【嵌入式开发学习】第4天：函数指针 + 中断基础（嵌入式事件响应核心）-优快云博客

核心目标：掌握函数指针（嵌入式回调函数核心）、理解中断的概念与嵌入式处理流程，完成 2 个实操（模拟传感器回调、按键中断响应），搞懂 “异步事件” 如何在嵌入式中处理 —— 这是写驱动、做外设响应的关键。

一、函数指针：嵌入式 “回调机制” 的核心（60 分钟）

函数指针是 “指向函数的指针”，本质是存储函数的内存地址（和普通指针存储变量地址类似）。嵌入式中它的核心用途是 “回调函数”（比如传感器采集完成后自动调用处理函数、中断触发后调用响应函数）。

1. 函数指针的定义与语法（重点突破）

定义格式：返回值类型 (*指针名)(参数类型1, 参数类型2, ...);

括号必须加：(*指针名) 是关键，少了括号就成了 “返回指针的函数”（完全不同）。

示例（对应之前的温度校准函数）：

// 普通函数：输入原始数据，返回校准温度
float calc_real_temp(int raw) {
    return (raw / 10.0) + 2;
}

// 函数指针：指向“输入int、返回float”的函数
float (*calc_cb)(int) = calc_real_temp;  // 让指针指向calc_real_temp函数

核心操作：通过函数指针调用函数，两种等价写法：
- (*calc_cb)(256); （解引用调用，更直观）
- calc_cb(256); （简化写法，嵌入式中更常用）两种写法结果都一样，返回 27.6℃。

2. 嵌入式场景：函数指针做 “回调函数”

嵌入式中，硬件事件（比如传感器采集完成、定时器溢出）需要 “自动触发处理逻辑”，此时用函数指针把 “处理函数” 传给硬件驱动，事件发生时驱动自动调用 —— 这就是回调机制。

示例逻辑（传感器采集回调）：

// 回调函数：采集完成后处理数据（比如打印）
void process_data(float real_temp) {
    printf("采集完成！校准后温度：%.1f℃\n", real_temp);
}

// 传感器采集函数：接收回调函数指针，采集后调用
void sensor_collect(int raw, float (*calc_cb)(int), void (*process_cb)(float)) {
    float temp = calc_cb(raw);  // 用函数指针调用校准函数
    process_cb(temp);           // 用函数指针调用处理函数
}

嵌入式意义：驱动和处理逻辑分离，比如想换处理方式（比如不打印而是存储数据），只需改回调函数，不用改驱动代码，复用性极强。

二、实操 1：用函数指针实现传感器采集回调（30 分钟）

结合之前的温度传感器结构体，用函数指针实现 “采集→校准→处理” 的回调流程，模拟嵌入式驱动的回调机制：

#include <stdio.h>

// 1. 温度校准函数（被回调）
float calc_real_temp(int raw) {
    return (raw / 10.0) + 2;
}

// 2. 数据处理函数（被回调）
void process_data(float real_temp) {
    printf("【回调函数执行】校准后温度：%.1f℃\n", real_temp);
}

// 3. 传感器采集函数（接收函数指针参数）
void sensor_collect(int raw, float (*calc_cb)(int), void (*process_cb)(float)) {
    printf("传感器采集原始数据：%d\n", raw);
    float temp = calc_cb(raw);  // 调用校准回调
    process_cb(temp);           // 调用处理回调
}

int main(void)
{
    // 模拟传感器采集到原始数据
    int raw_data = 265;
    
    // 调用采集函数，传入两个回调函数的地址
    sensor_collect(raw_data, calc_real_temp, process_data);
    
    while(1);  // 嵌入式持续运行
    return 0;
}

运行结果：先打印原始数据，再执行回调函数打印校准温度。
重点：sensor_collect 函数的参数是两个函数指针，分别指向 “校准函数” 和 “处理函数”—— 这是嵌入式驱动的标准写法（比如 STM32 的 HAL 库中，很多外设驱动都支持传入回调函数）。

三、中断基础：嵌入式 “异步事件响应” 的核心（50 分钟）

嵌入式中，很多事件是 “突发的”（比如按键按下、串口收到数据、传感器数据就绪），不能让 CPU 一直等待（浪费资源），此时需要 “中断” 机制 ——CPU 正常执行主程序，事件发生时暂停主程序，优先处理事件，处理完再返回主程序。

1. 中断的核心概念（嵌入式必懂）

什么是中断：打断 CPU 当前任务，优先处理紧急事件的机制（比如你看书时电话响了，接完电话再继续看书）。
嵌入式中常见中断源：
- 外部中断：按键按下（GPIO 中断）、传感器数据就绪（I2C/SPI 中断）。
- 内部中断：定时器溢出（定时中断）、串口收发完成（UART 中断）、ADC 采集完成（ADC 中断）。
中断处理的核心流程（记牢！）：
1. 中断触发：事件发生（比如按键按下），硬件向 CPU 发送 “中断请求”。
2. CPU 响应：暂停当前主程序，保存现场（比如寄存器值）。
3. 执行中断服务函数（ISR）：CPU 跳转到预先写好的中断处理函数（比如按键按下后执行 “点亮 LED”）。
4. 返回主程序：处理完后，恢复现场，继续执行之前暂停的主程序。

2. 嵌入式中断处理的 3 个关键原则

中断服务函数（ISR）必须 “快进快出”：不能有循环、延时、复杂运算（否则会阻塞主程序和其他中断）。
中断服务函数中尽量不用全局变量，若必须用，要加 “volatile” 关键字（告诉编译器 “这个变量可能被中断修改，不要优化”）。
同一时间只能处理一个中断，优先级高的中断可以打断优先级低的中断（嵌入式中可配置中断优先级）。

四、实操 2：模拟按键中断触发温度采集（40 分钟）

结合函数指针和中断概念，模拟 “按键按下（中断触发）→ 调用回调函数采集温度” 的嵌入式典型场景：

#include <stdio.h>

// 全局变量：标记按键状态（用volatile，模拟中断中修改）
volatile int key_pressed = 0;

// 1. 温度校准函数
float calc_real_temp(int raw) {
    return (raw / 10.0) + 2;
}

// 2. 中断回调函数（中断触发后执行）
void key_isr_callback(int raw) {
    float real_temp = calc_real_temp(raw);
    printf("【按键中断触发】采集温度：%.1f℃\n", real_temp);
    key_pressed = 0;  // 清除按键状态
}

// 3. 模拟中断控制器：检测到按键后触发中断，调用回调函数
void simulate_interrupt(void (*isr_cb)(int)) {
    if (key_pressed == 1) {
        int raw_data = 273;  // 模拟采集到的原始数据
        isr_cb(raw_data);    // 调用中断回调函数
    }
}

int main(void)
{
    printf("主程序运行中...\n");
    printf("模拟按键按下（设置key_pressed=1）\n");
    key_pressed = 1;  // 模拟按键按下，触发中断
    
    // 主程序循环中检测中断（实际嵌入式中由硬件自动检测）
    while(1) {
        simulate_interrupt(key_isr_callback);  // 传入中断回调函数
    }
    
    return 0;
}

运行结果：主程序运行中，模拟按键按下后，触发中断回调，打印采集到的温度。
重点解析：
- volatile int key_pressed：volatile 关键字是嵌入式中断的必备（避免编译器优化导致变量值读取错误）。
- key_isr_callback 是中断服务函数的简化版（实际嵌入式中函数名有固定格式，比如 STM32 的EXTI0_IRQHandler）。
- 实际开发中，simulate_interrupt 的逻辑由硬件自动完成（比如 GPIO 中断控制器检测到电平变化后，自动调用中断服务函数）。