开发环境：

MDK：Keil 5.30

开发板：N32G4FRML-STB 开发板

MCU：N32G4FRMEL7

1 普通方式

1.1 普通方式工作原理

按键 GPIO 端口有两个方案可以选择，一是采用上拉输入模式，因为按键在没按下的时候，是默认为高电平的，采且内部上拉模式正好符合这个要求。第二个方案是直接采用浮空输入模式，因为按照硬件电路图，在芯片外部接了上拉电阻，其实就没必要再配置成内部上拉输入模式了，因为在外部上拉与内部上拉效果是一样的。

笔者本文将会使用S1。当检测到低电平按键按下。

1.2 普通方式实现

主函数代码如下：

/**
  * @brief  Main program
  * @param  None
  * @retval None
  */
int main(void)
{
    ST_BSP_LED_Dev BSP_LED_Dev0 = LED_DEV0_CONFIG;
    ST_BSP_LED_Dev BSP_LED_Dev1 = LED_DEV1_CONFIG;
    ST_BSP_LED_Dev BSP_LED_Dev2 = LED_DEV2_CONFIG;

    ST_BSP_Key_Dev BSP_KEY_Dev0 = KEY_DEV0_CONFIG;

    //systick init
    SysTick_Init();

    BSP_LED_Init(&BSP_LED_Dev0);
    BSP_LED_Init(&BSP_LED_Dev1);
    BSP_LED_Init(&BSP_LED_Dev2);

    //key init
    BSP_Key_Init(&BSP_KEY_Dev0);

    /*复用Jtag*/
    /* 使能(开启)引脚对应IO端口时钟，因为引脚默认是JTAG功能，现在需要配置为其他功能，这里需要使能复用时钟 */  
    RCC_EnableAPB2PeriphClk(RCC_APB2_PERIPH_AFIO, ENABLE);
  
    /* Disable the Serial Wire Jtag Debug Port*/
    GPIO_ConfigPinRemap(GPIO_RMP_SW_JTAG_NO_NJTRST, ENABLE);

    while(1)
    {
        if(BSP_Key_Scan(&BSP_KEY_Dev0))
        {
            BSP_LED_Toggle(&BSP_LED_Dev0);
            BSP_LED_Toggle(&BSP_LED_Dev1);
            BSP_LED_Toggle(&BSP_LED_Dev2);
        }
    }
}

• GPIO 初始化配置

GPIO初始化代码如下：

/**
  * @brief  初始化KEY的GPIO
  * @param  BSP_KEY_Dev: Key dev
  * @retval None
  */
void BSP_Key_Init(ST_BSP_Key_Dev *BSP_Key_Dev)
{
    /*定义一个GPIO_InitTypeDef类型的结构体*/
    GPIO_InitType GPIO_InitStructure;

    /*开启KEY相关的GPIO外设时钟*/
    RCC_EnableAPB2PeriphClk ( BSP_Key_Dev->key_gpio_clk, ENABLE); 

    /*选择要控制的GPIO引脚*/
    GPIO_InitStructure.Pin = BSP_Key_Dev->key_pin;    

    /*设置引脚模式为输入模式*/
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;   

    /*设置引脚速率为50MHz */   
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; 

    /*调用库函数，使用上面配置的GPIO_InitStructure初始化GPIO*/
    GPIO_InitPeripheral(BSP_Key_Dev->key_port, &GPIO_InitStructure);    
}

BSP_Key_Init ()与 LED 的 GPIO 初始化函数 BSP_Key_Init ()类似，区别只是在这个函数中，要开启的 GPIO 的端口时钟不一样，并且把检测按键用的引脚 Pin 的模式设置为浮空输入。

• 按键消抖

/**
  * @brief   检测是否有按键按下
  * @param   BSP_KEY_Dev: Key dev
  * @retval  按键的状态
  * @arg KEY_ON:按键按下
  * @arg KEY_OFF:按键没按下
  */
uint8_t BSP_Key_Scan(ST_BSP_Key_Dev *BSP_Key_Dev)
{
    uint8_t    Down_state = SET;

    /*检测是否有按键按下 */
    if(GPIO_ReadInputDataBit(BSP_Key_Dev->key_port, BSP_Key_Dev->key_pin) == Down_state ) 
    {
        /*延时消抖*/
        Key_Delay(10000);
        if(GPIO_ReadInputDataBit(BSP_Key_Dev->key_port,  BSP_Key_Dev->key_pin) == Down_state )  
        {
            /*等待按键释放 */
            while(GPIO_ReadInputDataBit(BSP_Key_Dev->key_port,  BSP_Key_Dev->key_pin) == Down_state);   
            return     KEY_ON; 
        }
        else
        {
            return KEY_OFF;
        }
    }
    else
    {
        return KEY_OFF;
    }
}

相信延时消抖的原理大家在学习其他单片机时就已经了解了，本函数的功能就是扫描输入参数中指定的引脚，检测其电平变化，并作延时消抖处理，最终对按键消息进行确认。

• 利用 GPIO_ReadInputDataBit () 读取输入数据，若从相应引脚读取的数据等于 0（KEY_ON），低电平，表明可能有按键按下，调用延时函数。否则返回 KEY_OFF，表示按键没有被按下。
• 延时之后再次利用 GPIO_ReadInputDataBit ()读取输入数据，若依然为低电平，表明确实有按键被按下了。否则返回 KEY_OFF，表示按键没有被按下。
• 循环调用GPIO_ReadInputDataBit () 一直检测按键的电平，直至按键被释放，被释放后，返回表示按键被按下的标志 KEY_ON。以上是按键消抖的流程，调用了一个库函数GPIO_ReadInputDataBit ()。输入参数为要读取的端口、引脚，返回引脚的输入电平状态，高电平为 1，低电平为 0。

2 EXTI方式

2.1 EXTI的工作原理

EXTI（External Interrupt） 就是指外部中断，通过 GPIO 检测输入脉冲，引起中断事件，打断原来的代码执行流程，进入到中断服务函数中进行处理，处理完后再返回到中断之前的代码中执行。

• N32的中断和异常

Cortex内核具有强大的异常响应系统，它把能够打断当前代码执行流程的事件分为异常（exception）和中断（interrupt），并把它们用一个表管理起来，编号为 0 ~ 15 的称为内核异常，而 16 以上的则称为外部中断（外是相对内核而言），这个表就称为中断向量表。

而N32 对这个表重新进行了编排，把编号从-3 至 6 的中断向量定义为系统异常，编号为负的内核异常不能被设置优先级，如复位（Reset）、不可屏蔽中断 （NMI）、硬错误（Hardfault）。从编号 7 开始的为外部中断，这些中断的优先级都是可以自行设置的。详细的N32中断向量表见下表。

……

完整向量表请参考《N32G4FR series 32-bit ARM® Cortex®-M4F microcontroller User manual V3.0》。

• NVIC 中断控制器

N32的中断如此之多，配置起来并不容易，因此我们需要一个强大而方便的中断控制器 NVIC （Nested Vectored Interrupt Controller）。NVIC 是属于 Cortex 内核的器件，不可屏蔽中断 （NMI）和外部中断都由它来处理，而 SYSTICK 不是由 NVIC 来控制的。

• NVIC 结构体成员

当我们要使用 NVIC 来配置中断时，自然想到固件库肯定也已经把它封装成库函数了。对 NVIC 初始化，首先要定义并填充一个 NVIC_InitType类型的结构体。这个结构体有 4 个成员，见下表。

结构体成员名称	描述
NVIC_IRQChannel	需要配置的中断向量
NVIC_IRQChannelCmd	使能或关闭相应中断向量的中断响应
NVIC_IRQChannelPreemptionPriority	配置相应中断向量抢占优先级
NVIC_IRQChannelSubPriority	配置相应中断向量的响应优先级

前面两个结构体成员都很好理解，首先要用 NVIC_IRQChannel 参数来选择将要配置的中断向量，用 NVIC_IRQChannelCmd 参数来进行使能（ENABLE）或关闭（DISABLE）该中断。在 NVIC_IRQChannelPreemptionPriority 成员要配置中断向量的抢占优先级，在NVIC_IRQChannelSubPriority 需要配置中断向量的响应优先级。对于中断的配置，最重要的便是配置其优先级，但N32 的同一个中断向量为什么需要设置两种优先级？这两种优先级有什么区别？

• 抢占优先级和响应优先级

N32 的中断向量具有两个属性，一个为抢占属性，另一个为响应属性，其属性编号越小，表明它的优先级别越高。

抢占，是指打断其他中断的属性，即因为具有这个属性会出现嵌套中断（在执行中断服务函数 A 的过程中被中断 B 打断，执行完中断服务函数 B 再继续执行中断服务函数A），抢占属性由 NVIC_IRQChannelPreemptionPriority 的参数配置。

而响应属性则应用在抢占属性相同的情况下，当 两个中断向量的抢占优先级相同时，如 果两个中断同时到达，则先处理响应优先级高的中断，响应属性 由NVIC_IRQChannelSubPriority 参数配置。例如，现在有三个中断向量，见下表。

中断向量	抢占优先级	响应优先级
A	0	0
B	1	0
C	1	1

若内核正在执行 C 的中断服务函数，则它能被抢占优先级更高的中断 A 打断，由于 B和 C 的抢占优先级相同，所以 C 不能被 B 打断。但如果 B 和 C 中断是同时到达的，内核就会首先响应响应优先级别更高的 B 中断。

• NVIC 的优先级组

在配置优先级的时候，还要注意一个很重要的问题，即中断种类的数量。NVIC 只可以配置 16 种中断向量的优先级，也就是说，抢占优先级和响应优先级的数量由一个 4 位的数字来决定，把这个 4 位数字的位数分配成抢占优先级部分和响应优先级部分。有 5 组分配方式 ：

 第 0 组： 所有 4 位用来配置响应优先级。即 16 种中断向量具有都不相同的响应优先级。

 第 1 组：最高 1 位用来配置抢占优先级，低 3 位用来配置响应优先级。表示有 21=2 种级别的抢占优先级(0 级，1 级)，有 23=8 种响应优先级，即在 16 种中断向量之中，有8 种中断，其抢占优先级都为 0 级，而它们的响应优先级分别为 0~7，其余 8 种中断向量的抢占优先级则都为 1 级，响应优先级别分别为 0~7。

 第 2 组：2 位用来配置抢占优先级，2 位用来配置响应优先级。即 22=4 种抢占优先级，22=4 种响应优先级。

 第 3 组：高 3 位用来配置抢占优先级，最低 1 位用来配置响应优先级。即有 8 种抢占优先级，2 种响应 2 优先级。

 第 4 组：所有 4 位用来配置抢占优先级，即 NVIC 配置的 24 =16 种中断向量都是只有抢占属性，没有响应属性。

要配置这些优先级组，可以采用库函数 NVIC_PriorityGroupConfig()，可输入的参数为NVIC_PriorityGroup_0 ～ NVIC_PriorityGroup_4，分别为以上介绍的 5 种分配组。

于是，有读者觉得疑惑了， 如此强的N32， 所有GPIO都能够配置成外部中断，USART、ADC 等外设也有中断，而 NVIC 只能配置 16 种中断向量，那么在某个工程中使用超过 16 个中断怎么办呢？注意 NVIC 能配置的是 16 种中断向量，而不是16 个，当工程中有超过 16 个中断向量时，必然有两个以上的中断向量是使用相同的中断种类，而具有相同中断种类的中断向量不能互相嵌套。

N32的所有 I/O 端口都可以配置为 EXTI 中断模式，用来捕捉外部信号，可以配置为下降沿中断、上升沿中断和上升下降沿中断这三种模式。它们以图Figure 2‑1所示方式连接到 16 个外部中断 / 事件线上。

• EXTI 外部中断

N32 的所有 GPIO 都引入到 EXTI 外部中断线上，使得所有的 GPIO 都能作为外部中断的输入源。GPIO 与 EXTI 的连接方式见下图。

观察图下可知，PA0 ～ PD0 连接到 EXTI0 、PA1 ～ PD1 连接到 EXTI1、……、PA15 ～ PD15 连接到 EXTI15。这里大家要注意的是 ：PAx ～ PDx 端口的中断事件都连接到了 EXTIx，即同一时刻 EXTIx 只能响应一个端口的事件触发，不能够同一时间响应所有GPIO 端口的事件，但可以分时复用。它可以配置为上升沿触发、下降沿触发或双边沿触发。EXTI 最普通的应用就是接上一个按键，设置为下降沿触发，用中断来检测按键。

2.2 EXTI方式实现

• 配置外部中断

现在我们重点分析BSP_Key_Init() 这个函数，它完成了配置一个 I/O 为 EXTI 中断的一般步骤，主要有以下功能 ：

1）使能 EXTIx 线的时钟和第二功能 AFIO 时钟。

2）配置 EXTIx 线的中断优先级。

3）配置 EXTI 中断线 I/O。

4）选定要配置为 EXTI 的 I/O 口线和 I/O 口的工作模式。

5）EXTI 中断线工作模式配置。

/**
  * @brief  初始化KEY的GPIO
  * @param  BSP_Key_Dev: Key dev
  * @param  KeyMode: specify button mode
      arg        KEY_MODE_GPIO: key will be used as simple IO
      arg        KEY_MODE_EXTI: key will be connected to EXTI line with interrupt
  * @param  PreemptionPriority, uint8_t SubPriority
  * @retval None
  */
void BSP_Key_Init(ST_BSP_Key_Dev *BSP_Key_Dev, EN_Key_Mode KeyMode, uint8_t PreemptionPriority, uint8_t SubPriority)
{
    /*定义一个GPIO_InitType类型的结构体*/
    GPIO_InitType GPIO_InitStructure;

    /*定义一个EXTI_InitType类型的结构体*/
    EXTI_InitType EXTI_InitStructure;

    /*开启KEY相关的GPIO外设时钟*/
    RCC_EnableAPB2PeriphClk ( BSP_Key_Dev->key_gpio_clk, ENABLE); 

    /*选择要控制的GPIO引脚*/
    GPIO_InitStructure.Pin = BSP_Key_Dev->key_pin;    

    /*设置引脚模式为输入模式*/
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;   

    /*设置引脚速率为50MHz */   
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; 

    /*调用库函数，使用上面配置的GPIO_InitStructure初始化GPIO*/
    GPIO_InitPeripheral(BSP_Key_Dev->key_port, &GPIO_InitStructure);

    if(KeyMode == KEY_MODE_EXTI)
    {
        RCC_EnableAPB2PeriphClk(RCC_APB2_PERIPH_AFIO, ENABLE);

        /*Configure key EXTI Line to key input Pin*/
        GPIO_ConfigEXTILine(BSP_Key_Dev->key_exti_port_source, BSP_Key_Dev->key_exti_pin_source);

        EXTI_InitStructure.EXTI_Line = BSP_Key_Dev->key_exti_line;
        EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;
        EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Falling;//下降沿触发中断
        EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE;

        EXTI_InitPeripheral(&EXTI_InitStructure); 
    }

    /* 配置 NVIC */
    BSP_Key_NVIC_Configuration(BSP_Key_Dev->key_irqn, PreemptionPriority, SubPriority);
}

BSP_Key_Init() 代码中，配置好 NVIC 后，还要对 GPIOA 进行初始化，这部分和按键轮询的设置类似。

接下来，开启复用时钟，调用GPIO_ConfigEXTILine () 函数把 GPIOA、Pin4设置为 EXTI 输入线。选择好了 GPIO，开始填写 EXTI 的初始化结构体。从这些参数的名字，相信读者已经知道如何把它应用到按键检测中。

1）.EXTI_Line = EXTI_LINE4 ： 给 EXTI_Line 成员赋值。选择 EXTI_Line0 线进行配置，因为按键的 PA0 连接到了 EXTI_Line0。

2）.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt ：给 EXTI_Mode 成员赋值。 把 EXTI_Line0的模式设置为中断模式（EXTI_Mode_Interrupt）。这个结构体成员也可以赋值为事件模式EXTI_Mode_Event ，这个模式不会立刻触发中断，而只是在 寄存器上把相应的事件标志位置 1，应用这个模式需要不停地查询相应的寄存器。

3）.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Falling ：给 EXTI_Trigger 成员赋值。把触发方式（EXTI_Trigger）设置为下降沿触发（EXTI_Trigger_Falling）。

4）.EXTI_LineCmd = ENABLE ：给 EXTI_LineCmd 成员赋值。把 EXTI_LineCmd 设置为使能。

最后调用 EXTI_Init() 把 EXTI 初始化结构体的参数写入寄存器。

• AFIO 时钟

AFIO （alternate-function I/O），指 GPIO 端口的复用功能，GPIO 除了用作普通的输入输出（主功能），还可以作为片上外设的复用输入输出，如串口、ADC，这些就是复用功能。大多数 GPIO 都有一个默认复用功能，有的 GPIO 还有重映射功能。重映射功能是指把原来属于 A 引脚的默认复用功能，转移到 B 引脚进行使用，前提是 B 引脚具有这个重映射功能。

当把 GPIO 用作 EXTI 外部中断或使用重映射功能的时候，必须开启 AFIO 时钟，而在使用默认复用功能的时候，就不必开启 AFIO 时钟了。

• NVIC 初始化配置

/**
  * [url=home.php?mod=space&uid=2666770]@Brief[/url]  配置嵌套向量中断控制器NVIC 
  * [url=home.php?mod=space&uid=3142012]@param[/url]  uint8_t IRQChannel, uint8_t PreemptionPriority, uint8_t SubPriority
  * @retval None
  */
static void BSP_Key_NVIC_Configuration(uint8_t IRQChannel, uint8_t PreemptionPriority, uint8_t SubPriority)
{
    NVIC_InitType NVIC_InitStructure;
  
    /* Configure one bit for preemption priority */
    NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1);
  
    /* 配置中断源 */
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = IRQChannel;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = PreemptionPriority;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = SubPriority;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}

本代码中向 NVIC 初始化结构体写入参数 .NVIC_IRQChannel =EXTI0_IRQn，表示要配置的为 EXTI 第 1 线的中断向量。因为按键 PA4对应的 EXTI 线为EXTI0。这些可写入的参数可以在 stm32f4xx.h 文件的 IRQn 类型定义中查找到。然后配置抢占优先级和响应优先级，因为这个工程简单，就直接把它设置为最高级中断。填充完结构体，别忘记最后要调用 NVIC_Init() 函数来向寄存器写入参数。这里要注意的是，如果用的 IO 口是 IO0 ~ IO4，那么对应的中断向量是 EXTI0_IRQn ~ EXTI4_IRQn，如果用的 IO 是I05 ~ IO9 中的一个的话，对应的中断向量只能是 EXTI9_5_IRQn, 如果用的 IO 是 I010~IO15中的一个的话，对应的中断向量只能是 EXTI15_10_IRQn。举例：如果 PE5 或者 PE6 作为EXTI 中断口，那么对应的中断向量都是 EXTI9_5_IRQn，在同一时刻只能相应来自一个IO 的 EXTI 中断。

• 编写中断服务函数

在这个 EXTI 设置中我们把 PA4 连接到内部的 EXTI4，GPIO 配置为上拉输入，工作在下降沿中断。在外围电路上我们将 PA4 接到了 key上。当按键没有按下时，PA4始终为高，当按键按下时 PA4变为低，从而 PA4上产生一个下降沿跳变，EXTI4 会捕捉到这一跳变，并产生相应的中断，中断服务程序在 n32g4fr_it.c 中实现。n32g4fr_it.c 文件是专门用来存放中断服务函数的。文件中默认只有几个关于系统异常的中断服务函数，而且都是空函数，在需要的时候自行编写。那么中断服务函数名是不是可以自己定义呢？不可以。中断服务函数的名字必须要与启动文件startup_n32g4fr.s 中的中断向量表定义一致。

EXTI4_.IRQHandler 表示为 EXTI0 中断向量的服务函数名。于是，我们就可以在n32g4fr_it.c文件中加入名为 EXTI4_IRQHandler() 的函数。

/**
  * @brief  This function handles EXTI0 Handler.
  * @param  None
  * @retval None
  */
void EXTI4_IRQHandler(void)
{
    if(EXTI_GetITStatus(EXTI_LINE4) != RESET) //确保是否产生了EXTI Line中断
    {
        // LED 取反
        BSP_LED_Toggle(&BSP_LED_Dev0);
        BSP_LED_Toggle(&BSP_LED_Dev1);
        EXTI_ClrITPendBit(EXTI_LINE4);     //清除中断标志位
    }
}

其内容比较容易理解，进入中断后，调用库函数 EXTI_GetITStatus () 来重新检查是否产生了 EXTI_Line 中断，接下来把 LED 取反，操作完毕后，调用 EXTI_ClrITPendBit ()清除中断标志位再退出中断服务函数。

3 实验现象

编译好程序后，下载到板子上，不管是普通方式还是中断方式，当按在按键按按下时，LED或亮或灭。