單片機(jī)中斷程序，如何被中斷？

硬件筆記本

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( r" ?. A- o/ z  P
來源 | 技術(shù)社區(qū)
很多同學(xué)都存在這樣的疑惑：如果外部中斷來的頻率足夠快，上一個(gè)中斷沒有處理完成，新來的中斷該如何處理？
- M) @6 Y% T, Y, T中斷一般是由硬件（例如外設(shè)、外部引腳）產(chǎn)生，當(dāng)某種內(nèi)部或外部事件發(fā)生時(shí)，MCU的中斷系統(tǒng)將迫使 CPU 暫停正在執(zhí)行的程序，轉(zhuǎn)而去進(jìn)行中斷事件的處理，中斷處理完畢后，又返回被中斷的程序處，繼續(xù)執(zhí)行下去，所有的Cortex-M 內(nèi)核系統(tǒng)都有一個(gè)用于中斷處理的組件NVIC，主要負(fù)責(zé)處理中斷，還處理其他需要服務(wù)的事件。嵌套向量式中斷控制器（NVIC: Nested Vectored Interrupt Controller）集成在Cortex-M0處理器里，它與處理器內(nèi)核緊密相連，并且提供了中斷控制功能以及對系統(tǒng)異常的支持。
處理器中的NVIC能夠處理多個(gè)可屏蔽中斷通道和可編程優(yōu)先級，中斷輸入請求可以是電平觸發(fā)，也可以是最小的一個(gè)時(shí)鐘周期的脈沖信號。每一個(gè)外部中斷線都可以獨(dú)立的使能、清除或掛起，并且掛起狀態(tài)也可以手動地設(shè)置和清除。
' K) x) n; s/ d主程序正在執(zhí)行，當(dāng)遇到中斷請求（Interrupt Request）時(shí)，暫停主程序的執(zhí)行轉(zhuǎn)而去執(zhí)行中斷服務(wù)例程（Interrupt Service Routine，ISR），稱為響應(yīng)，中斷服務(wù)例程執(zhí)行完畢后返回到主程序斷點(diǎn)處并繼續(xù)執(zhí)行主程序。多個(gè)中斷是可以進(jìn)行嵌套的。正在執(zhí)行的較低優(yōu)先級中斷可以被較高優(yōu)先級的中斷所打斷，在執(zhí)行完高級中斷后返回到低級中斷里繼續(xù)執(zhí)行，采用“咬尾中斷”機(jī)制。
# ?+ G# C* ?  X0 L: R
內(nèi)核中斷(異常管理和休眠模式等)，其中斷優(yōu)先級則由SCB寄存器來管理，IRQ的中斷優(yōu)先級是由NVIC來管理。
; Q% w0 k5 r) O' Z) \NVIC的寄存器經(jīng)過了存儲器映射，其寄存器的起始地址為0xE000E100，對其訪問必須是每次32bit。
3 ~. [' T* T* n6 ]SCB寄存器的起始地址：0xE000ED00，也是每次32bit訪問，SCB寄存器主要包含SysTick操作、異常管理和休眠模式控制。
. d' g& y. e: ZNVIC具有以下特性：
靈活的中斷管理：使能\清除、優(yōu)先級配置硬件嵌套中斷支持向量化的異常入口中斷屏蔽1. 中斷使能和清除使能
6 I7 x" \  _2 {2 _+ }arm將處理器的中斷使能設(shè)置和清除設(shè)置寄存器分在兩個(gè)不同的地址，這種設(shè)計(jì)主要有如下優(yōu)勢：一方面這種方式減少了使能中斷所需要的步驟，使能一個(gè)中斷NVIC只需要訪問一次，同時(shí)也減少了程序代碼并且降低了執(zhí)行時(shí)間，另一方面當(dāng)多個(gè)應(yīng)用程序進(jìn)程同時(shí)訪問寄存器或者在讀寫操作寄存器時(shí)有操作其他的中斷使能位，這樣就有可能導(dǎo)致寄存器丟失，設(shè)置和清除分成兩個(gè)寄存器能夠有效防止控制信號丟失。
! l0 L4 U) }8 U6 z" a% H4 m
因此我可以獨(dú)立的操作每一個(gè)中斷的使能和清除設(shè)置。
# C8 N: z: z1 `+ b- \2 _  I1.1 C代碼*(volatile unsigned long) (0xE000E100) = 0x4 ; //使能#2中斷
*(volatile unsigned long) (0xE000E180) = 0x4 ; //清除#2中斷1.2 匯編代碼__asm void Interrupt_Enable()
% _( j- \; E3 W8 I{
& ~8 |* X7 _" j2 c LDR R0, =0xE000E100  ;  //ISER寄存器的地址
3 ~% j9 O. ?0 V7 d/ E* \4 b' \ MOVS R1, #04         ;  //設(shè)置#2中斷
; S" O7 m7 P) A% c6 |6 i STR R1, [R0]         ;  //使能中斷#2
}
0 V( ?+ K4 @* z) h' [9 z: f: R__asm void Interrupt_Disable()
0 h/ |6 y9 X- z3 R; m, ^  O4 [{
LDR R0, =0xE000E180  ;  //ICER寄存器的地址
) @. l* s' v  G5 `5 G MOVS R1, #04         ;  //設(shè)置#2中斷
STR R1, [R0]         ;  //使能中斷#2
5 f$ J3 s0 \: ^4 y}1.3 CMSIS標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備驅(qū)動函數(shù)//使能中斷#IRQn
0 ~0 F, L( ~- m$ C0 a& k__STATIC_INLINE void __NVIC_EnableIRQ(IRQn_Type IRQn)
{
    if ((int32_t)(IRQn) >= 0) {
# e0 |4 X' v4 {9 s        NVIC->ISER[0U] = (uint32_t)(1UL = 0) {
        NVIC->ICER[0U] = (uint32_t)(1UL = 0) {
/ X# D" o# _" ~        return((uint32_t)(((NVIC->ISER[0U] & (1UL 2. 中斷掛起和清除掛起
如果一個(gè)中斷發(fā)生了，卻無法立即處理，這個(gè)中斷請求將會被掛起。掛起狀態(tài)保存在一個(gè)寄存器中，如果處理器的當(dāng)前優(yōu)先級還沒有降低到可以處理掛起的請求，并且沒有手動清除掛起狀態(tài)，該狀態(tài)將會一直保持。
% @, c/ x  J* u  \7 J1 ^  x可以通過操作中斷設(shè)置掛起和中斷清除掛起兩個(gè)獨(dú)立的寄存器來訪問或者修改中斷掛起狀態(tài)，中斷掛起寄存器也是通過兩個(gè)地址來實(shí)現(xiàn)設(shè)置和清除相關(guān)位。這使得每一個(gè)位都可以獨(dú)立修改，并且無需擔(dān)心在兩個(gè)應(yīng)用程序進(jìn)程競爭訪問時(shí)出現(xiàn)的數(shù)據(jù)丟失。
! b( j  N. p2 ^( l1 J& y) d) M
中斷掛起狀態(tài)寄存器允許使用軟件來觸發(fā)中斷。如果中斷已經(jīng)使能并且沒有被屏蔽掉，當(dāng)前還沒有更高優(yōu)先級的中斷在運(yùn)行，這時(shí)中斷的服務(wù)程序就會立即得以執(zhí)行。2.1 C代碼*(volatile unsigned long)(0xE000E100) = 0x4 ; //使能中斷#2
) V3 ~( j  P" K( s*(volatile unsigned long)(0xE000E200) = 0x4 ; //掛起中斷#2
& z/ E3 E# P8 M  R*(volatile unsigned long)(0xE000E280) = 0x4 ; //清除中斷#2的掛起狀態(tài)2.2 匯編代碼__asm void Interrupt_Set_Pending()
" C$ F: s3 F9 G. A1 [! E# C8 t{
LDR R0, =0xE000E100   ;  //設(shè)置使能中斷寄存器地址
MOVS R1, #0x4         ;  //中斷#2
; s7 o( B; Y! V8 D, `% U STR R1, [R0]          ;  //使能#2中斷
5 k6 n8 |" `! m  O LDR R0, =0xE000E200   ; //設(shè)置掛起中斷寄存器地址
& h  ]. z0 X+ t+ ]/ B MOVS R1, #0x4         ;  //中斷#2
STR R1, [R0]          ;  //掛起#2中斷
! u5 Z' [% [# N- u: S}
__asm void Interrupt_Clear_Pending()
- {% Q' n+ K! f. }3 ^( Q{
7 o% G) |: v! H! a( a LDR R0, =0xE000E100   ;  //設(shè)置使能中斷寄存器地址
9 l' M% d% m3 w& @7 z1 Z5 \ MOVS R1, #0x4         ;  //中斷#2
& W* H/ u4 z. y0 l$ c; U- ~ STR R1, [R0]          ;  //使能#2中斷
LDR R0, =0xE000E280   ; //設(shè)置清除中斷掛起寄存器地址
MOVS R1, #0x4         ;  //中斷#2
" v9 d; P$ f; Z( e! }/ F( H0 C STR R1, [R0]          ;  //清除#2的掛起狀態(tài)
}2.3 CMSIS標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備驅(qū)動函數(shù)//設(shè)置一個(gè)中斷掛起
- k% @; \6 G8 i& e__STATIC_INLINE void __NVIC_SetPendingIRQ(IRQn_Type IRQn)
# v; \" P. x8 }6 H{
' d* P4 {0 D. d1 f( K" ~) O    if ((int32_t)(IRQn) >= 0) {
        NVIC->ISPR[0U] = (uint32_t)(1UL = 0) {
        NVIC->ICPR[0U] = (uint32_t)(1UL = 0) {
$ i8 ?5 M) u% [        return((uint32_t)(((NVIC->ISPR[0U] & (1UL NVIC屬于處理器內(nèi)核部分，因此在MM32 MCU芯片的用戶手冊中只有簡單的提及，沒有重點(diǎn)講述，需要深入了解相關(guān)寄存器和功能需要參考《Cortex-M0技術(shù)參考手冊》。


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