《STM32嵌入式單片機原理與應(yīng)用》 課件 李正軍 第3、4章 STM32微控制器的開發(fā)平臺、中斷系統(tǒng)

第3章STM32微控制器的

開發(fā)平臺本章講述了STM32微控制器的開發(fā)平臺，包括KeilMDK5安裝配置、KeilMDK下新工程的創(chuàng)建、J-Link驅(qū)動安裝、KeilMDK5調(diào)試方法、J-Scope安裝、J-Scope調(diào)試方法、Cortex-M3微控制器軟件接口標(biāo)準(zhǔn)CMSIS、STM32F103開發(fā)板的選擇和STM32下載器的選擇。3.1KeilMDK5安裝配置Keil公司是一家業(yè)界領(lǐng)先的微控制器（MCU）軟件開發(fā)工具的獨立供應(yīng)商，由兩家私人公司聯(lián)合運營，分別是德國慕尼黑的Keil

ElektronikGmbH和美國德克薩斯的KeilSoftwareInc。Keil公司制造和銷售種類廣泛的開發(fā)工具，包括ANSIC編譯器、宏匯編程序、調(diào)試器、連接器、庫管理器、固件和實時操作系統(tǒng)核心（real-timekernel）。MDK即RealViewMDK或MDK-ARM（MicrocontrollerDevelopmentkit），是ARM公司收購Keil公司以后，基于μVision界面推出的針對ARM7、ARM9、Cortex-M系列、Cortex-R4等ARM處理器的嵌入式軟件開發(fā)工具。3.1.1Keil

簡介MDK-ARM主要包含以下四個核心組成部分：1）μVisionIDE：是一個集項目管理器、源代碼編輯器、調(diào)試器于一體的強大集成開發(fā)環(huán)境。2）RVCT：ARM公司提供的編譯工具鏈，包含編譯器、匯編器、鏈接器和相關(guān)工具。3）RL-ARM：實時庫，可將其作為工程的庫來使用。4）ULINK/JLINKUSB-JTAG仿真器：用于連接目標(biāo)系統(tǒng)的調(diào)試接口（JTAG或SWD方式），幫助用戶在目標(biāo)硬件上調(diào)試程序。μVisionIDE是一個基于Windows操作系統(tǒng)的嵌入式軟件開發(fā)平臺，集編譯器、調(diào)試器、項目管理器和一些Make工具于一體。具有如下主要特征：1）項目管理器，用于產(chǎn)生和維護(hù)項目。2）處理器數(shù)據(jù)庫，集成了一個能自動配置選項的工具。3）帶有用于匯編、編譯和鏈接的Make工具。4）全功能的源碼編輯器。5）模板編輯器，可用于在源碼中插入通用文本序列和頭部塊。6）源碼瀏覽器，用于快速尋找、定位和分析應(yīng)用程序中的代碼和數(shù)據(jù)。7）函數(shù)瀏覽器，用于在程序中對函數(shù)進(jìn)行快速導(dǎo)航。8）函數(shù)略圖（FunctionOutlining），可形成某個源文件的函數(shù)視圖。9）帶有一些內(nèi)置工具，例如“FindinFiles”等。10）集模擬調(diào)試和目標(biāo)硬件調(diào)試于一體。11）配置向?qū)?，可實現(xiàn)圖形化的快速生成啟動文件和配置文件。12）可與多種第三方工具和軟件版本控制系統(tǒng)接口。13）帶有Flash編程工具對話窗口。14）豐富的工具設(shè)置對話窗口。15）完善的在線幫助和用戶指南。使用MDK-ARM作為嵌入式開發(fā)工具，其開發(fā)的流程與其他開發(fā)工具基本一樣，一般可以分以下幾步：1）新建一個工程，從處理器庫中選擇目標(biāo)芯片。2）自動生成啟動文件或使用芯片廠商提供的基于CMSIS標(biāo)準(zhǔn)的啟動文件及固件庫。3）配置編譯器環(huán)境。4）用C語言或匯編語言編寫源文件。5）編譯目標(biāo)應(yīng)用程序。6）修改源程序中的錯誤。7）調(diào)試應(yīng)用程序。KeilMDK主要能夠為開發(fā)者提供以下開發(fā)優(yōu)勢。（1）啟動代碼生成向?qū)?。啟動代碼和系統(tǒng)硬件結(jié)合緊密。只有使用匯編語言才能編寫，因此成為許多開發(fā)者難以跨越的門檻。KeilMDK的μVision5工具可以自動生成完善的啟動代碼，并提供圖形化的窗口，方便修改。無論是對于初學(xué)者還是對于有經(jīng)驗的開發(fā)者而言。都能大大節(jié)省開發(fā)時間，提高系統(tǒng)設(shè)計效率。（2）設(shè)備模擬器。KeilMDK的設(shè)備模擬器可以仿真整個目標(biāo)硬件，如快速指令集仿真、外部信號和I/O端口仿真、中斷過程仿真、片內(nèi)外圍設(shè)備仿真等。這使開發(fā)者在沒有硬件的情況下也能進(jìn)行完整的軟件設(shè)計開發(fā)與調(diào)試工作，軟硬件開發(fā)可以同步進(jìn)行，大大縮短了開發(fā)周期。（3）性能分析器。KeilMDK的性能分析器可輔助開發(fā)者查看代碼覆蓋情況、程序運行時間、函數(shù)調(diào)用次數(shù)等高端控制功能，幫助開發(fā)者輕松地進(jìn)行代碼優(yōu)化，提高嵌入式系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)的質(zhì)量。（4）RealView編譯器。KeilMDK的RealView編譯器與ARM公司以前的工具包ADS相比，其代碼尺寸比ADS1.2編譯器的代碼尺對小10％，其代碼性能也比ADS1.2編譯器的代碼性能提高了至少20％。（5）ULINK2/Pro仿真器和FLASH編程模塊。KeilMDK無須尋求第三方編程軟硬件的支持。通過配套的ULINK2仿真器與FLASH編程工具，可以輕松地實現(xiàn)CPU片內(nèi)FLASH和外擴(kuò)FLASH燒寫。并支持用戶自行添加PLASH編程算法，而且支持FLASH的整片刪除、扇區(qū)刪除、編程前自動刪除和編程后自動校驗等功能。（6）Cortex系列內(nèi)核。Cortex系列內(nèi)核具備高性能和低成本等優(yōu)點。是ARM公司最新推出的微控制器內(nèi)核，是單片機應(yīng)用的熱點和主流。而KeilMDK是第一款支持Cortex系列內(nèi)核開發(fā)的開發(fā)工具。并為開發(fā)者提供了完善的工具集，因此，可以用它設(shè)計與開發(fā)基于Cortex-M3內(nèi)核的STM32嵌入式系統(tǒng)。（7）提供專業(yè)的本地化技術(shù)支持和服務(wù)。KeilMDK的國內(nèi)用戶可以享受專業(yè)的本地化技術(shù)支持和服務(wù)，如電話、E-mail、論壇和中文技術(shù)文檔等，這將為開發(fā)者設(shè)計出更有競爭力的產(chǎn)品提供更多的助力。此外，KeilMDK還具有自己的實時操作系統(tǒng)（RTOS），即RTX。傳統(tǒng)的8位或16位單片機往往不適合使用實時操作系統(tǒng)，但Cortex-M3內(nèi)核除了為用戶提供更強勁的性能、更高的性價比。還具備對小型操作系統(tǒng)的良好支持，因此在設(shè)計和開發(fā)STM32嵌人式系統(tǒng)時，開發(fā)者可以在KeilMDK上使用RTOS。使用RTOS可以為工程組織提供良好的結(jié)構(gòu)，并提高代碼的重復(fù)使用率，使程序調(diào)試更加容易、項目管理更加簡單。官方下載地址：/mdk5。1.打開官方網(wǎng)站，點擊下載MDKMDK下載界面如圖3-1所示。3.1.2Keil下載圖3-1MDK下載界面2.按照要求填寫信息，并點擊Submit信息填寫界面如圖3-2所示。圖3-2信息填寫界面3.點擊MDKxxx.exe下載MDKxxx.exe下載界面如圖3-3所示。這里下載的是MDK536.exe，等待下載完成。圖3-3MDKxxx.exe下載界面1.雙擊安裝文件雙擊MDK安裝文件，MDK圖標(biāo)如圖3-4所示。3.1.3MDK安裝圖3-4MDK圖標(biāo)2.MDK安裝過程安裝界面如圖3-5所示。圖3-5MDK安裝界面歡迎界面點下一步；勾選“同意協(xié)議”，點下一步；選擇安裝路徑，建議默認(rèn)，點下一步；填寫用戶信息，點下一步；等待安裝。MDK安裝進(jìn)程如圖3-6所示。圖3-6MDK安裝進(jìn)程需要顯示版本信息，點擊Finish，完成安裝。安裝完成后，彈出PackInstaller歡迎界面。先關(guān)閉，破解后再安裝Pack包。MDK安裝成功后，桌面會有KeilμVision5的圖標(biāo)（以下簡稱Keil5），如圖3-7所示。圖3-7KeilμVision5的圖標(biāo)如果購買了正版的KeilμVision5，以管理員身份運行KeilμVision5，打開后點擊File-LicenseManagement，安裝License，如圖3-8所示。至此就可以使用KeilμVision5了。圖3-8安裝License界面如果沒有購買正版的KeilμVision5，使用就會受到限制。公司要購買正版的KeilμVision5軟件，若用于教學(xué)，可以對KeilμVision5進(jìn)行破解。若破解成功，則出現(xiàn)如圖3-9所示界面。圖3-9KeilμVision5破解成功界面此時，如果License區(qū)SupportPeriod時間晚于當(dāng)前時間，表示破解成功。如果SupportPeriod時間早于當(dāng)前時間，破解失敗會顯示紅色，如圖3-10所示。重新生成破解代碼即可（可能需要嘗試多次才能找到合適的破解文件）。圖3-10KeilμVision5破解不成功界面破解成功后的版本為Plus版，不破解為Lite版。KeilμVision5功能限制如表3-1所示。表3-1KeilμVision5功能限制步驟1：回到Keil5界面，點擊圖3-11中圈內(nèi)的PackInstaller按鈕。3.1.4安裝庫文件圖3-11PackInstaller按鈕工具欄步驟2：將彈出之前關(guān)閉的PackInstaller窗口，如圖3-12所示。圖3-12PackInstaller窗口步驟3：左側(cè)窗口選擇所使用的芯片STM32F107系列，右側(cè)點擊DeviceSpecific->Keil::STM32F4xx_DFP處的Install按鈕安裝庫文件，下方output區(qū)可看到庫文件的下載進(jìn)度。步驟4：等待庫文件下載完成。Keil::STM32F1xx_DFP處Action狀態(tài)變?yōu)閁ptodate，表示該庫下載完成。打開一個工程，測試編譯是否成功。3.2KeilMDK下新工程的創(chuàng)建建立文件夾GPIO_TEST，來存放整個工程項目。在GPIO_TEST工程目錄下，建立四個文件夾來存放不同類別的文件，工程目錄如圖3-13所示。圖中4個文件夾存放文件類型如下：lib：存放庫文件；obj：存放工程文件；out：存放編譯輸出文件；user：存放用戶源代碼文件。3.2.1建立文件夾圖3-13工程目錄創(chuàng)建一個新工程，對STM32的GPIO功能進(jìn)行簡單的測試。打開KeiluVision后，將顯示上一次使用的工程，如圖3-14所示。3.2.2打開KeiluVision圖3-14打開KeilμVision選擇菜單Project-->NewuVisionProject，如圖3-15所示。3.2.3新建工程圖3-15新建工程把該工程存放在剛剛建立的obj子文件夾下，并輸入工程文件名稱，如圖3-16和3-17所示。圖3-16選擇工程文件存放目錄圖3-17工程文件命名點擊保存后彈出選擇器件窗口，如圖3-18所示。選擇STMicroelectronics下STM32F103VB器件（選擇使用器件型號）。圖3-18芯片型號選擇點擊OK后彈出界面如圖3-19所示，在該界面中選擇“是”，以加載STM32的啟動代碼。圖3-19加載啟動代碼至此工程建立成功，顯示畫面如圖3-20所示。圖3-20工程建立成功畫面3.3J-Link驅(qū)動安裝J-LINK是SEGGER公司為支持仿真ARM內(nèi)核芯片推出的JTAG仿真器。它與眾多諸如IAREWAR、ADS、KEIL、WINARM、RealView

等集成開發(fā)環(huán)境配合，可支持所有ARM7/ARM9/ARM11、CortexM0/M1/M3/M4，CortexA5/A8/A9等內(nèi)核芯片的仿真。它與IAR，KEIL等編譯環(huán)境可無縫連接，因此操作方便、連接方便、簡單易學(xué)，是學(xué)習(xí)開發(fā)ARM最好、最實用的開發(fā)工具。J-LINK具有J-LinkPlus，J-LinkUltra，J-LinkUltra＋，J-LinkPro，J-LinkEDU，J-Trace等多個版本，可以根據(jù)不同的需求選擇不同的產(chǎn)品。3.3.1J-Link簡介安裝J-Link驅(qū)動，以便Keil5、J-Scope能夠使用J-Link。J-LINK主要用于在線調(diào)試，它集程序下載器和控制器為一體，使得PC上的集成開發(fā)軟件能夠?qū)RM的運行進(jìn)行控制，比如，單步運行，設(shè)置斷點，查看寄存器等。一般調(diào)試信息用串口“打印”出來，就如VC用printf在屏幕上顯示信息一樣，通過串口ARM就可以將需要的信息輸出到計算機的串口界面。由于筆記本一般都沒有串口，所以常用USB轉(zhuǎn)串口電纜或轉(zhuǎn)接頭實現(xiàn)。官方下載地址：/downloads/J-Link/。J-Link驅(qū)動下載界面如圖3-21所示。3.3.2J-Link驅(qū)動安裝圖3-21J-Link驅(qū)動下載界面下載后得到J-Link驅(qū)動的圖標(biāo)，如圖3-22所示。圖3-22J-Link驅(qū)動的圖標(biāo)1.J-Link安裝J-Link安裝步驟簡單，默認(rèn)配置即可。J-Link驅(qū)動安裝過程如圖3-23所示。圖3-23J-Link驅(qū)動安裝過程2.打開Keil5的OptionsforTarget按鈕安裝完成后，連接J-Link到電腦，打開Keil5的OptionsforTarget按鈕。3.調(diào)試工具選擇切換到Debug選項卡，調(diào)試工具選擇J-LINK/J-TRACECortex，如圖3-24所示。打開Settings?？梢钥吹絁-Link的SN、版本等信息，表示J-Link驅(qū)動安裝成功，當(dāng)前J-Link可正常使用。圖3-24OptionsforTarget按鈕界面3.4KeilMDK5調(diào)試方法進(jìn)入調(diào)試模式步驟如下：1）連接J-Link到呼吸機主板STM32調(diào)試口，此時J-LinkUSB線不要連接計算機。2）開發(fā)板上電。3）連接J-LinkUSB線到計算機，J-Link指示燈應(yīng)為綠色。4）使用Keil5打開一個程序。5）進(jìn)入調(diào)試模式。進(jìn)入調(diào)試模式界面如圖3-25所示。3.4.1進(jìn)入調(diào)試模式圖3-25進(jìn)入調(diào)試模式界面3.4KeilMDK5調(diào)試方法進(jìn)入調(diào)試模式步驟如下：1）連接J-Link到呼吸機主板STM32調(diào)試口，此時J-LinkUSB線不要連接計算機。2）開發(fā)板上電。3）連接J-LinkUSB線到計算機，J-Link指示燈應(yīng)為綠色。4）使用Keil5打開一個程序。5）進(jìn)入調(diào)試模式。進(jìn)入調(diào)試模式界面如圖3-25所示。3.4.1進(jìn)入調(diào)試模式圖3-25進(jìn)入調(diào)試模式界面3.4.2調(diào)試界面介紹1.黃色箭頭處為當(dāng)前執(zhí)行語句執(zhí)行語句界面如圖3-26所示。圖3-26中的圈內(nèi)為執(zhí)行語句。圖3-26執(zhí)行語句界面2.

拖動各窗口，調(diào)整成習(xí)慣的布局。調(diào)試界面布局如圖3-27所示。圖3-27調(diào)試界面布局保存當(dāng)前布局，下次進(jìn)入調(diào)試模式不必重新設(shè)置，調(diào)試時主要使用Debug菜單和工具欄。Debug菜單和工具欄分別如圖3-28和圖3-29所示。圖3-28Debug菜單圖3-29Debug工具欄Debug菜單命令介紹如下：1）Start/StopDebugSesion：開始/停止調(diào)試2）ResetCPU：復(fù)位CPU3）Run：全速運行4）Stop：停止運行5）Step：單步調(diào)試（進(jìn)入函數(shù)）6）StepOver：逐步調(diào)試（跳過函數(shù)）7）StepOut：跳出調(diào)試（跳出函數(shù)）8）RuntoCursorLine：運行到光標(biāo)處9）ShowNextStatemt：顯示正在執(zhí)行的代碼行10）Breakpoints：查看工程中所有的斷點11）Insert/RemoveBreakpoint：插入/移除斷點12）Enable/DisableBreakpoint：使能/失能斷點13）DisableAllBreakpoint：失能所有斷點14）KillAllBreakpoint：取消所有斷點15）OSSupport：系統(tǒng)支持（打開子菜單訪問事件查看器和RTX任務(wù)和系統(tǒng)信息）16）ExecutionProfiling：執(zhí)行分析17）MemoryMap：內(nèi)存映射18）InlineAssembly：內(nèi)聯(lián)匯編19）FunctionEditor：函數(shù)編輯器20）DebugSetting：調(diào)試設(shè)置3.4.3變量查詢功能方法1：雙擊選中變量，如hot_reset_times，拖動到Watch區(qū)，即可查看該變量的值。變量查詢方法1界面如圖3-30所示。圖3-30變量查詢方法1界面方法2：可在Watch區(qū)直接輸入要查詢的變量。變量查詢方法2界面如圖3-31所示。圖3-31變量查詢方法2界面3.4.4斷點功能當(dāng)需要程序執(zhí)行到某處停下時，可以使用斷點功能。舉例如下：1）確定添加斷點處代碼為： GetSNdisplay(SN_display);添加斷點如圖3-32所示。圖3-32添加斷點2）單擊代碼左側(cè)陰影處（陰影表示程序可以執(zhí)行到此處，無陰影一般為未編譯或注釋語句，不可設(shè)置斷點），可以設(shè)置或取消該語句的斷點。添加斷點成功后會有一個紅色圓點，如圖3-33所示。圖3-33添加斷點成功3）全速運行程序，操作某一設(shè)備，進(jìn)入“信息->關(guān)于本機”菜單。此時程序會運行至斷點設(shè)置處，黃色運行指示箭頭指向斷點語句。如圖3-34所示。圖3-34指向斷點語句的界面4）可根據(jù)調(diào)試需求，使用如下調(diào)試方法：（1）Step：單步調(diào)試（進(jìn)入函數(shù)）（2）StepOver：逐步調(diào)試（跳過函數(shù)）（3）StepOut：跳出調(diào)試（跳出函數(shù)）（4）RuntoCursorLine：運行到光標(biāo)處此處以執(zhí)行“Step單步調(diào)試”命令為例，進(jìn)入GetSNdisplay函數(shù)，如圖3-35所示。圖3-35Step單步調(diào)試命令Step單步調(diào)試程序界面如圖3-36所示。圖3-36Step單步調(diào)試程序界面5）調(diào)試完成后，可進(jìn)入全速運行模式。全速運行模式時可正常操作所開發(fā)設(shè)備及監(jiān)視變量。如圖3-37所示。圖3-37全速運行命令3.4.5結(jié)束調(diào)試模式結(jié)束調(diào)試模式，執(zhí)行Start/StopDebugSession命令，如圖3-38所示。圖3-38結(jié)束調(diào)試模式3.5J-Scope安裝J-Scope是SEGGER公司推出的，可在目標(biāo)MCU運行時實時分析數(shù)據(jù)并圖形化顯示的軟件。J-Scope讀取elf或axf文件，并允許選擇多個變量進(jìn)行可視化顯示。J-Scope主要有RTT和HSS兩種工作模式。RTT模式：需要用戶在MCU上添加代碼，有點類似串口上傳數(shù)據(jù)，因為有額外的代碼，所以需要占用MCU的資源。優(yōu)點是速度快，缺點是需要額外的代碼。HSS模式：不需要用戶在MCU上添加任何代碼，只需要使用J_Scope加載MDK或IAR的可執(zhí)行文件即可，而且可以隨時連接MCU，不影響MCU的正常功能，不需要額外的資源。使用標(biāo)準(zhǔn)SWD接口即可。優(yōu)點是不需要添加代碼，缺點是速度較慢，一般為1KHz。當(dāng)前調(diào)試均使用HSS模式。3.5.1J-Scope簡介HSS模式支持的內(nèi)核如圖3-39所示。圖3-39HSS模式支持的內(nèi)核3.5.2J-Scope安裝官方地址：/products/debug-probes/j-link/tools/j-scope/。官方地址已找不到下載入口，可在瀏覽器直接檢索setup_jscope_v611m。當(dāng)前可用地址如下：/forum.php?mod=viewthread&tid=86881。J-Scope安裝步驟簡單，默認(rèn)配置即可。安裝過程如下。雙擊圖3-40所示的J-Scope圖標(biāo)，開始安裝，如圖3-41所示，安裝路徑選擇默認(rèn)。圖3-40J-Scope圖標(biāo)圖3-41J-Scope安裝界面J-Scope安裝完成后，出現(xiàn)如圖3-42所示界面。圖3-42J-Scope安裝完成界面勾選RunSEGGER–J-ScopeV6.11m后，會彈出如圖3-43所示的J-Scope演示界面。圖3-43J-Scope演示界面3.6J-Scope調(diào)試方法1）從桌面或開始菜單找到J-Scope快捷方式，如圖3-44所示，雙擊J-Scope圖標(biāo)，打開J-Scope。2）此時會彈出J-Scope新建工程菜單，可先關(guān)閉或開始新建工程。J-Scope新建工程菜單如圖3-45所示。3.6.1打開J-Scope圖3-44J-Scope圖標(biāo)圖3-45J-Scope新建工程菜單3.6.2J-Scope功能區(qū)介紹1.J-Scope的File菜單File菜單及功能如圖3-46所示。2.J-Scope的工具欄J-Scope的工具欄如圖3-47所示。圖3-46File菜單及功能圖3-47J-Scope的工具欄J-Scope工具欄的命令介紹如下：1）

OpenProjectSettings：打開工程配置對話框。2）

ToggleGraphWindow：關(guān)閉圖形窗口，不常用。3）

ToggleWatchWindow：關(guān)閉變量觀察窗口，不常用。4）

Start/ResumeSampling：啟動/重啟采樣（調(diào)試模式）。5）

StopSampling：停止采樣。6）PauseSampling：暫停采樣。7）ZoomIn/Out：放大/縮小圖形。8）TriggerRising/Falling/BothEdge：上升/下降/雙沿觸發(fā)，未使用。9）

Start/Stop/ResetTarget：啟動/暫停/復(fù)位目標(biāo)，未使用。3.變量窗口右鍵菜單變量窗口右鍵菜單如圖3-48所示。圖3-48變量窗口右鍵菜單4.圖形和變量窗口圖形和變量窗口如圖3-49所示。圖3-49圖形和變量窗口3.6.3新建工程1）在File菜單執(zhí)行新建工程命令，如圖3-50所示。圖3-50新建工程命令或者在剛開始打開J-Scope時，彈出的新建工程菜單選擇OK。新建工程界面如圖3-51所示。圖3-51新建工程界面

2）進(jìn)入工程配置界面。以下設(shè)置默認(rèn)即可：連接方式USB，不指定腳本，SWD接口4000kHz，采樣方式HSS，采樣間隔100us。如圖3-52所示。圖3-52工程配置界面3）進(jìn)入目標(biāo)設(shè)備設(shè)置界面。需要設(shè)置目標(biāo)設(shè)備和Elf文件。J-ScopeConfiguration界面如圖3-53所示。圖3-53J-ScopeConfiguration界面4）Device處輸入STM32F407，選中STM32F407ZE，選OK確認(rèn)，如圖3-54所示。這里選擇的目標(biāo)設(shè)備是以STM32F407為核心的呼吸機，所以Device選擇STM32F407ZE。若目標(biāo)設(shè)備使用的是STM32F103ZE，Device選擇STM32F103ZE。圖3-54目標(biāo)設(shè)備設(shè)置界面5）進(jìn)入Elf文件選擇界面，選擇STM32主程序生成的elf或axf文件，如圖3-55所示。圖3-55選擇axf文件界面6）配置完成后，界面如圖3-56所示。圖3-56J-Scope配置完成界面7）點擊OK，會進(jìn)入變量添加界面。3.6.4添加變量1）新建工程完成后會進(jìn)入變量添加界面，也可在變量區(qū)空白處右鍵彈出AddSymbols菜單，如圖3-57所示。圖3-57AddSymbols菜單2）添加變量界面，可以拖動滾動條選擇變量，也可通過下方FilterSymbolsbyname處輸入變量名稱篩選，如圖3-58所示。圖3-58J-ScopeSymbol選擇界面3）添加數(shù)組變量時，需先在AddSymbol框中輸入要查看數(shù)組的索引，然后點擊變量名，下方會出現(xiàn)數(shù)組索引成員，選中即可，如圖3-59所示。圖3-59添加數(shù)組變量4）單個J-Scope工程能添加的變量總數(shù)與J-Link型號有關(guān)。當(dāng)前使用的J-Link最多支持10個變量。超過10個會無法進(jìn)入調(diào)試狀態(tài)。如果監(jiān)測的變量超過10個，可以通過同時運行多個工程實現(xiàn)。鼠標(biāo)指向要刪除的變量，右鍵彈出菜單“RemoveSymbol”或鍵盤按Delete鍵，即可刪除變量。3.6.5保存工程添加/刪除變量、修改工程配置、修改視圖設(shè)置等操作后，J-Scope左上角工程名處會有*示意，如圖3-60所示。點擊File菜單中SaveProject按鈕，保存工程，如圖3-61所示。圖3-60工程有變動界面圖3-61保存工程3.6.6進(jìn)入調(diào)試模式1）連接J-Link到呼吸機主板STM32調(diào)試口，此時J-LinkUSB線不要連接電腦。2）呼吸機主板上電。3）連接J-LinkUSB線到電腦，J-Link指示燈應(yīng)為綠色。4）點擊啟動按鈕，如圖3-62所示。然后進(jìn)入J-Scope調(diào)試模式，如圖3-63所示。圖3-62啟動/停止工具欄圖3-63J-Scope調(diào)試模式調(diào)試模式可看到變量實時波形和變量值，但調(diào)試模式不可以添加、刪除變量。3.6.8停止調(diào)試點擊工具欄可以停止調(diào)試模式，如圖3-64所示。圖3-64停止調(diào)試模式3.6.9查看存儲的變量在圖形和變量區(qū)可看到存儲的變量，如圖3-65所示。圖3-65在圖形和變量區(qū)可看到存儲的變量需要注意的是導(dǎo)入數(shù)據(jù)時的J-Scope工程、加載的axf文件要與存儲時的工程和axf文件保持一致，否則可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)加載混亂。3.7Cortex-M3微控制器軟件接口標(biāo)準(zhǔn)CMSIS目前，軟件開發(fā)已經(jīng)是嵌入式系統(tǒng)行業(yè)公認(rèn)的主要開發(fā)成本，通過將所有Cortex-M芯片供應(yīng)商產(chǎn)品的軟件接口標(biāo)準(zhǔn)化，能有效降低這一成本，尤其是進(jìn)行新產(chǎn)品開發(fā)或者將現(xiàn)有項目或軟件移植到基于不同廠商MCU的產(chǎn)品時。為此，2008年ARM公司發(fā)布了ARMCortex單片機軟件接口標(biāo)準(zhǔn)（CortexMicrocontrollerSoftwareIntrfaceStandard，CMSIS）。ST公司為開發(fā)者提供了標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫，通過使用該標(biāo)準(zhǔn)庫無需深入掌握細(xì)節(jié)便可開發(fā)每一個外設(shè)，減少了用戶編程時間，從而降低開發(fā)成本。同時，標(biāo)準(zhǔn)庫也是學(xué)習(xí)者深入學(xué)習(xí)STM32原理的重要參考工具。3.7.1CMSIS介紹CMSIS軟件架構(gòu)由4層構(gòu)成：用戶應(yīng)用層、操作系統(tǒng)及中間件接口層、CMSIS層和硬件層，如圖3-66所示。圖3-66CMSIS軟件架構(gòu)其中，CMSIS層起著承上啟下的作用：一方面對硬件寄存器層進(jìn)行統(tǒng)一實現(xiàn)，屏蔽不同廠商對Cortex-M系列微處理器核內(nèi)外設(shè)寄存器的不同定義；另一方面又向上層的操作系統(tǒng)及中間件接口層和用戶應(yīng)用層提供接口，簡化應(yīng)用程序開發(fā)，使開發(fā)人員能夠在完全透明的情況下進(jìn)行應(yīng)用程序開發(fā)。CMSIS層主要由以下3部分組成。1）核內(nèi)外設(shè)訪問層CPAL（CorePeripheralAccessLayer）：由ARM公司實現(xiàn)，包括了命名定義、地址定義、存取內(nèi)核寄存器和外圍設(shè)備的協(xié)助函數(shù)，同時定義了一個與設(shè)備無關(guān)的RTOS內(nèi)核接口函數(shù)。2）中間件訪問層MWAL（MiddlewareAccessLayer）：由ARM公司實現(xiàn)，芯片廠商提供更新，主要負(fù)責(zé)定義中間件訪問的應(yīng)用程序編程接口API（ApplicationProgrammingInter-face）函數(shù)，如TCP/IP協(xié)議棧、SD/MMC、USB等協(xié)議。3）設(shè)備外設(shè)訪問層DPAL（DevicePeripheralAccessLayer）：由芯片廠商實現(xiàn)，負(fù)責(zé)對硬件寄存器地址及外設(shè)接口進(jìn)行定義。另外，芯片廠商會對異常向量進(jìn)行擴(kuò)展，以處理相應(yīng)異常。3.7.2STM32F10x標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫STM32標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)庫也稱為固件庫，它是ST公司為嵌入式系統(tǒng)開發(fā)者訪問STM32底層硬件而提供的一個中間函數(shù)接口，即API（ApplicationProgramInterface），由程序、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和宏組成，還包括微控制器所有外設(shè)的性能特征、驅(qū)動描述和應(yīng)用實例。在STM32標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)庫中，每個外設(shè)驅(qū)動都由一組函數(shù)組成，這組函數(shù)覆蓋了外設(shè)驅(qū)動的所有功能?？梢詫TM32標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)庫中的函數(shù)視為對寄存器復(fù)雜配置過程高度封裝后所形成的函數(shù)接口，通過調(diào)用這些函數(shù)接口即可實現(xiàn)對STM32寄存器的配置，從而達(dá)到控制的目的。STM32標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)庫覆蓋了從GPIO端口到定時器，再到CAN、PC、SPI、UART和ADC等所有的標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)，對應(yīng)的函數(shù)源代碼只使用了基本的C編程知識，非常易于理解和使用，并且方便進(jìn)行二次開發(fā)和應(yīng)用。實際上，STM32標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)庫中的函數(shù)只是建立在寄存器與應(yīng)用程序之間的程序代碼，向下對相關(guān)的寄存器進(jìn)行配置，向上為應(yīng)用程序提供配置寄存器的標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)接口。STM32標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)庫的函數(shù)構(gòu)建已由ST公司完成，這里不再詳述。在使用庫函數(shù)開發(fā)應(yīng)用程序時，只要調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)接口即可實現(xiàn)對寄存器的配置，不需要探求底層硬件細(xì)節(jié)即可靈活規(guī)范地使用每個外設(shè)。STM32F10x標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫包括微控制器所有外設(shè)的性能特征，而且包括每一個外設(shè)的驅(qū)動描述和應(yīng)用實例。通過使用該固件函數(shù)庫無需深入掌握細(xì)節(jié)便可開發(fā)每一個外設(shè)，減少了用戶編程時間，從而降低開發(fā)成本。每一個外設(shè)驅(qū)動都由一組函數(shù)組成，這組函數(shù)覆蓋了該外設(shè)的所有功能，每個器件的開發(fā)都由一個通用API驅(qū)動，API對該程序的結(jié)構(gòu)、函數(shù)和參數(shù)名都進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化。因此，對于多數(shù)應(yīng)用程序來說，用戶可以直接使用。對于那些在代碼大小和執(zhí)行速度方面有嚴(yán)格要求的應(yīng)用程序，可以參考固件庫，根據(jù)實際情況進(jìn)行調(diào)整。因此，在掌握了微控制器細(xì)節(jié)之后結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫進(jìn)行開發(fā)將達(dá)到事半功倍的效果。系統(tǒng)相關(guān)的源程序文件和頭文件都以“stm32f10x_”開頭，如stm32f10x.h。外設(shè)函數(shù)的命名以該外設(shè)的縮寫加下劃線開頭，下劃線用以分隔外設(shè)縮寫和函數(shù)名，函數(shù)名的每個單詞的第一個字母大寫，如GPIO_ReadInputDataBit。1.Libraries文件夾下的標(biāo)準(zhǔn)庫的源代碼及啟動文件Libraries文件夾由CMSIS和STM32F10x_StdPeriph_Driver組成，如圖3-67所示。圖3-67Libraries文件結(jié)構(gòu)1）core_cm3.c和core_cm3.h分別是核內(nèi)外設(shè)訪問層（CPAL）的源文件和頭文件，作用是為采用Cortex-M3內(nèi)核的芯片外設(shè)提供進(jìn)入M3內(nèi)核的接口。這兩個文件對其他公司的M3系列芯片也是相同的。2）stm32f10x.h是設(shè)備外設(shè)訪問層（DPAL）的頭文件，包含了STM32F10x全圖3-2STM32的3.5版標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫文件結(jié)構(gòu)系列所有外設(shè)寄存器的定義（寄存器的基地址和布局）、位定義、中斷向量表、存儲空間的地址映射等。3）system_stm32f10x.c和system_stm32f10x.h分別是設(shè)備外設(shè)訪問層（DPAL）的源文件和頭文件，包含了兩個函數(shù)和一個全局變量。函數(shù)SystemInit（）用來初始化系統(tǒng)時鐘（系統(tǒng)時鐘源、PLL倍頻因子、AHB/APBx的預(yù)分頻及其Flash），啟動文件在完成復(fù)位后跳轉(zhuǎn)到main（）函數(shù)之前調(diào)用該函數(shù)。函數(shù)SystemCoreClockUpdate（）用來更新系統(tǒng)時鐘，當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)核時鐘變化后必須執(zhí)行該函數(shù)進(jìn)行更新。全局變量SystemCoreClock包含了內(nèi)核時鐘（HCLK），方便用戶在程序中設(shè)置SysTick定時器和其他參數(shù)。4）startup_stm32f10x_X.s是用匯編寫的系統(tǒng)啟動文件，X代表不同的芯片型號，使用時要與芯片對應(yīng)。啟動文件是任何處理器上電復(fù)位后首先運行的一段匯編程序，為C語言的運行搭建合適的環(huán)境。其主要作用為：設(shè)置初始堆棧指針（SP）；設(shè)置初始程序計數(shù)器（PC）為復(fù)位向量，并在執(zhí)行main（）函數(shù)前調(diào)用SystemInit（）函數(shù)初始化系統(tǒng)時鐘；設(shè)置向量表入口為異常事件的入口地址；復(fù)位后處理器為線程模式，優(yōu)先級為特權(quán)級，堆棧設(shè)置為MSP主堆棧。5）stm32f10x_ppp.c和stm32f10x_ppp.h分別為外設(shè)驅(qū)動源文件和頭文件，ppp代表不同的外設(shè)，使用時將相應(yīng)文件加入工程。其包含了相關(guān)外設(shè)的初始化配置和部分功能應(yīng)用函數(shù)，這部分是進(jìn)行編程功能實現(xiàn)的重要組成部分。6）misc.c和misc.h提供了外設(shè)對內(nèi)核中的嵌套向量中斷控制器NVIC的訪問函數(shù)，在配置中斷時，必須把這兩個文件加到工程中。2.Project文件夾下是采用標(biāo)準(zhǔn)庫寫的一些工程模板和例子Project由STM32F10x_StdPeriphTemplate和STM32F10x_StdPeriph_Examples組成。在STM32F10x_StdPeriph_Template中有3個重要文件:stm32f10x_it.c、stm32fl0x_it.h和stm32f10x_conf.h。1）stm32f10x_it.c和stm32f10x_it.h是用來編寫中斷服務(wù)函數(shù)的，其中已經(jīng)定義了一些系統(tǒng)異常的接口，其他普通中斷服務(wù)函數(shù)要自己添加，中斷服務(wù)函數(shù)的接口在啟動文件中已經(jīng)寫好。2）stm32f10x_conf.h文件被包含進(jìn)stm32f10x.h文件，用來配置使用了哪些外設(shè)的頭文件，用這個頭文件可以方便地增加和刪除外設(shè)驅(qū)動函數(shù)。為了更好地使用標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫進(jìn)行程序設(shè)計，除了掌握標(biāo)準(zhǔn)庫的文件結(jié)構(gòu)，還必須掌握其體系結(jié)構(gòu)，將這些文件對應(yīng)到CMSIS標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)上。標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫體系結(jié)構(gòu)如圖3-68所示。圖3-68描述了庫文件之間的包含調(diào)用關(guān)系，在使用標(biāo)準(zhǔn)庫開發(fā)時，把位于CMSIS層的文件添加到工程中不用修改，用戶只需根據(jù)需要修改用戶層的文件便可以進(jìn)行軟件開發(fā)。德國Keil公司于2007年推出嵌入式開發(fā)工具M(jìn)DK（MicrocontrollerDevelopmentKit），集成了業(yè)內(nèi)最領(lǐng)先的技術(shù)，包括μVision

集成開發(fā)環(huán)境與RealView

編譯器RVCT，適合不同層次的開發(fā)者使用，包括專業(yè)的應(yīng)用程序開發(fā)工程師和嵌入式軟件開發(fā)的入門者。圖3-68標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫體系結(jié)構(gòu)STM32固件庫文件介紹如下：1）匯編編寫的啟動文件startup_stm32f10x_hd.s:設(shè)置堆棧指針、設(shè)置PC指針、初始化中斷向量表、配置系統(tǒng)時鐘。2）時鐘配置文件system_stm32f10x.c：把外部時鐘HSE=8M，經(jīng)過PLL倍頻為72MHz。3）外設(shè)相關(guān)的文件stm32f10x.h：實現(xiàn)了內(nèi)核之外的外設(shè)的寄存器映射；xxx：GPIO、USRAT、I2C、SPI、FSMC；stm32f10x_xx.c：外設(shè)的驅(qū)動函數(shù)庫文件；stm32f10x_xx.h：存放外設(shè)的初始化結(jié)構(gòu)體，外設(shè)初始化結(jié)構(gòu)體成員的參數(shù)列表，外設(shè)固件庫函數(shù)的聲明。4）內(nèi)核相關(guān)的文件CMSIS-Cortex微控制器軟件接口標(biāo)準(zhǔn)；core_cm3.h：實現(xiàn)了內(nèi)核里面外設(shè)的寄存器映射；core_cm3.c：內(nèi)核外設(shè)的驅(qū)動固件庫；NVIC(嵌套向量中斷控制器)、SysTick（系統(tǒng)滴答定時器）；misc.h；misc.c。5）頭文件的配置文件stm32f10x_conf.h：頭文件的頭文件；//stm32f10x_usart.h；//stm32f10x_i2c.h；//stm32f10x_spi.h；//stm32f10x_adc.h；//stm32f10x_fsmc.h；

......6）專門存放中斷服務(wù)函數(shù)的C文件stm32f10x_it.c；stm32f10x_it.h。中斷服務(wù)函數(shù)可以隨意放在其他的地方，并不是一定要放在stm32f10x_it.c#include"stm32f10x.h"http://相當(dāng)于51單片機中的#include<reg51.h>intmain(void){ //主程序}3.8STM32F103開發(fā)板的選擇本書應(yīng)用實例是在野火F103-指南者開發(fā)板上調(diào)試通過的，該開發(fā)板可以在淘寶上購買，價格因模塊配置的區(qū)別而不同，價格在260元~700元之間。野火F103-指南者實驗平臺使用STM32F103VET6作為主控芯片，使用3.2寸液晶屏進(jìn)行交互?？赏ㄟ^WIFI的形式接入互聯(lián)網(wǎng)，支持使用串口(TTL)、485、CAN、USB協(xié)議與其它設(shè)備通訊，板載FLASH、EEPROM存儲器、全彩RGBLED燈，還提供了各式通用接口，能滿足各種各樣的學(xué)習(xí)需求。野火F103-指南者開發(fā)板如圖3-69所示。野火F103-指南者開發(fā)板硬件資源描述如圖3-70所示。圖3-69野火F103-指南者開發(fā)板圖3-70野火F103-指南者開發(fā)板硬件資源描述圖野火F103-指南者開發(fā)板主要資源如下：1）系統(tǒng)主控芯片：STM32F103VET6，具有512kBFlash，64kBSRAM，系統(tǒng)時鐘72MHz，LQFP100封裝。2）通信①WIFI：ESP8266模組，硬件TCP/IP協(xié)議，板載天線。②USB轉(zhuǎn)串口通信：CH340，帶MiniUSB接口。③USB通信：MiniUSB接口。④紅外通信：紅外接收頭接口。⑤2.4G通信：NRF24L01模塊接口。3）交互①顯示：FSMC液晶屏接口。支持(1)3.2寸屏，ILI9341芯片，240*320分辨率，可選電阻或電容觸摸屏；(2)5寸屏，800*480分辨率，5點電容屏。②1個全彩RGB燈。③3個實體按鍵，1個電容式按鍵。④有源蜂鳴器。4）存儲器①SPIFLASH：W25Q64，8M字節(jié)。②EEPROM：AT24C02，256字節(jié)。③SD卡：MicroSD卡接口，最大支持32G容量。

5）程序下載①JTAG接口：支持JLink、ULink、STLink下載器。②SWD接口：支持ARM-OB下載器。③ISP下載接口：即USB轉(zhuǎn)串口通訊接口，支持串口下載程序。6）傳感器①可調(diào)電阻：100K電位器。②溫濕度：DHT11、DS18B20接口。③攝像頭：攝像頭接口，可驅(qū)動OV7725。7）電源①5V供電：即2個MicroUSB接口，它們均可用作5V供電。②1個電源開關(guān)，1個自恢復(fù)保險絲。8）其它板子右側(cè)集中引出芯片IIC、SPI、SDIO、USART等通訊接口的引腳，方便自主外擴(kuò)開發(fā)。3.9STM32仿真器的選擇開發(fā)板可以采用ST-Link、J-Link或野火fireDAP下載器（符合CMSIS-DAPDebugger規(guī)范）下載程序。CMSIS-DAP是支持訪問CoreSight

調(diào)試訪問端口（DAP）的固件規(guī)范和實現(xiàn)，以及各種Cortex處理器提供CoreSight調(diào)試和跟蹤。如今眾多Cortex-M處理器能這么方便調(diào)試，在于有一項基于ArmCortex-M處理器設(shè)備的CoreSight技術(shù)，該技術(shù)引入了強大的新調(diào)試（Debug）和跟蹤（Trace）功能。CoreSight兩個主要功能就是調(diào)試和跟蹤功能。1）調(diào)試功能運行處理器的控制，允許啟動和停止程序；單步調(diào)試源碼和匯編代碼；在處理器運行時設(shè)置斷點；即時讀取/寫入存儲器內(nèi)容和外設(shè)寄存器；編程內(nèi)部和外部FLASH存儲器。2）跟蹤功能串行線查看器（SWV）提供程序計數(shù)器（PC）采樣，數(shù)據(jù)跟蹤，事件跟蹤和儀器跟蹤信息；指令（ETM）跟蹤直接流式傳輸?shù)絇C，從而實現(xiàn)歷史序列的調(diào)試，軟件性能分析和代碼覆蓋率分析。野火fireDAP高速仿真器如圖3-71所示。J-Link仿真器如圖3-72所示。圖3-71野火fireDAP高速仿真器圖3-72J-Link仿真器

第4章中斷系統(tǒng)本章講述了中斷系統(tǒng)，包括中斷的基本概念、STM32F103中斷系統(tǒng)、STM32F103外部中斷／事件控制器EXTI、STM32F10x的庫函數(shù)、外部中斷使用流程和外部中斷設(shè)計實例。4.1中斷的基本概念在實際的應(yīng)用系統(tǒng)中，嵌入式單片機STM32可能與各種各樣的外部設(shè)備相連接。這些外設(shè)的結(jié)構(gòu)形式、信號種類與大小、工作速度等差異很大，因此，需要有效的方法使單片機與外部設(shè)備協(xié)調(diào)工作。通常單片機與外設(shè)交換數(shù)據(jù)有三種方式：無條件傳輸方式、程序查詢方式以及中斷方式。1.無條件傳輸方式單片機無須了解外部設(shè)備狀態(tài)，當(dāng)執(zhí)行傳輸數(shù)據(jù)指令時直接向外部設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)，因此適合于快速設(shè)備或者狀態(tài)明確的外部設(shè)備。2.程序查詢方式控制器主動對外部設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行查詢，依據(jù)查詢狀態(tài)傳輸數(shù)據(jù)。查詢方式常常使單片機處于等待狀態(tài)，同時也不能做出快速響應(yīng)。因此，在單片機任務(wù)不太繁忙，對外部設(shè)備響應(yīng)速度要求不高的情況下常采用這種方式。3.中斷方式外部設(shè)備主動向單片機發(fā)送請求，單片機接到請求后立即中斷當(dāng)前工作，處理外部設(shè)備的請求，處理完畢后繼續(xù)處理未完成的工作。這種傳輸方式提高了STM32微處理器的利用率，并且對外部設(shè)備有較快的響應(yīng)速度。因此，中斷方式更加適應(yīng)實時控制的需要。4.1.1中斷的定義在計算機執(zhí)行程序的過程中，CPU暫時中止其正在執(zhí)行的程序，轉(zhuǎn)去執(zhí)行請求中斷的那個外設(shè)或事件的服務(wù)程序，等處理完畢后再返回執(zhí)行原來中止的程序，叫作中斷。1.提高CPU工作效率在早期的計算機系統(tǒng)中，CPU工作速度快，外設(shè)工作速度慢，形成CPU等待，效率降低。設(shè)置中斷后，CPU不必花費大量的時間等待和查詢外設(shè)工作，例如，計算機和打印機連接，計算機可以快速地傳送一行字符給打印機（由于打印機存儲容量有限，一次不能傳送很多），打印機開始打印字符，CPU可以不理會打印機，處理自己的工作，待打印機打印該行字符完畢，發(fā)給CPU一個信號，CPU產(chǎn)生中斷，中斷正在處理的工作，轉(zhuǎn)而再傳送一行字符給打印機，這樣在打印機打印字符期間（外設(shè)慢速工作），CPU可以不必等待或查詢，自行處理自己的工作，從而大大提高了CPU工作效率。4.1.2中斷的應(yīng)用2.具有實時處理功能實時控制是微型計算機系統(tǒng)特別是單片機系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域的一個重要任務(wù)。在實時控制系統(tǒng)中，現(xiàn)場各種參數(shù)和狀態(tài)的變化是隨機發(fā)生的，要求CPU能做出快速響應(yīng)、及時處理。有了中斷系統(tǒng)，這些參數(shù)和狀態(tài)的變化可以作為中斷信號，使CPU中斷，在相應(yīng)的中斷服務(wù)程序中及時處理這些參數(shù)和狀態(tài)的變化。3.具有故障處理功能單片機應(yīng)用系統(tǒng)在實際運行中，常會出現(xiàn)一些故障。例如，電源突然掉電、硬件自檢出錯、運算溢出等。利用中斷，就可執(zhí)行處理故障的中斷程序服務(wù)。例如，電源突然掉電，由于穩(wěn)壓電源輸出端接有大電容，從電源掉電至大電容的電壓下降到正常工作電壓之下，一般有幾ms～幾百ms的時間。這段時間內(nèi)若使CPU產(chǎn)生中斷，在處理掉電的中斷服務(wù)程序中將需要保存的數(shù)據(jù)和信息及時轉(zhuǎn)移到具有備用電源的存儲器中，待電源恢復(fù)正常時再將這些數(shù)據(jù)和信息送回到原存儲單元之中，返回中斷點繼續(xù)執(zhí)行原程序。4.實現(xiàn)分時操作單片機應(yīng)用系統(tǒng)通常需要控制多個外設(shè)同時工作。例如，鍵盤、打印機、顯示器、A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器等，這些設(shè)備的工作有些是隨機的，有些是定時的，對于一些定時工作的外設(shè)，可以利用定時器，到一定時間產(chǎn)生中斷，在中斷服務(wù)程序中控制這些外設(shè)工作。例如，動態(tài)掃描顯示，每隔一定時間會更換顯示字位碼和字段碼。此外，中斷系統(tǒng)還能用于程序調(diào)試、多機連接等。因此，中斷系統(tǒng)是計算機中重要的組成部分?？梢哉f，有了中斷系統(tǒng)后，計算機才能比原來無中斷系統(tǒng)的早期計算機演繹出多姿多彩的功能。1.中斷源中斷源是指能引發(fā)中斷的事件。通常，中斷源都與外設(shè)有關(guān)。在前面講述的朋友來訪的例子中，門鈴的鈴聲是一個中斷源，它由門鈴這個外設(shè)發(fā)出，告訴主人（CPU）有客來訪（事件），并等待主人（CPU）響應(yīng)和處理（開門接待客人）。計算機系統(tǒng)中，常見的中斷源有按鍵、定時器溢出、串口收到數(shù)據(jù)等，與此相關(guān)的外設(shè)有鍵盤、定時器和串口等。每個中斷源都有它對應(yīng)的中斷標(biāo)志位，一旦該中斷發(fā)生，它的中斷標(biāo)志位就會被置位。如果中斷標(biāo)志位被清除，那么它所對應(yīng)的中斷便不會再被響應(yīng)。所以，一般在中斷服務(wù)程序最后要將對應(yīng)的中斷標(biāo)志位清零，否則將始終響應(yīng)該中斷，不斷執(zhí)行該中斷服務(wù)程序。4.1.3中斷源與中斷屏蔽2.中斷屏蔽中斷屏蔽是中斷系統(tǒng)一個十分重要的功能。在計算機系統(tǒng)中，程序設(shè)計人員可以通過設(shè)置相應(yīng)的中斷屏蔽位，禁止CPU響應(yīng)某個中斷，從而實現(xiàn)中斷屏蔽。在微控制器的中斷控制系統(tǒng)，對一個中斷源能否響應(yīng)，一般由“中斷允計總控制位”和該中斷自身的“中斷允許控制位”共同決定。這兩個中斷控制位中的任何一個被關(guān)閉，該中斷就無法響應(yīng)。中斷屏蔽的目的是保證在執(zhí)行一些關(guān)鍵程序時不響應(yīng)中斷，以免造成延遲而引起錯誤。在中斷系統(tǒng)中，通常將CPU處在正常情況下運行的程序稱為主程序，把產(chǎn)生申請中斷信號的事件稱為中斷源，由中斷源向CPU所發(fā)出的申請中斷信號稱為中斷請求信號，CPU接收中斷請求信號停止現(xiàn)行程序的運行而轉(zhuǎn)向為中斷服務(wù)稱為中斷響應(yīng)，為中斷服務(wù)的程序稱為中斷服務(wù)程序或中斷處理程序。現(xiàn)行程序被打斷的地方稱為斷點，執(zhí)行完中斷服務(wù)程序后返回斷點處繼續(xù)執(zhí)行主程序稱為中斷返回。這個處理過程稱為中斷處理過程，如圖4-1所示，其大致可以分為四步：中斷請求、中斷響應(yīng)、中斷服務(wù)和中斷返回。4.1.4中斷處理過程圖4-1中斷處理過程示意圖1.中斷優(yōu)先級計算機系統(tǒng)中的中斷往往不止一個，那么，對于多個同時發(fā)生的中斷或者嵌套發(fā)生的中斷，CPU又該如何處理？應(yīng)該先響應(yīng)哪一個中斷?為什么?答案就是設(shè)定中斷優(yōu)先級。計算機系中的中斷源眾多，它們也有輕重緩急之分，這種分級就被稱為中斷優(yōu)先級。一般來說，各個中斷源的優(yōu)先級都有事先規(guī)定。通常，中斷的優(yōu)先級是根據(jù)中斷的實時性、重要性和軟件處理的方便性預(yù)先設(shè)定的。當(dāng)同時有多個中斷請求產(chǎn)生時，CPU會先響應(yīng)優(yōu)先級較高的中斷請求。由此可見，優(yōu)先級是中斷響應(yīng)的重要標(biāo)準(zhǔn)，也是區(qū)分中斷的重要標(biāo)志。4.1.5中斷優(yōu)先級與中斷嵌套2.中斷嵌套中斷優(yōu)先級除了用于并發(fā)中斷中，還用于嵌套中斷中。在計算機系統(tǒng)中，中斷嵌套是指當(dāng)系統(tǒng)正在執(zhí)行一個中斷服務(wù)時又有新的中斷事件發(fā)生而產(chǎn)生了新的中斷請求。此時，CPU如何處理取決于新舊兩個中斷的優(yōu)先級。當(dāng)新發(fā)生的中斷的優(yōu)先級高于正在處理的中斷時，CPU將終止執(zhí)行優(yōu)先級較低的當(dāng)前中斷處理程序，轉(zhuǎn)去處理新發(fā)生的，優(yōu)先級較高的中斷，處理完畢才返回原來的中斷處理程序繼續(xù)執(zhí)行。通俗地說，中斷嵌套其實就是更高一級的中斷“加塞”，當(dāng)CPU正在處理中斷時，又接收了更緊急的另一件“急件”，轉(zhuǎn)而處理更高一級的中斷的行為。4.2STM32F103中斷系統(tǒng)在了解了中斷相關(guān)基礎(chǔ)知識后，下面從中斷控制器、中斷優(yōu)先級、中斷向量表和中斷服務(wù)程序4個方面來分析STM32F103微控制器的中斷系統(tǒng)，最后介紹設(shè)置和使用STM32F103中斷系統(tǒng)的全過程。嵌套向量中斷控制器，簡稱NVIC，是ARMCortex-M3不可分離的一部分，它與M3內(nèi)核的邏輯緊密耦合，有一部分甚至水乳交融在一起。NVIC與Cortex-M3內(nèi)核相輔相成，里應(yīng)外合，共同完成對中斷的響應(yīng)。ARMCortex-M3內(nèi)核共支持256個中斷，其中16個內(nèi)部中斷，240個外部中斷和可編程的256級中斷優(yōu)先級的設(shè)置。STM32目前支持的中斷共84個（16個內(nèi)部＋68個外部），還有16級可編程的中斷優(yōu)先級。STM32可支持68個中斷通道，已經(jīng)固定分配給相應(yīng)的外部設(shè)備，每個中斷通道都具備自己的中斷優(yōu)先級控制字節(jié)（8位，但是STM32中只使用4位，高4位有效），每4個通道的8位中斷優(yōu)先級控制字構(gòu)成一個32位的優(yōu)先級寄存器。68個通道的優(yōu)先級控制字至少構(gòu)成17個32位的優(yōu)先級寄存器。4.2.1嵌套向量中斷控制器NVIC中斷優(yōu)先級決定了一個中斷是否能被屏蔽，以及在未屏蔽的情況下何時可以響應(yīng)。優(yōu)先級的數(shù)值越小，則優(yōu)先級越高。STM32（Cortex-M3）中有兩個優(yōu)先級的概念：搶占式優(yōu)先級和響應(yīng)優(yōu)先級，也把響應(yīng)優(yōu)先級稱作“亞優(yōu)先級”或“副優(yōu)先級”，每個中斷源都需要被指定這兩種優(yōu)先級。1.何為搶占式優(yōu)先級（preemptionpriority）高搶占式優(yōu)先級的中斷事件會打斷當(dāng)前的主程序／中斷程序運行，俗稱中斷嵌套。4.2.2STM32F103中斷優(yōu)先級2.何為響應(yīng)優(yōu)先級（subpriority）在搶占式優(yōu)先級相同的情況下，高響應(yīng)優(yōu)先級的中斷優(yōu)先被響應(yīng)。在搶占式優(yōu)先級相同的情況下，如果有低響應(yīng)優(yōu)先級中斷正在執(zhí)行，高響應(yīng)優(yōu)先級的中斷要等待已被響應(yīng)的低響應(yīng)優(yōu)先級中斷執(zhí)行結(jié)束后才能得到響應(yīng)（不能嵌套）。3.判斷中斷是否會被響應(yīng)的依據(jù)首先是搶占式優(yōu)先級，其次是響應(yīng)優(yōu)先級。搶占式優(yōu)先級決定是否會有中斷嵌套。4．優(yōu)先級沖突的處理具有高搶占式優(yōu)先級的中斷可以在具有低搶占式優(yōu)先級的中斷處理過程中被響應(yīng)，即中斷的嵌套，或者說高搶占式優(yōu)先級的中斷可以嵌套低搶占式優(yōu)先級的中斷。當(dāng)兩個中斷源的搶占式優(yōu)先級相同時，這兩個中斷將沒有嵌套關(guān)系，當(dāng)一個中斷到來后，如果正在處理另一個中斷，這個后到來的中斷就要等到前一個中斷處理完之后才能被處理。如果這兩個中斷同時到達(dá)，則中斷控制器根據(jù)它們的響應(yīng)優(yōu)先級高低來決定先處理一個；如果它們的搶占式優(yōu)先級和響應(yīng)優(yōu)先級都相等，則根據(jù)它們在中斷表中的排位順序決定先處理哪一個。5.STM32中對中斷優(yōu)先級的定義STM32中指定中斷優(yōu)先級的寄存器位有4位，這4個寄存器位的分組方式如下：1）第0組：所有4位用于指定響應(yīng)優(yōu)先級。2）第1組：最高1位用于指定搶占式優(yōu)先級，最低3位用于指定響應(yīng)優(yōu)先級。3）第2組：最高2位用于指定搶占式優(yōu)先級，最低2位用于指定響應(yīng)優(yōu)先級。4）第3組：最高3位用于指定搶占式優(yōu)先級，最低1位用于指定響應(yīng)優(yōu)先級。5）第4組：所有4位用于指定搶占式優(yōu)先級。優(yōu)先級分組方式所對應(yīng)的搶占式優(yōu)先級和響應(yīng)優(yōu)先級寄存器位數(shù)和所表示的優(yōu)先級數(shù)如圖4-2所示。圖4-2STM32F103優(yōu)先級位數(shù)和級數(shù)分配圖中斷向量表是中斷系統(tǒng)中非常重要的概念。它是一塊存儲區(qū)域，通常位于存儲器的地址處，在這塊區(qū)域上按中斷號從小到大依次存放著所有中斷處理程序的入口地址。當(dāng)某中斷產(chǎn)生且經(jīng)判斷其未被屏蔽，CPU會根據(jù)識別到的中斷號到中斷向量表中找到該中斷的所在表項，取出該中斷對應(yīng)的中斷服務(wù)程序的入口地址，然后跳轉(zhuǎn)到該地址執(zhí)行STM32F103產(chǎn)品的中斷向量表如書中表4-1所示。4.2.3STM32F103中斷向量表中斷服務(wù)程序，在結(jié)構(gòu)上與函數(shù)非常相似。但是不同的是，函數(shù)一般有參數(shù)有返回值，并在應(yīng)用程序中被人為顯式地調(diào)用執(zhí)行，而中斷服務(wù)程序一般沒有參數(shù)也沒有返回值，并只有中斷發(fā)生時才會被自動隱式地調(diào)用執(zhí)行。每個中斷都有自己的中斷服務(wù)程序，用來記錄中斷發(fā)生后要執(zhí)行的真正意義上的處理操作。STM32F103所有的中斷服務(wù)函數(shù)在該微控制器所屬產(chǎn)品系列的啟動代碼文件startup_stm32f10x_xx.s中都有預(yù)定義，通常以PPP_IRQHandler命名，其中PPP是對應(yīng)的外設(shè)名。用戶開發(fā)自己的STM32F103應(yīng)用時可在文件stm32f10x_it.c中使用C語言編寫函數(shù)重新定義之。程序在編譯、鏈接生成可執(zhí)行程序階段，會使用用戶自定義的同名中斷服務(wù)程序替代啟動代碼中原來默認(rèn)的中斷服務(wù)程序。4.2.4STM32F103中斷服務(wù)函數(shù)尤其需要注意的是，在更新STM32F103中斷服務(wù)程序時，必須確保STM32F103中斷服務(wù)程序文件（stm32f10x_it.c）中的中斷服務(wù)程序名（如EXTII_IRQHandler）和啟動代碼文件（startup_stm32f10x_xx.s）中的中斷服務(wù)程序名（EXTI1_IRQHandler）相同，否則在生成可執(zhí)行文件時無法使用用戶自定義的中斷服務(wù)程序替換原來默認(rèn)的中斷服務(wù)程序。4.3STM32F103外部中斷／事件控制器EXTISTM32F103微控制器的外部中斷/事件控制器（EXTI）由19個產(chǎn)生事件／中斷請求邊沿檢測器組成，每個輸入線可以獨立地配置輸入類型（脈沖或掛起）和對應(yīng)的觸發(fā)事件升沿或下降沿或者雙邊沿都觸發(fā)）。每個輸入線都可以獨立地被屏蔽。掛起寄存器保持狀態(tài)線的中斷請求。4.3.1STM32EXTI內(nèi)部結(jié)構(gòu)在STM32F103微控制器中，外部中斷／事件控制器EXTI，由19根外部輸入線、19個生中斷／事件請求的邊沿檢測器和APB外設(shè)接口等部分組成，如圖4-3所示。圖4-3STM32F103外部中斷／事件控制器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖1.外部中斷與事件輸入從圖4-3可以看出，STM32F103外部中斷／事件控制器EXTI內(nèi)部信號線上畫有一斜線，旁邊標(biāo)有19，表示這樣的線路共有19套。與此對應(yīng)，EXTI的外部中斷／事件輸入線也有19根，分別是EXTI0、EXTI1~EXTI18。除了EXTI16（PVD輸出）、EXTI17（RTC鬧鐘）和EXTI18（USB喚醒）外，其他16根外部信號輸入線EXTI0、EXTI1~EXTI15可以分別對應(yīng)于STM32F103微控制器的16個引腳Px0、Px1··Px15，其中x為A、B、C、D、E、F、G。STM32F103微控制器最多有112個引腳，可以以下方式連接到16根外部中斷／事件輸入線上，如圖4-4所示，任一端口的0號引腳（如PA0、PB0~PG0）映射到EXTI的外部中斷／事件輸入線EXTI0上，任一端口的1號腳（如PA1、PB1~PG1）映射到EXTI的外部中斷／事件輸入線。EXTI1上，以此類推，任一端口的15號引腳（如PA15、PB15~PG15）映射到EXTI的外部中斷／事件輸入線EXTI15上。需要注意的是，在同一時刻，只能有一個端口的n號引腳映射到EXTI對應(yīng)的外部中斷／事件輸入線EXTIn上，n取0~15。另外，如果將STM32F103的I/O引腳映射為EXTI的外部中斷/事件輸入線，必須將該引腳設(shè)置為輸入模式。圖4-4STM32F103外部中斷/事件輸入線映像2.APB外設(shè)接口圖4-3上部的APB外設(shè)模塊接口是STM32F103微控制器每個功能模塊都有的部分，CPU通過這樣的接口訪問各個功能模塊。尤其需要注意的是，如果使用STM32F103引腳的外部中斷／事件映射功能，必須打開APB2總線上該引腳對應(yīng)端口的時鐘以及AFIO功能時鐘。3.邊沿檢測器EXTI中的邊沿檢測器共有19個，用來連接19個外部中斷／事件輸入線，是EXTI的主體部分。每個邊沿檢測器由邊沿檢測電路、控制寄存器、門電路和脈沖發(fā)生器等部分組成。1.外部中斷/事件請求的產(chǎn)生和傳輸從圖4-3可以看出，外部中斷/事件請求的產(chǎn)生和傳輸過程如下：1）外部信號從編號1的STM32F103微控制器引腳進(jìn)入。2）經(jīng)過邊沿檢測電路，這個邊沿檢測電路受到上升沿觸發(fā)選擇寄存器和下降沿觸發(fā)選擇寄存器控制，用戶可以配置這兩個寄存器選擇在哪一個邊沿產(chǎn)生中斷／事件，由于選擇上升或下降沿分別受兩個平行的寄存器控制，所以用戶還可以在雙邊沿（即同時選擇上升沿和下降沿）都產(chǎn)生中斷／事件。4.3.2STM32EXTI工作原理3）經(jīng)過編號3的或門，這個或門的另一個輸入是中斷／事件寄存器，由此可見，軟件可以優(yōu)先于外部信號產(chǎn)生一個中斷／事件請求，即當(dāng)軟件中斷／事件寄存器對應(yīng)位為1時，不管外部信號如何，編號3的或門都會輸出有效的信號。到此為止，無論是中斷或事件，外部請求信號的傳輸路徑都是一致的。4）外部請求信號進(jìn)入編號4的與門，這個與門的另一個輸入是事件屏蔽寄存器。如果事件屏蔽寄存器的對應(yīng)位為0，則該外部請求信號不能傳輸?shù)脚c門的另一端，從而實現(xiàn)對某個外部事件的屏蔽；如果事件屏蔽寄存器的對應(yīng)位為1，則與門產(chǎn)生有效的輸出并送至編號5的脈沖發(fā)生器。脈沖發(fā)生器把一個跳變的信號轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€單脈沖，輸出到STM32F103微控制器的其他功能模塊。以上是外部事件請求信號傳輸路徑。5）外部請求信號進(jìn)入掛起請求寄存器，掛起請求寄存器記錄了外部信號的電平變化。外部請求信號經(jīng)過掛起請求寄存器后，最后進(jìn)入編號6的與門。這個與門的功能和編號4的與門類似，用于引入中斷屏蔽寄存器的控制。只有當(dāng)中斷屏蔽寄存器的對應(yīng)位為1時，該外部請求信號才被送至Cortex-M3內(nèi)核的NVIC中斷控制器，從而發(fā)出一個中斷請求，否則，屏蔽之。以上是外部中斷請求信號的傳輸路徑。2.事件與中斷由上面講述的外部中斷/事件請求信號的產(chǎn)生和傳輸過程可知，從外部激勵信號看，中斷和事件的請求信號沒有區(qū)別，只是在STM32F103微控制器內(nèi)部將它們分開。1）一路信號（中斷）會被送至NVIC向CPU產(chǎn)生中斷請求，至于CPU如何響應(yīng)，由用戶編寫或系統(tǒng)默認(rèn)的對應(yīng)的中斷服務(wù)程序決定。2）另一路信號（事件）會向其他功能模塊（如定時器、USART、DMA等）發(fā)送脈沖觸發(fā)信號，至于其他功能模塊會如何響應(yīng)這個脈沖觸發(fā)信號，則由對應(yīng)的模塊自己決定。STM32F103微控制器的外部中斷／事件控制器EXTI，具有以下主要特性：1）每個外部中斷／事件輸入線都可以獨立地配置它的觸發(fā)事件（上升沿、下降沿或雙邊沿），并能夠單獨地被屏蔽。2）每個外部中斷都有專用的標(biāo)志位（請求掛起寄存器），保持著它的中斷請求。3）可以將多達(dá)112個通用1/O引腳映射到16個外部中斷/事件輸入線上。4）可以檢測脈沖寬度低于APB2時鐘寬度的外部信號。4.3.3EXTI主要特性4.4STM32F10x的中斷系統(tǒng)庫函數(shù)STM32中斷系統(tǒng)是通過一個嵌套向量中斷控制器（NVIC）進(jìn)行中斷控制的，使用中斷要先對NVIC進(jìn)行配置。STM32標(biāo)準(zhǔn)庫中提供了NVIC相關(guān)操作函數(shù)，如表4-2所示。表4-2NVIC庫函數(shù)函數(shù)名描述NVIC_Delnit將外設(shè)NVIC寄存器重設(shè)為默認(rèn)值NVIC_SCBDelnit將外設(shè)SCB寄存器重設(shè)為默認(rèn)值NVIC_PriorityGroupConfig設(shè)置優(yōu)先級分組：搶占優(yōu)先級和響應(yīng)優(yōu)先級NVIC_Init根據(jù)NVIC_InitStruct中指定的參數(shù)初始化外設(shè)NVIC寄存器NVIC_StructInit把NVIC_InitStnuct中的每一個參數(shù)按默認(rèn)值填入NVIC_SETPRIMASK使能PRIMASK優(yōu)先級：提升執(zhí)行優(yōu)先級至0NVIC_RESETPRIMASK失能PRIMASK優(yōu)先級NVIC_SETFAULTMASK使能FAULTMASK優(yōu)先級：提升執(zhí)行優(yōu)先級至-1NVIC_RESETFAULTMASK失能FAULTMASK優(yōu)先級NVIC_BASEPRICONFIG改變執(zhí)行優(yōu)先級從N（最低可設(shè)置優(yōu)先級）提升至1NVIC_GetBASEPRI返回BASEPRI屏蔽值NVIC_GetCurrentPendingIRQChannel返回當(dāng)前待處理IRQ標(biāo)識符NVIC_GetIRQChannelPendingBitStatus檢查指定的IRQ通道待處理位設(shè)置與否表4-2NVIC庫函數(shù)（續(xù)表）函數(shù)名描述NVIC_SetIRQChannelPendingBit設(shè)置指定的IRQ通道待處理位NVIC_ClearIRQChannelPendingBit清除指定的IRQ通道待處理位NV