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)
9 m4 t9 b  D5 Q8 L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？
- ^! y! I- M3 W0 V% N( g( ^2 h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。
' R  X6 }4 x2 F# F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。

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。
9 H" `5 i2 K( t. U" U% C- p% aNVIC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。
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。
NVIC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
$ _. l/ q% b* }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。

& o  C$ z3 ^' J. G  g5 b/ w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。
  o' z$ b% |8 W1.1 C代碼*(volatile unsigned long) (0xE000E100) = 0x4 ; //使能#2中斷
; A/ N& @5 L: k% D*(volatile unsigned long) (0xE000E180) = 0x4 ; //清除#2中斷1.2 匯編代碼__asm void Interrupt_Enable()
; g5 u) E4 d* e; e8 x{
1 y% d2 H& Q0 N LDR R0, =0xE000E100  ;  //ISER寄存器的地址
/ m8 E5 s  R. m8 u MOVS R1, #04         ;  //設(shè)置#2中斷
STR R1, [R0]         ;  //使能中斷#2
& G/ W% Y* o9 B. z# s}
__asm void Interrupt_Disable()
# w# E# T! i! C' u/ w. e; }{
8 J; \) L- K; b LDR R0, =0xE000E180  ;  //ICER寄存器的地址
MOVS R1, #04         ;  //設(shè)置#2中斷
3 U/ B9 h) Y% f6 F STR R1, [R0]         ;  //使能中斷#2
( @" R; d6 d8 @7 X}1.3 CMSIS標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備驅(qū)動函數(shù)//使能中斷#IRQn
__STATIC_INLINE void __NVIC_EnableIRQ(IRQn_Type IRQn)
% m5 I" b2 M( [" y5 A' r{
) U- x8 _4 E9 q* v" t7 Z/ i( o/ t    if ((int32_t)(IRQn) >= 0) {
        NVIC->ISER[0U] = (uint32_t)(1UL = 0) {
        NVIC->ICER[0U] = (uint32_t)(1UL = 0) {
        return((uint32_t)(((NVIC->ISER[0U] & (1UL 2. 中斷掛起和清除掛起
( b& U$ n: a; c$ r% B0 J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。
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。
4 _6 p7 X$ d3 H
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
  k  x' m' M; ?: }*(volatile unsigned long)(0xE000E200) = 0x4 ; //掛起中斷#2
" T6 ~( Z: l" O$ q' @. E* W4 ?*(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()
. q$ r7 K" z3 D4 }  ]( M4 I{
LDR R0, =0xE000E100   ;  //設(shè)置使能中斷寄存器地址
% Q7 |) H' A$ ^: t8 H+ o* l& {) ] 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
MOVS R1, #0x4         ;  //中斷#2
STR R1, [R0]          ;  //掛起#2中斷
9 F9 D. ]3 W: |, Z# X) Z}
! x5 D9 y, m1 P( @2 F' D__asm void Interrupt_Clear_Pending()
( |9 |- N  A- w1 W( X% ^0 {* z{
LDR R0, =0xE000E100   ;  //設(shè)置使能中斷寄存器地址
MOVS R1, #0x4         ;  //中斷#2
: C3 e5 m/ D* {9 H 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
- O6 C! p7 r$ _; o MOVS R1, #0x4         ;  //中斷#2
9 ]4 U/ P+ i' ~% d1 F4 F STR R1, [R0]          ;  //清除#2的掛起狀態(tài)
$ z; O' a$ v# I8 {7 K* |}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
__STATIC_INLINE void __NVIC_SetPendingIRQ(IRQn_Type IRQn)
{
( w" N: m) @% e6 A! l    if ((int32_t)(IRQn) >= 0) {
' V5 ^* R* m9 ?2 c( ^" p        NVIC->ISPR[0U] = (uint32_t)(1UL = 0) {
        NVIC->ICPR[0U] = (uint32_t)(1UL = 0) {
! w0 M" |7 X7 P3 t        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》。
6 Z7 ^3 o1 r, r

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