中断系统的原理和实现的功能

中断系统是计算机的重要组成部分，用于实时控制、故障自动处理以及计算机与外围设备间的数据传输。英锐恩单片机开发工程师介绍，不同计算机的硬件结构和软件指令不完全相同，因此中断系统也各有特点，中断系统的应用极大地提高了计算机的效率。

中断系统的要素包括中断装置和中断处理程序。中断机制是现代计算机系统的基础设施之一，其作用类似于通信网络，协调系统对各种外部事件的响应和处理。中断是实现多道程序设计的必要条件，是CPU对系统事件的一种响应。

在中断系统中，发生中断的事件称为中断源，中断源向CPU提出处理请求称为中断请求。当发生中断时，被打断程序的暂停点称为断点，CPU暂停当前程序以响应中断请求，这个过程称为中断响应。处理中断源的程序称为中断处理程序，CPU执行相关中断处理程序的过程称为中断处理。最后，CPU返回断点的过程称为中断返回。

中断的实现是通过软件和硬件的综合完成的。硬件部分被称为硬件装置，而软件部分则是指软件处理程序。中断系统的存在加强了CPU对多任务事件的处理能力，为计算机的高效运行提供了重要支持。

中断系统需要完成以下功能：

（1）响应和返回

• 当CPU接收到中断请求时，根据情况决定是否响应中断。如果CPU没有更紧急或更重要的任务，会在执行完当前指令后响应中断请求。
• 中断响应过程包括将断点处的PC值推入堆栈以保留断点，然后将相关寄存器内容和标志位状态推入堆栈以保护现场。执行中断服务程序后，CPU通过中断服务程序返回主程序。
• 中断返回过程包括恢复原保留寄存器内容和标志位状态（恢复现场），然后执行返回指令RETI，恢复PC值以使CPU返回断点，继续执行原主程序。

（2）优先权排队

• 系统中可能存在多个中断源，当多个中断源同时发出中断请求时，计算机需要确定哪个中断更紧急，以便优先响应。
• 每个中断源都被规定了优先级别，称为优先权。计算机按照中断源的优先级逐个响应，高优先级中断先被处理，直到高优先级中断结束后才处理低优先级中断。
• 这个过程称为优先权排队，可以通过硬件电路或软件查询实现。

（3）中断嵌套

• 当CPU正在处理某一中断时，如果有更高优先级的中断请求发生，CPU会中断当前中断服务程序，保留断点，响应高级中断。
• 高级中断处理完成后，CPU会继续之前被中断的中断服务程序，这个过程称为中断嵌套。
• 如果新中断请求的优先级与当前处理的中断源相同或更低，则CPU不会立即处理新中断请求，而是等待当前中断服务程序执行完毕后再处理新的中断请求。