單片機(jī)中斷程序是如何處理器新來的中斷？

你有沒有想過一個(gè)問題：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？

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(dòng)地設(shè)置和清除。

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。

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

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。

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（） { 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 } __asm void Interrupt_Disable（）

{ LDR R0， =0xE000E180 ; //ICER寄存器的地址 MOVS R1， #04

; //設(shè)置#2中斷 STR R1， ［R0］

; //使能中斷#2 }

1.3 CMSIS標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備驅(qū)動(dòng)函數(shù)

//使能中斷#IRQn __STATIC_INLINE void __NVIC_EnableIRQ（IRQn_Type IRQn） {

if （（int32_t）（IRQn） 》= 0） {

NVIC-》ISER［0U］ = （uint32_t）（1UL 《《 （（（uint32_t）（int32_t）IRQn） & 0x1FUL））;

} } //清除中斷#IRQn __STATIC_INLINE void __NVIC_DisableIRQ（IRQn_Type IRQn） {

if （（int32_t）（IRQn） 》= 0） {

NVIC-》ICER［0U］ = （uint32_t）（1UL 《《 （（（uint32_t）（int32_t）IRQn） & 0x1FUL））;

__DSB（）;

__ISB（）;

} } //讀取使能中斷#IRQn __STATIC_INLINE uint32_t __NVIC_GetEnableIRQ（IRQn_Type IRQn） {

if （（int32_t）（IRQn） 》= 0） {

return（（uint32_t）（（（NVIC-》ISER［0U］ & （1UL 《《 （（（uint32_t）（int32_t）IRQn） & 0x1FUL））） ！= 0UL） ？ 1UL ： 0UL））;

}

else {

return（0U）; } }

2. 中斷掛起和清除掛起

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(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)先級還沒有降低到可以處理掛起的請求，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?？梢酝ㄟ^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。

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(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（） { 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 MOVS R1， #0x4

; //中斷#2 STR R1， ［R0］

; //掛起#2中斷 } __asm void Interrupt_Clear_Pending（） { 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， =0xE000E280

; //設(shè)置清除中斷掛起寄存器地址 MOVS R1， #0x4

; //中斷#2 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 __STATIC_INLINE void __NVIC_SetPendingIRQ（IRQn_Type IRQn） {

if （（int32_t）（IRQn） 》= 0） { NVIC-》ISPR［0U］ = （uint32_t）（1UL 《《 （（（uint32_t）（int32_t）IRQn） & 0x1FUL））;

} } //清除中斷掛起 __STATIC_INLINE void __NVIC_ClearPendingIRQ（IRQn_Type IRQn） { if （（int32_t）（IRQn） 》= 0） {

NVIC-》ICPR［0U］ = （uint32_t）（1UL 《《 （（（uint32_t）（int32_t）IRQn） & 0x1FUL））;

} } //讀取中斷掛起狀態(tài) __STATIC_INLINE uint32_t __NVIC_GetPendingIRQ（IRQn_Type IRQn） {

if （（int32_t）（IRQn） 》= 0） {

return（（uint32_t）（（（NVIC-》ISPR［0U］ & （1UL 《《 （（（uint32_t）（int32_t）IRQn） & 0x1FUL））） ！= 0UL） ？ 1UL ： 0UL））;

} else { return（0U）; } }

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》。

編輯：黃飛