22、嵌入式系统中的中断与定时器详解

嵌入式系统中的中断与定时器详解

1. 中断的概念与类型

中断是一种高效处理与CPU异步且速度较慢的外设的方式。当发生中断时，会设置一个标志位，并等待CPU进行处理，此时中断处于“挂起”状态。CPU会在完成当前指令后才会处理中断，处理时会停止主程序的执行，转而执行专门针对触发该中断请求（IRQ）的外设的中断服务程序（ISR）。

中断分为三类：
- 系统复位 ：优先级最高，没有开发者编写的ISR，而是将所有配置寄存器初始化为默认值，并将主程序的起始地址放入程序计数器（PC）。
- 不可屏蔽中断（NMI） ：优先级次之，处理内存访问或振荡器故障，也能处理来自外部信号的用户中断。NMI始终启用，执行开发者编写的ISR。
- 可屏蔽中断 ：有局部和全局使能。局部使能针对每个可触发中断的外设功能，全局中断使能是状态寄存器（SR）中的GIE位。只有当局部使能和GIE都置位时，中断才会激活。

2. 中断的处理流程

当IRQ发生时，CPU会自动将PC和SR压入栈中，以保存主程序的运行状态。在ISR结束时，开发者必须使用 reti 指令将SR和PC从栈中弹出，使执行返回主程序。

中断可以相互嵌套。系统复位和NMI始终启用，高优先级的IRQ可以中断低优先级的IRQ。当可屏蔽中断发生时，CPU会自动清除SR，禁用其他可屏蔽中断。如果开发者希望允许嵌套可屏蔽中断，需要在ISR中显式设置GIE位，不过更好的方法是编写简短的ISR，并让IRQ优先级方案处理ISR的执行顺序。