1. EXTI 简介

EXTI（External interrupt/event controller）是外部中断与事件控制器。本文使用正点原子探索者 STM32F407ZGT6 V3 开发板和 STM32F4 标准外设库，接着 GPIO 输入输出学习按键中断。

1.1 轮询与中断

轮询：主循环反复读取 GPIO，执行到检测语句时才检查按键。如果主循环正在处理较长的操作，按键检测需要等待。

中断：硬件检测指定事件，产生请求；CPU 在允许响应时暂时转去执行中断服务函数，处理结束后恢复原来的程序。

中断并不是 CPU 同时执行两段程序，也不保证请求发生后立刻执行。IRQ 未使能、CPU 屏蔽中断或更高优先级异常正在执行，都可能让请求先等待。

1.2 从 PE2 下降沿到主循环处理

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按下 KEY2，PE2 从高电平变为低电平
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SYSCFG：选择 PE2 作为 EXTI2 的来源
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EXTI：检测下降沿，记录挂起标志
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允许的中断请求送往 NVIC
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NVIC：使能、优先级与待响应管理
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CPU 保存现场，读取中断向量
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执行 EXTI2_IRQHandler
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清除 EXTI 标志，记录软件通知
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异常返回，继续原程序
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主循环消抖并切换 LED
环节 负责什么
GPIO 接收引脚电平
SYSCFG 选择哪个 GPIO 端口连接到对应 EXTI 线路
EXTI 检测指定边沿，记录并产生请求
NVIC 管理 CPU 对中断的响应
CPU 与中断函数 保存、恢复现场并执行处理程序

**下降沿由硬件检测。**进入中断函数后，EXTI_GetITStatus 检查的是对应线路有没有挂起请求，不是在函数里重新检测电平的高低变化。

1.3 探索者 V3 的按键与 LED

板上器件 芯片引脚 松开 / 熄灭 按下 / 点亮
KEY0 PE4 配置内部上拉后为高电平 低电平
KEY1 PE3 配置内部上拉后为高电平 低电平
KEY2 PE2 配置内部上拉后为高电平 低电平
KEY_UP / WK_UP PA0 普通输入配置内部下拉后为低电平 高电平
LED0 / DS0，红灯 PF9 高电平 低电平
LED1 / DS1，绿灯 PF10 高电平 低电平

KEY0、KEY1、KEY2 按下接地，板上没有外部上拉电阻，需要配置 STM32 内部上拉。按下是下降沿，松开是上升沿；持续按住低电平，不会凭空产生新的下降沿。

官方《STM32F407 探索者开发指南 V1.3》第十六章 16.2 的硬件资源列表存在旧引脚笔误。这里以 V3 硬件参考手册第 31 页、原理图第 5 页及配套源码交叉核对后的连接为准，不采用 PE0 / PE1 的 LED 连接。

2. 寄存器介绍

2.1 SYSCFG_EXTICR：选择 GPIO 来源

GPIO 引脚序号决定 EXTI 线路序号：Px0 → EXTI0、Px2 → EXTI2、Px3 → EXTI3，依次对应到 EXTI15。

以 EXTI2 为例，多个端口的第 2 号引脚通过选择器接入同一条线路：

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PA2 ─┐
PB2 ─┤
PC2 ─┼── 选择一个来源 ──→ EXTI2
PD2 ─┤
PE2 ─┘

**同一条 GPIO EXTI 线路，同一时刻只能选择一个端口来源。**PE2 和 PE3 可以分别使用 EXTI2、EXTI3；PA2 和 PE2 不能同时作为 EXTI2 的两个独立 GPIO 来源。

SYSCFG_EXTICR1 地址偏移为 0x08，其中 EXTI2 的端口选择字段位于 [11:8]。GPIOE 的编码为 4；标准库的 SYSCFG_EXTILineConfig 会修改这个字段。

GPIOE、GPIOF 的时钟由 AHB1 控制，SYSCFG 的时钟由 APB2 控制。使用 F407 的 EXTI 不需要另找一个独立的 EXTI 时钟使能函数。

本课中断引脚仍配置为数字输入模式，不需要设置 GPIO 的 AF 复用模式。

2.2 EXTI_IMR：中断屏蔽寄存器

地址偏移：0x00。

对应位 含义
0 屏蔽这条线路的中断请求
1 允许这条线路的中断请求

允许 EXTI 线路与允许 NVIC 的 IRQ 是两个步骤。只配置其中一个，不能算完整的 CPU 中断响应配置。

2.3 EXTI_EMR：事件屏蔽寄存器

地址偏移：0x04。控制 EXTI 的事件路径。

**事件不等于执行中断服务函数。**本课使用 EXTI_Mode_Interrupt；事件模式与相关唤醒机制留到后续按需学习。

2.4 EXTI_RTSR / EXTI_FTSR：触发边沿选择

寄存器 地址偏移 对应位置 1 的作用
RTSR 0x08 选择上升沿触发
FTSR 0x0C 选择下降沿触发

KEY1、KEY2 为低电平有效，按下时采用下降沿；KEY_UP 为高电平有效，按下时采用上升沿。两种边沿都开启时，按下和松开的变化都可能产生请求。

2.5 EXTI_PR：请求挂起寄存器

地址偏移：0x14。

读取对应位为 1，表示这条线路有挂起请求。**清除方式是向对应位写 1；写 0 不会清除。**标准库 EXTI_ClearITPendingBit 将指定线路掩码直接写入 PR。

PR 不能按普通变量“赋 0 清除”的习惯处理，也不应使用读—改—写方式清位，否则可能误清其他已挂起线路。

清 PR 只清除当前来源记录，不会关闭 EXTI，不会改变 GPIO 电平，也不代表按键已经松开或完成消抖。

每条线的 PR 是一个状态位，不是脉冲队列。多个边沿可能合并为一个待处理状态，因此不能据此保证精确记录所有高速脉冲。

2.6 EXTI_SWIER：软件中断事件寄存器

地址偏移：0x10。可以按寄存器规则通过软件产生请求，用于检查后半段中断路径。GPIO 接线、来源选择和边沿是否正确，仍需要实际输入验证。

3. NVIC 与中断执行

3.1 EXTI 挂起与 NVIC 挂起

状态 含义
EXTI PR 外设来源的挂起记录
NVIC Enabled 该 IRQ 被允许响应
NVIC Pending 内核侧有请求等待响应
NVIC Active 已进入这个异常的处理，可能正在执行或被更高优先级异常打断

**Pending 是待响应，不是“暂停正在执行的中断”。**进入 ISR 后 NVIC 管理 pending / active 状态，但外设 PR 仍需软件按规则清除。只清 NVIC pending，不能代替清除仍然有效的外设请求来源。

3.2 抢占优先级与子优先级

F407 实现 4 位中断优先级，数字越小，优先级越高。本课采用 NVIC_PriorityGroup_2：

类型 位数 可用数值
抢占优先级 2 位 0～3
子优先级 2 位 0～3
  • 抢占优先级决定是否能够打断正在执行的较低抢占优先级 ISR。
  • 相同抢占优先级的 ISR 不因子优先级不同而相互打断。
  • 同抢占级的多个请求同时等待且可以响应时，子优先级用于排序；两者完全相同再按异常编号排序。

本课 EXTI2 为 (1, 0)，EXTI3 为 (1, 1)：二者不能互相抢占；同时等待时 EXTI2 在前。优先级分组是位数的划分，不是给外设分配五个物理组，应在工程中统一设置。

3.3 CPU 保存现场与异常返回

普通、未涉及浮点扩展的异常进入，硬件保存 R0～R3、R12、LR、PC、xPSR 的基本栈帧；编译器按需要保存其他寄存器。同时，硬件从向量表读取中断入口地址。

ISR 执行结束后，异常返回机制恢复原执行状态。如果还有符合条件的待处理异常，也可能通过尾链直接处理下一项，不一定立即返回主循环。当前先掌握整体过程，不要求背异常返回指令。

3.4 中断函数名称与共享入口

GPIO EXTI 线路 中断入口
EXTI0～EXTI4 分别使用 EXTI0_IRQHandler～EXTI4_IRQHandler
EXTI5～EXTI9 共用 EXTI9_5_IRQHandler
EXTI10～EXTI15 共用 EXTI15_10_IRQHandler

共享入口中需要逐线检查挂起来源，能够处理多个同时到达的请求。

启动文件的向量表关联的是准确的函数符号，例如 EXTI2_IRQHandler。名字拼错，代码仍可能编译，但真正中断会进入默认处理入口；同名 ISR 在多个文件重复定义，会导致链接错误。

3.5 初始化参数不要混用

名称 含义
GPIO_Pin_2 GPIO 位掩码，值为 0x0004
EXTI_PinSource2 引脚序号 2
EXTI_Line2 EXTI 线路掩码，值为 0x0004
EXTI2_IRQn NVIC IRQ 编号，在 F407 中为 8
EXTI2_IRQHandler 中断函数符号

数值相同不代表参数用途相同。EXTI 初始化的四项分别选择线路、模式、触发边沿和线路使能；NVIC 初始化则选择 IRQ、抢占优先级、子优先级和 IRQ 使能。

4. volatile 与软件标志

4.1 为什么共享标志需要 volatile

主循环检查按键通知，中断可能在主循环执行期间把通知置为 1。编译器不能根据普通执行路径一直使用先前保存的旧值。

volatile 告诉编译器：这个对象可能被异步改变，必须保留程序规定的相关访问，不能基于“它没有变化”的假设省略读写。低优化下看起来能运行，不代表可以省略它。相关定义见 Arm 编译器用户指南第 4.1 节。

关键字 / 类型 本课中的作用
文件作用域的 static 名字只在当前 .c 文件中可见
volatile 保留异步共享对象所需的访问
uint8_t 8 位无符号整数，可保存 0～255

static 与 volatile 作用不同。同一文件中的 main 与 ISR 仍能共同访问文件级 static 变量。

4.2 硬件标志与软件标志

标志 谁设置 谁清除
EXTI PR 硬件检测事件后设置 ISR 按写 1 清的规则清除
软件 press ISR 置为 1，通知主循环 主循环处理时置为 0

不清硬件来源可能反复进入中断；不清软件通知，主循环可能反复处理同一通知。清除一个不会自动清除另一个。

4.3 volatile 的边界

  • 不提供按键消抖。
  • 不关闭整个程序的全部优化。
  • 不保证“读取、修改、写回”或“检查后清零”作为一个整体不可被中断。
  • 不把布尔标志变成事件队列：多次置 1，结果仍然是 1。

当前用布尔通知学习按键交互。需要精确事件计数或严格并发保护时，再增加相应机制。只由主循环访问的 ready 变量不需要 volatile。

5. 代码部分

5.1 实验对应与验收

为便于与练习代码对照，以下保留原软件变量名称：

板上按键 引脚 / IRQ 软件变量前缀 控制的 LED
KEY2 PE2 / EXTI2 key1 PF9 红灯
KEY1 PE3 / EXTI3 key2 PF10 绿灯

软件 key1 / key2 是本程序自定名称，与板上的 KEY1 / KEY2 标签相反；硬件连接以上表为准。

初始化顺序为：延时初始化与优先级分组 → GPIO 时钟和模式 → SYSCFG 来源选择 → EXTI 边沿与使能 → 清遗留请求 → NVIC 优先级与使能。

5.2 完整代码

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#include "stm32f4xx.h"
#include "delay.h"

/* 中断和主循环共同访问，使用 volatile。 */
static volatile uint8_t key1_press = 0;
static volatile uint8_t key2_press = 0;

/* 沿用用户变量对应：key1=PE2，key2=PE3。uint8_t 在255之后回绕。 */
volatile uint8_t key1_irq_count = 0;
volatile uint8_t key2_irq_count = 0;
volatile uint8_t key1_press_count = 0;
volatile uint8_t key2_press_count = 0;

static void Board_Init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef gpio;
    EXTI_InitTypeDef exti;
    NVIC_InitTypeDef nvic;

    RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOE |
                          RCC_AHB1Periph_GPIOF, ENABLE);
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SYSCFG, ENABLE);

    /* PF9 红灯，PF10 绿灯，初始都熄灭。 */
    GPIO_SetBits(GPIOF, GPIO_Pin_9 | GPIO_Pin_10);

    GPIO_StructInit(&gpio);
    gpio.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9 | GPIO_Pin_10;
    gpio.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;
    gpio.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
    gpio.GPIO_Speed = GPIO_Speed_2MHz;
    gpio.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;
    GPIO_Init(GPIOF, &gpio);

    /* KEY2=PE2，KEY1=PE3，输入上拉。 */
    gpio.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2 | GPIO_Pin_3;
    gpio.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN;
    gpio.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;
    GPIO_Init(GPIOE, &gpio);

    SYSCFG_EXTILineConfig(EXTI_PortSourceGPIOE, EXTI_PinSource2);
    SYSCFG_EXTILineConfig(EXTI_PortSourceGPIOE, EXTI_PinSource3);

    EXTI_StructInit(&exti);
    exti.EXTI_Line = EXTI_Line2 | EXTI_Line3;
    exti.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;
    exti.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Falling;
    exti.EXTI_LineCmd = ENABLE;
    EXTI_Init(&exti);

    EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line2 | EXTI_Line3);
    NVIC_ClearPendingIRQ(EXTI2_IRQn);
    NVIC_ClearPendingIRQ(EXTI3_IRQn);

    nvic.NVIC_IRQChannel = EXTI2_IRQn;
    nvic.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;
    nvic.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
    nvic.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
    NVIC_Init(&nvic);

    nvic.NVIC_IRQChannel = EXTI3_IRQn;
    nvic.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;
    NVIC_Init(&nvic);
}

void EXTI2_IRQHandler(void)
{
    if (EXTI_GetITStatus(EXTI_Line2) != RESET)
    {
        EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line2);
        key1_press = 1;       /* 软件key1：PE2，板上KEY2。 */
        key1_irq_count++;
    }
}

void EXTI3_IRQHandler(void)
{
    if (EXTI_GetITStatus(EXTI_Line3) != RESET)
    {
        EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line3);
        key2_press = 1;       /* 软件key2：PE3，板上KEY1。 */
        key2_irq_count++;
    }
}

int main(void)
{
    /* 沿用你的定义：0 可接受按下，1 已接受、等待松开。 */
    uint8_t key1_ready = 0;
    uint8_t key2_ready = 0;

    delay_init();
    NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
    Board_Init();

    while (1)
    {
        /* key1 是你的软件名称，对应 PE2，即板上的 KEY2。 */
        if (key1_press == 1)
        {
            key1_press = 0;

            if (key1_ready == 0)
            {
                delay_ms(20);

                if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOE, GPIO_Pin_2) == 0)
                {
                    key1_ready = 1;
                    key1_press_count++;
                    GPIO_ToggleBits(GPIOF, GPIO_Pin_9);
                }
            }
        }

        /* 释放检测独立放在主循环中，不依赖新的下降沿通知。 */
        if (key1_ready == 1 &&
            GPIO_ReadInputDataBit(GPIOE, GPIO_Pin_2) == 1)
        {
            delay_ms(20);

            if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOE, GPIO_Pin_2) == 1)
            {
                key1_ready = 0;
                key1_press = 0;
            }
        }

        /* key2 对应 PE3，即板上的 KEY1。 */
        if (key2_press == 1)
        {
            key2_press = 0;

            if (key2_ready == 0)
            {
                delay_ms(20);

                if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOE, GPIO_Pin_3) == 0)
                {
                    key2_ready = 1;
                    key2_press_count++;
                    GPIO_ToggleBits(GPIOF, GPIO_Pin_10);
                }
            }
        }

        if (key2_ready == 1 &&
            GPIO_ReadInputDataBit(GPIOE, GPIO_Pin_3) == 1)
        {
            delay_ms(20);

            if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOE, GPIO_Pin_3) == 1)
            {
                key2_ready = 0;
                key2_press = 0;
            }
        }
    }
}