單片機(jī)中斷程序，如何被中斷？

硬件筆記本

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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？
: n' U( j, m8 q( ]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(duì)系統(tǒng)異常的支持。
5 p6 P, Z7 G, {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(jí)，中斷輸入請(qǐng)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(hào)。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(dòng)地設(shè)置和清除。
主程序正在執(zhí)行，當(dāng)遇到中斷請(qǐng)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(jí)中斷可以被較高優(yōu)先級(jí)的中斷所打斷，在執(zhí)行完高級(jí)中斷后返回到低級(jí)中斷里繼續(xù)執(zhí)行，采用“咬尾中斷”機(jī)制。

- }! W: Y& z0 y- p' h內(nèi)核中斷(異常管理和休眠模式等)，其中斷優(yōu)先級(jí)則由SCB寄存器來管理，IRQ的中斷優(yōu)先級(jí)是由NVIC來管理。
3 ?, s7 y9 l$ l# @0 O" w& }NVIC的寄存器經(jīng)過了存儲(chǔ)器映射，其寄存器的起始地址為0xE000E100，對(duì)其訪問必須是每次32bit。
9 d2 U1 m- d" {, W0 H( E: _2 `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。
4 l) M2 p$ K6 {: n% N6 TNVIC具有以下特性：
% o$ a* e" m1 k" V; \1 S; v靈活的中斷管理：使能\清除、優(yōu)先級(jí)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
, V; c! {3 T9 p8 d) x9 v; @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(shì)：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(hào)丟失。
5 d, W( v( e: P( L0 _
% M; \# y# j' @- ~0 C3 T& z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。
1.1 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()
% y7 |% N: D$ z# l5 f6 \& b+ q  N; e{
+ K2 S0 L4 r; Y- h* E- M) y LDR R0, =0xE000E100  ;  //ISER寄存器的地址
MOVS R1, #04         ;  //設(shè)置#2中斷
STR R1, [R0]         ;  //使能中斷#2
  @7 H6 p1 _+ T: z}
  G! ]2 L. o& w, f% ]__asm void Interrupt_Disable()
. `& c, Q' k; {- F5 y1 E{
& ?8 q& E0 Q. k3 n4 k, _% D LDR R0, =0xE000E180  ;  //ICER寄存器的地址
. K, q8 W3 Y6 O, y$ _ MOVS R1, #04         ;  //設(shè)置#2中斷
STR R1, [R0]         ;  //使能中斷#2
8 S7 |7 Q% K" N% P}1.3 CMSIS標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備驅(qū)動(dòng)函數(shù)//使能中斷#IRQn
' m0 \1 W, R9 H) \' b+ }__STATIC_INLINE void __NVIC_EnableIRQ(IRQn_Type IRQn)
{
    if ((int32_t)(IRQn) >= 0) {
        NVIC->ISER[0U] = (uint32_t)(1UL = 0) {
        NVIC->ICER[0U] = (uint32_t)(1UL = 0) {
% W7 a5 p/ ~* {! y$ ?1 D$ A  |- `        return((uint32_t)(((NVIC->ISER[0U] & (1UL 2. 中斷掛起和清除掛起
; Z" F: S& r$ X9 |! I( Q) E如果一個(gè)中斷發(fā)生了，卻無法立即處理，這個(gè)中斷請(qǐng)求將會(huì)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(jí)還沒有降低到可以處理掛起的請(qǐng)求，并且沒有手動(dòng)清除掛起狀態(tài)，該狀態(tài)將會(huì)一直保持。
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(jìng)爭訪問時(shí)出現(xiàn)的數(shù)據(jù)丟失。
* A5 E' k) |! ~6 ^" O7 e* u' L
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(jí)的中斷在運(yùn)行，這時(shí)中斷的服務(wù)程序就會(huì)立即得以執(zhí)行。2.1 C代碼*(volatile unsigned long)(0xE000E100) = 0x4 ; //使能中斷#2
*(volatile unsigned long)(0xE000E200) = 0x4 ; //掛起中斷#2
*(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()
' [+ x% H! D1 n/ E- [{
. p0 y* v$ [8 q: Q2 ~$ P LDR R0, =0xE000E100   ;  //設(shè)置使能中斷寄存器地址
MOVS R1, #0x4         ;  //中斷#2
STR R1, [R0]          ;  //使能#2中斷
LDR R0, =0xE000E200   ; //設(shè)置掛起中斷寄存器地址
% ~6 V+ N. b  J MOVS R1, #0x4         ;  //中斷#2
STR R1, [R0]          ;  //掛起#2中斷
# E# }/ X% U- ~$ x}
& k& ?( U- t9 x3 k+ [( U; j/ ~( N__asm void Interrupt_Clear_Pending()
* X" b# n: X3 G" N1 Q9 p, I. W{
LDR R0, =0xE000E100   ;  //設(shè)置使能中斷寄存器地址
$ u" j! F' B8 E2 i- j5 i MOVS R1, #0x4         ;  //中斷#2
% j6 p0 @7 j" x+ b4 h: A 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
; ^# o- x8 S$ T MOVS R1, #0x4         ;  //中斷#2
# ~1 ^1 x  S5 ~, C5 h5 B 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(dòng)函數(shù)//設(shè)置一個(gè)中斷掛起
, F# P' X; N7 [* ?1 o" O$ \__STATIC_INLINE void __NVIC_SetPendingIRQ(IRQn_Type IRQn)
{
: H9 t: v, g; U* [1 Q    if ((int32_t)(IRQn) >= 0) {
) a, t* {1 g) \        NVIC->ISPR[0U] = (uint32_t)(1UL = 0) {
        NVIC->ICPR[0U] = (uint32_t)(1UL = 0) {
% C5 A) x! q0 [  O1 ?& f+ U3 p        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(cè)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(cè)》。
% n7 B( _$ W7 M: s9 K

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