生的角度上，全方位參考學(xué)生的基礎(chǔ)知識、學(xué)習(xí)狀態(tài)、接受能力和興趣愛好，制定出適合學(xué)生學(xué)，適合教師教，適合社會用的教學(xué)實施方案，并注重知識的融會貫通，真正讓學(xué)生學(xué)有所用，為將來的就業(yè)打好基礎(chǔ)。

[參考文獻(xiàn)]

[1]王超，朱鵬遠(yuǎn).基于Proteus的單片機(jī)中斷電路的設(shè)計與仿真[J].實驗技術(shù)與管理，2017（7）：136.

[2]劉維梁，任長明.中斷向量表在ARM異常中斷中的應(yīng)用[J].微處理機(jī)，2008（4）：5.

[3]劉嵐，張凱.ARM7嵌入式系統(tǒng)的中斷設(shè)計與中斷處理優(yōu)化[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報，2004（4）：88.