EXTI（External interrupt/event controller） —外部中断/事件控制器， 管理了控制器的 20 个中断/事件线。每个中断/事件线都对应有一个边沿检测器，可以实现输入信号的上升沿检测和下降沿的检测。 EXTI 可以实现对每个中断/事件线进行单独配置，可以单独配置为中断或者事件，以及触发事件的属性。

上升沿就是由低电平变成高电平

有哪些外部中断

「外部中断」中的「外部」是指 MCU 的外部，其他串口中断、定时器中断等等中断都是 MCU 自带外设产生的，而

STM32F103 的中断控制器支持 19 个外部中断/事件请求。每个中断设有状态位，每个中断/事件都有独立的触发和屏蔽设置。

STM32F103 的 19 个外部中断为：

  • EXTI 线 0~15：对应外部 IO 口的输入中断。
  • EXTI 线 16：连接到 PVD 输出。
  • EXTI 线 17：连接到 RTC 闹钟事件。
  • EXTI 线 18：连接到 USB 唤醒事件。
  • EXTI 线 19：连接到以太网唤醒事件(只适用于互联型产品)。

从上面可以看出， STM32F1 供 IO 口使用的中断线只有 16 个，但是 STM32F1 的 IO 口却远远不止 16 个，那么 STM32F1 是怎么把 16 个中断线和 IO 口一一对应起来的呢？

于是 STM32 就这样设计， GPIO 的管教 GPIOx.0~GPIOx.15(x=A,B,C,D,E， F,G,H,I)分别对应中断线 0~15。这
样每个中断线对应了最多 9 个 IO 口，以线 0 为例：它对应了 GPIOA.0、 GPIOB.0、 GPIOC.0、GPIOD.0、 GPIOE.0、 GPIOF.0、 GPIOG.0。而中断线每次只能连接到 1 个 IO 口上，这样就需要通过配置来决定对应的中断线配置到哪个 GPIO 上了，具体的配置是通过 AFIO 的外部中断配置寄存器 (AFIO_EXTICRx) 来配置的，所以必须先使能 AFIO 时钟，调用 HAL_GPIO_Init 函数初始化的话会根据需要自动使能 AFIO 时钟。

下面我们看看 GPIO 跟中断线的映射关系图：
image.png

理解 EXTI 功能框图

本节文字来自野火《STM32 HAL 库开发实战指南—基于F103霸道_V2》，但野火自己的配图和自己的文字是对不上的。 下面的配图是我自己在《参考手册-英文版-(RM0008)STM32F10x Reference manual_V20》EXTI 框图基础上自己制作的，和文字匹配。

image.png
上图中可以看到很多在信号线上打一个斜杠并标注“19”字样，这个表示在控制器内部类似的信号线路有 19 个（互联性型号有 20 个），这与 EXTI 总共有 19 个中断/事件线是吻合的。所以我们只要明白其中一个的原理，那其他 18 个线路原理也就知道了。

产生中断的线路

首先我们来看图中红线指示的电路流程。它是一个产生中断的线路，最终信号流入到 NVIC 控制器内。

  • 编号 1 是输入线， EXTI 控制器有 19 个中断/事件输入线，这些输入线可以通过寄存器设置为任意一个 GPIO，也可以是一些外设的事件，输入线一般是存在电平变化的信号。
  • 编号 2 是一个边沿检测电路，它会根据上升沿触发选择寄存器(EXTI_RTSR)和下降沿触发选择寄存器(EXTI_FTSR)对应位的设置来控制信号触发。边沿检测电路以输入线作为信号输入端，如果检测到有边沿跳变就输出有效信号 1 给编号 3 电路，否则输出无效信号 0。而 EXTI_RTSR 和 EXTI_FTSR 两个寄存器可以控制器需要检测哪些类型的电平跳变过程，可以是只有上升沿触发、只有下降沿触发或者上升沿和下降沿都触发。
  • 编号 3 电路实际就是一个或门电路，它一个输入来自编号 2 电路，另外一个输入来自软件中断事件寄存器(EXTI_SWIER)。 EXTI_SWIER 允许我们通过程序控制就可以启动中断/事件线，这在某些地方非常有用。我们知道或门的作用就是有 1 就为 1，所以这两个输入随便一个有有效信号 1 就可以输出 1 给编号 4 和编号 6 电路。
  • 编号 4 电路是一个与门电路，它一个输入是编号 3 电路，另外一个输入来自中断屏蔽寄存器(EXTI_IMR)。与门电路要求输入都为 1 才输出 1，导致的结果是如果 EXTI_IMR 设置为 0 时，那不管编号 3 电路的输出信号是 1 还是 0，最终编号 4 电路输出的信号都为 0；如果 EXTI_IMR 设置为 1 时，最终编号 4 电路输出的信号才由编号 3 电路的输出信号决定，这样我们可以简单的控制 EXTI_IMR 来实现是否产生中断的目的。编号 4 电路输出的信号会被保存到挂起寄存器(EXTI_PR)内，如果确定编号 4 电路输出为 1 就会把 EXTI_PR 对应位置 1。

  • 编号 5 是将 EXTI_PR 寄存器内容输出到 NVIC 内，从而实现系统中断事件控制。

    产生事件的线路

    接下来我们来看看绿线指示的电路流程。它是一个产生事件的线路，最终输出一个脉冲信号。产生事件线路是在编号 3 电路之后与中断线路有所不同，之前电路都是共用的。

  • 编号6 电路是一个与门，它一个输入来自编号 3 电路，另外一个输入来自事件屏蔽寄存器(EXTI_EMR)。如果 EXTI_EMR 设置为 0 时，那不管编号 3 电路的输出信号是 1 还是 0，最终编号 6 电路输出的信号都为 0；如果 EXTI_EMR 设置为 1 时，最终编号 6 电路输出的信号才由编号 3 电路的输出信号决定，这样我们可以简单的控制 EXTI_EMR 来实现是否产生事件的目的。

  • 编号 7 是一个脉冲发生器电路，当它的输入端，即编号 6 电路的输出端，是一个有效信号 1 时就会产生一个脉冲；如果输入端是无效信号就不会输出脉冲。
  • 编号 8 是一个脉冲信号，就是产生事件的线路最终的产物，这个脉冲信号可以给其他外设电路使用，比如定时器 TIM、模拟数字转换器 ADC 等等，这样的脉冲信号一般用来触发 TIM 或者 ADC 开始转换。

    中断和事件的区别

    产生中断线路目的是把输入信号输入到 NVIC，进一步会运行中断服务函数，实现功能，这样是软件级的；
    而产生事件线路目的就是传输一个脉冲信号给其他外设使用，并且是电路级别的信号传输，属于硬件级的。

    使用 HAL 库配置外部中断步骤

    本节文字主要来自正点原子《STM32F1开发指南-HAL库版本_V1.0》

1. 使能 IO 口时钟，初始化 IO 口为输入

首先，我们要使用 IO 口作为中断输入，所以我们要使能相应的 IO 口时钟。

2. 设置 IO 口模式，触发条件， 设置 IO 口与中断线的映射关系

当我们使用 HAL 库的时候，这些都是在函数 HAL_GPIO_Init 中一次性完成的，我们只需要根据实际情况，
例如我们要设置 PA0 链接中断线 0，并且为上升沿触发，代码为：

  1. GPIO_InitTypeDef GPIO_Initure;
  2. GPIO_Initure.Pin = GPIO_PIN_0;                 //PA0
  3. GPIO_Initure.Mode = GPIO_MODE_IT_RISING;     //外部中断，上升沿触发
  4. GPIO_Initure.Pull = GPIO_PULLDOWN;             //默认下拉
  5. HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_Initure);

当我们调用 HAL_GPIO_Init 设置 IO 的 Mode 值为 GPIO_MODE_IT_RISING（外部中断上
升 沿 触 发 ）， GPIO_MODE_IT_FALLING （ 外 部 中 断 下 降 沿 触 发 ） 或 者 GPIO_MODE_IT_RISING_FALLING（外部中断双边沿触发）的时候，该函数内部会通过判断 Mode 的值来开启 AFIO 时钟，并且设置 IO 口和中断线的映射关系。

GPIO 的速度（Speed）只在配置为输出或复用模式时需要配置，我们现在配置为输入模式，所以不需要配置速度。

因为我们这里初始化的是 PA0，调用 HAL_GPIO_Init 函数后中断线 0 会自动连接到PA0。如果某个时间，我们又同样的方式初始化了 PB0，那么 PA0 与中断线的链接将被清除，而直接链接 PB0 到中断线 0。

3. 配置中断优先级（NVIC），并使能中断

我们设置好中断线和 GPIO 映射关系，然后又设置好了中断的触发模式等初始化参数。既然是外部中断，涉及到中断，我们还要设置 NVIC 中断优先级。

  1. HAL_NVIC_SetPriority(EXTI0_IRQn,2,0); //抢占优先级为 2，子优先级为 0
  2. HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI0_IRQn); //使能中断线 2

4. 编写中断服务函数

我们配置完中断优先级之后，接着要做的就是编写中断服务函数。中断服务函数的名字是在 HAL 库中事先有定义的，可以在 startup_stm32f103xe.s 等启动汇编文件中找到。 STM32F1 的 IO 口外部中断函数只有 7 个，分别为：

  • void EXTI0_IRQHandler();
  • void EXTI1_IRQHandler();
  • void EXTI2_IRQHandler();
  • void EXTI3_IRQHandler();
  • void EXTI4_IRQHandler();
  • void EXTI9_5_IRQHandler();
  • void EXTI15_10_IRQHandler();

中断线 0-4 每个中断线对应一个中断函数，中断线 5-9 共用中断函数 EXTI9_5_IRQHandler，中断线 10-15 共用中断函数 EXTI15_10_IRQHandler。 一般情况下，我们可以把中断控制逻辑直接编写在中断服务函数中，但是 HAL 库把中断处理过程进行了简单封装，这时我们就需要进行第五步。

5. 编写中断处理回调函数 HAL_GPIO_EXTI_Callback

在使用 HAL 库的时候，我们也可以跟使用标准库一样，直接在中断服务函数中编写控制逻辑。但 是 HAL 库 为 了 用 户使用方便，它提供了一个中断通用入口函数 HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler，在该函数内部直接调用回调函数 HAL_GPIO_EXTI_Callback。我们可以看看 HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler 函数定义：

  1. void HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(uint16_t GPIO_Pin)
  2. {
  3.     if(__HAL_GPIO_EXTI_GET_IT(GPIO_Pin) != 0x00u)
  4.     {
  5.         __HAL_GPIO_EXTI_CLEAR_IT(GPIO_Pin);
  6.         HAL_GPIO_EXTI_Callback(GPIO_Pin);
  7.     }
  8. }

该函数实现的作用非常简单，就是清除中断标志位，然后调用回调函数 HAL_GPIO_EXTI_Callback() 实现控制逻辑。所以我们编写中断控制逻辑将跟串口中断控制类似，在中断服务函数中直接调用外部中断共用处理函数 HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler，然后在回调函数HAL_GPIO_EXTI_Callback 中通过判断中断是来自哪个 IO 口编写相应的中断服务控制逻辑，判断来自哪个 IO 口使用定义在 stm32f1xx_hal_gpio.h 中的 __HAL_GPIO_EXTI_GET_IT()，这个宏是通过读取挂起寄存器(EXTI_PR)来判断的。

EXTI 使用示例代码

STM32 EXTI 示例代码