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1、飞思卡尔 Kinetis芯片 中 NVIC模块 的 中断寄存器 的介绍及其应用 举例 喻宁宁 IMM 现场应用工程师 飞思卡尔半导体 一、 NVIC 模块 的 中断寄存器 简介 嵌套式向量中断控制器（ NVIC）是 Cortex内核不可分割的一部分，它与 CPU紧密结合，可对系统异常和外设中断进行控制。如图 1所示， NVIC右端连接到各个外围模块，负责对外设中断进行处理；左端连接到内核，负责对内核系统异常进行处理 。 本文重点介绍 NVIC对外围模块的中断控制。通常，在 配置某个 外围 模块的中断 功能 时，除了 需要 设置 此 模块 本身的 寄存器中的 中断使能位外，还需要配置 NVIC模
2、块 中 对应的中断 控制 寄存器， 系统 才会响应 此 外围模块 的中断请求。 图 1 NVIC的连接框图 ARM Cotex-M4的 NVIC模块中相关 寄存器 的 地址、名称、功能描述如图 2所示 ， 它们可 分为两种类型：非 优先级 中断 寄存器 （ non-IPR register） 和 优先级 中断 寄存器 （ IPR register） 。 其中， 非优先级中断寄存器 有 以下几种 ： NVICISERx：中断使能设置寄存器； NVICICERx：中断使能清除寄存器； NVICISPRx：中断挂起设置寄存器； NVICICPRx：中断挂起清除寄存器； NVICIABRx；中断激活
3、状态 寄存器 ； 其中 x为 0 - 7，称为寄存器的组号，表示每种寄存器都有 8个。这些寄存器都是 32位的。因此，如果每一位控制一个中断源，则可以 分别 控制 256个中断源。 通常，NVICISERx（中断使能 设置 寄存器 ） 用于去使能 某 个中断， 而 NVICICPRx（中断挂起清除 寄存器 ） 用于 配合 NVICISERx寄存器来使能 这 个中断 ； NVICIABRx（中断激活状态 寄存器 ） 为只读寄存器 ，用于判断 某个 中断 是否处于 激活 的状态 。 图 2 NVIC寄存器描述 而优先级 中断 寄存器只有一种： NVICIPRx，用于设定 每个中断源 的优先级。 从
4、图 3可以看到，每个中断源 的优先级控制字 要占用 4位，再加上保留位，则每个 32位的寄存器可以配置 4个中断源的优先级。因此，如果要配置 256个中断源的优先级，则需要 256 4 = 64个 32位的寄存器。但是 Kinetis系列 MCU的中断源一般都没有这么多，也就不需要这么多的寄存器。 图 3 中断优先级控制寄存器位域分布 下面 以 K60为例进行 具体 说明。 K60支持 16级中断控制，所以在 NVIC中 ， 对应于 不同的 中断源，在优先级 中断 寄存器 NVICIPRx中都有 4个 相应的位来控制其优先级， 另外还有 4位 是保留位， 如图 3所示。 从图 2 可以看出 ，
5、每种 非 优先级 中断 寄存器 都是一个包含 8个 32 位寄存器的 寄存器 组 。那么在应用过程中，对应 于 K60的 90多 种 不同的中断源， 应该配置 这些 寄存器组 中 的哪一个寄存器 （组号） 和该 32位寄存器的那一位 （位号） 呢？简单来说，就是 组号和位号的确定 。 例如 NVICICER221，它的组号就是 2，位号就是 21。这就需要借助 芯片厂商在CPU中为 不同中断源 定义 的 中断请求号 IRQ。 需要特别 注意的是，中断向量号和 中断请求号 IRQ号 不同， 中断请求号 IRQ = 中断向量号 -16，因为有 16个 ARM内核 中断 请求 是 没有分配 IRQ号
6、的 。 在 K60的 Reference Manual 的 P74页可以看到 CPU中断向量分配 表，定义了各种不同的中断源 所 对应的中断入口地址、中断向量号、中断请求号、寄存器号以及彼此之间的关系 ，如图 4所示。 图 4 LPTMR中断向量的分配 这里结合 K60的 中断向量分配表，以 LPTMR（低功耗定时器） 模块为例介绍一下NVIC寄存器的配置 。 LPTMR模块的中断向量分配 如 图 4所示，可以看 到 LPTMR中断入口地址为 0x0000_0194，中断向量号为 101， 中断请求号 IRQ为 85。 那么 如何确定 配置LPTMR中断 所 对应 的 NVIC寄存器 的组号和
7、位号呢？即 LPTMR使用 NVIC寄存器 组中的哪 一个 寄存器 ，以及 该寄存器的哪个 位呢？ 它们又和中断向量号 IRQ有什么关系呢，下面分 非优先级 中断 寄存器 和优先级 中断 寄存器分别介绍。 对于非优先级 中断 寄存器，如上面提到的 NVICISERx、 NVICICERx、 NVICSPRx、NVICCPRx以及 NVICABRx，组号的计算公式为 IRQ / 32，所以可以得到 LPTMR的NVIC非优先级 中断 寄存器 的 组号为 85 / 32 = 2，从而得到 LPTMR需要使用的非优先级 中断 寄存器为 NVICISER2、 NVICICER2、 NVICISPR2、
8、 NVICICPR2、 NVICIABR2。这些寄存器都是 32位 的， 所以 对应 于 LPTMR的位号计算公式为 IRQ % 32，得到 85 % 32 = 21。确定完了组号和位号，便得到了需要设置的 LPTMR的非优先级中断控制寄存器 及相应的位为： NVICISER221、 NVICICER221、 NVICISPR221、 NVICICPR221、NVICIABR221。 对于优先级 中断 寄存器 IPR， 如上所述，因为每一个 IPR寄存器可以设置 4个中断源的优先级，所以 组号计算公式为 IRQ / 4 = 21。 下面确定位号，前面讲到优先级控制需要 4位，另外还有 4位 保
9、留位，所以每个中断源需要 8位，因此位起始号的计算公式为 8 * (IRQ % 4) + 4，得到 LPTMR的位起始号为 8 * (85 % 4) + 4 = 12。确定完了组号和位号，便得到了 LPTMR的优先级 中断 寄存器 及相应的 位为： NVICIPR2115:12。 二、应用举例 通常， 中断 程序 的处理 流程为：关闭 系统 总中断、开 启 外设 模块并 使能 该外设 模块中断、 配置 NVIC模块 中的 中断 寄存器 、开总中断 等 几个过程。 第一步， 关闭 系统 总中断 。 一般 采用 宏定义 DisableInterrupts，其本质是在内部调用一句汇编代码“ CPSI
10、D i”。同样，打开总中断 一般 采用 EnableInterrupts，本质是在内部调用一句汇编代码“ CPSIE i”。 第二步， 开启 外设 模块 并 使能 其中断 。 需要设置 外设 模块 的寄存器中的 中断使能 位。对于 LPTMR，需要置位控制状态寄存器 LPTMRx_CSR的 TIE位。 SIM_SCGC5|=SIM_SCGC5_LPTIMER_MASK; /开 LPT模块时钟 LPTMR0_CSR|=LPTMR_CSR_TIE_MASK; /使能 LPT定时器中断 第三步， 配置 NVIC模块 的 中断 寄存器 。 需要设置 NVIC中 相关的中断控制寄存器，如上面提到的 NV
11、ICISERx、 NVICICERx、 NVICSPRx、 NVICCPRx、 NVICABRx以及NVICIPRx。 值得注意的是， 使能一个 外设的 中断 需要完成两个步骤 ， 首先 置位NVICICPRx（中断 挂起 清除 寄存器 ） ，然后 再 置位 NVICISERx（中断使能设置 寄存器 ） 。其原因在于，在完成第二步开启并使能外设模块中断后，外设模块便可以被触发产生中断请求， 这时如果 置位 NVICISERx（中断使能设置寄存器） ，程序便 可以 进入中断服务程序， 而 这 并 非程序编写者的本意 。 所以为避免出现这种情况 ，需要首先 置位 NVICICPRx（中断 挂起 清
12、除寄存器） ， 清除已经挂 起 的中断 ，然后再置位 NVICISERx（中断使能设置寄存器）， 等待下一个中断的发生。 代码 实现 如下 ： void enable_ irq (int irq_num) /使能 IRQ中断请求 int div; if (irq_num 91) irq_num =91; /确定 IRQ号是否有效 div = irq_num /32; /确定 NVIC中断控制寄存器的组号 (0、 1、 2) switch (div) case 0x0: NVICICPR0 = 1 91) irq=91; /确定 IRQ号是否有效 div = irq_num /32; /确定 N
13、VIC中断控制寄存器的组号 (0、 1、 2) switch (div) case 0x0: NVICICER0 = 1 91) irq_number =91; /确定 IRQ号是否有效 if (irq_prior 15) irq_prior =15; /确定中断优先级设置是否在范围内 prio_reg = (uint8 *)(uint32)&NVICIP0) + irq_number); /设置 IRQ对应 的 NVICx *prio_reg = ( (irq_prior &0xF) 4 ); 另外， 对于一个完整的 中断 程序代码， 用户还需 编写 中断 服务 程序 代码 以及 定义中断服
14、务函数 ， 并 在 Vector.h文件中声明自定义的中断服务函数，并 将 中断向量表 中 的宏定义修改 为 此 中断服务程序的 函数 名 ，指定中断服务程序的入口地址 。 void default_isr(void); /默认的中断服务程序 extern void lptmr_isr(void); /自定义的终端服务程序 . #define VECTOR_101 lptmr_isr / 定义 LPTMR的中断向量函数 #endif 中断 服务程序 示例代码 如下： void lptmr_isr(void) DisableInterrupts; /关闭总中断 LPTMR0_CSR|=LPTMR
15、_CSR_TCF_MASK; / 清除 LPTMR比较标志 LPTMR_Count+; / LPTMR定时器中断次数 计数 EnableInterrupts; /开放总中断 需要注意的是， 由于在本示例程序中 只 应用到 LPTMR中断 ， 所以在以上中断 服务程序 中使用了关闭总中断和开放总中断操作。 用户 如果需要 在程序中 设置中断嵌套，则不能够关闭总的中断。 三、 总结 本文介绍了飞思卡尔 Kinetis系列 MCU的 嵌套式向量中断控制器（ NVIC） 模块 的 相关寄存器 ， 以及 中断向量请求号 IRQ与 NVIC寄存器组号和位号的对应关系，并以 Kinetis K60的 LPTMR低功耗定时器 模块为例给出了程序示例代码 。 参考文献 ： 1、 Cortex-M4 Devices Generic User Guide: http:/ 2、 K60 Sub-Family Refer
