高職單片機(jī)中斷知識(shí)教學(xué)與實(shí)踐研究

王雪

摘要：文章針對(duì)高職物聯(lián)網(wǎng)學(xué)生的特點(diǎn)，對(duì)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(jì)，指出了中斷部分內(nèi)容的重要性，介紹了中斷優(yōu)先級(jí)相關(guān)的重點(diǎn)講解內(nèi)容，并采用項(xiàng)目式教學(xué)的方式，帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行實(shí)踐操作，并設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)過(guò)程和代碼。

關(guān)鍵詞：ARM；中斷；優(yōu)先級(jí)

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(duì)復(fù)雜，涉及內(nèi)核，編程和硬件連接多個(gè)方面，對(duì)于高職層面學(xué)生來(lái)說(shuō)，如何整合好課程內(nèi)容，如何策略性的講授課程，對(duì)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(jí)兩個(gè)重要概念。在上課過(guò)程中，采用舉例的方式效果比較好。例如：在教師上課過(guò)程中，有一個(gè)學(xué)生遲到了，在敲門(mén)進(jìn)入教室的過(guò)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(guò)程中，突然有一個(gè)學(xué)生生病了，又產(chǎn)生了一個(gè)新的中斷。教師會(huì)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(jí)[2]。在舉例過(guò)程中，帶出了中斷概念優(yōu)先級(jí)的概念，并詳細(xì)講解優(yōu)先級(jí)方面的詳細(xì)知識(shí)。首先要從宏觀上講解中斷基礎(chǔ)知識(shí)[3]。

（1）在CM3的體系結(jié)構(gòu)中，共計(jì)設(shè)有256個(gè)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(gè)。對(duì)于每一個(gè)中斷，均可設(shè)置相關(guān)優(yōu)先級(jí)，故CM3可以控制256級(jí)中斷設(shè)置。（2）STM32作為意法半導(dǎo)體公司針對(duì)CM3訂制的芯片，根據(jù)應(yīng)用市場(chǎng)需要，并沒(méi)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(gè)中斷，同樣分為外部中斷和內(nèi)部中斷，分別為16和68個(gè)，中斷優(yōu)先級(jí)分級(jí)處理，共有16個(gè)等級(jí)。（4）在STM32F103系列中，設(shè)置了60個(gè)外部中斷，同時(shí)也是可屏蔽中斷。

中斷的優(yōu)先級(jí)是一個(gè)重要的概念，如表1所示。

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

3 實(shí)驗(yàn)過(guò)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(huì)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(gè)非常重要的技術(shù)，解決了CPU管腳不夠用的問(wèn)題，也使開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)靈活性更好。在復(fù)用前，要開(kāi)啟相關(guān)外圍器件的時(shí)鐘功能，同時(shí)開(kāi)啟相關(guān)GPIO引腳的時(shí)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(duì)應(yīng)關(guān)系。

3.3 中斷設(shè)置

中斷的產(chǎn)生需要幾個(gè)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(xiě)。（3）中斷優(yōu)先級(jí)的設(shè)置。（4）上升沿或者下降沿觸發(fā)。（5）NVIC所對(duì)應(yīng)的中斷入口函數(shù)名稱。（6）中斷向量表。（7）中斷號(hào)的查詢。這些條件都是需要進(jìn)行設(shè)置的，否則將無(wú)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(duì) STM32 的中斷來(lái)說(shuō)，只有配置了 NVIC的設(shè)置，并開(kāi)啟才能被執(zhí)行，否則是不會(huì)執(zhí)行到中斷服務(wù)函數(shù)里面去的。

3.5 編寫(xiě)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(dòng)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(gè)中斷入口函數(shù)。中斷10—15共用同一個(gè)中斷入口函數(shù)。在一般情況下，我們通常會(huì)使用外部中斷0—4。通過(guò)以上幾個(gè)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(jì)

我們?cè)趇nter.c里輸入如下代碼：

5 下載驗(yàn)證

通過(guò)MDK開(kāi)發(fā)環(huán)境對(duì)工程進(jìn)行編譯，無(wú)誤后，可以下載代碼至實(shí)驗(yàn)板上運(yùn)行，以驗(yàn)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(shí)驗(yàn)效果如圖1所示。

6 結(jié)語(yǔ)

本著“以學(xué)生為中心”的理念，在教學(xué)過(guò)程中，對(duì)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(shí)、學(xué)習(xí)狀態(tài)、接受能力和興趣愛(ài)好，制定出適合學(xué)生學(xué)，適合教師教，適合社會(huì)用的教學(xué)實(shí)施方案，并注重知識(shí)的融會(huì)貫通，真正讓學(xué)生學(xué)有所用，為將來(lái)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(jì)與仿真[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2017（7）：136.

[2]劉維梁，任長(zhǎng)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(jì)與中斷處理優(yōu)化[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2004（4）：88.