中断

允许 CPU 在执行程序的过程中，暂停当前任务，转而去处理更高优先级的任务（称为中断服务程序，ISR），处理完成后再返回原来的任务继续执行。

为什么需要中断？

中断的主要作用包括：

  1. 提高 CPU 效率：
    • 在没有中断的情况下，CPU 需要通过轮询（Polling）的方式不断检查设备状态，这会浪费大量的 CPU 资源。中断机制允许 CPU 在设备需要处理时才响应，从而提高效率。
  2. 实时响应：
    • 中断可以确保关键事件（如按键按下、定时器溢出等）得到及时处理，满足实时性要求。
  3. 多任务处理：
    • 中断机制使得 CPU 可以在多个任务之间快速切换，实现多任务处理。
  4. 硬件事件处理：
    • 硬件设备（如键盘、鼠标、定时器等）通过中断通知 CPU 有事件发生，CPU 可以及时处理这些事件。

如何实现中断？

中断的实现通常包括以下几个步骤：

(1) 硬件支持

  • 中断源：能够触发中断的事件或设备（如定时器、外部按键、串口接收数据等）。
  • 中断控制器：负责管理多个中断源，并根据优先级决定哪个中断先被处理（如 ARM Cortex-M 中的 NVIC）。
  • 中断向量表：存储中断服务程序（ISR）入口地址的表格，CPU 根据中断号查找对应的 ISR。

(2) 软件实现

  1. 初始化中断：
    • 配置中断源（如定时器、GPIO 等）。
    • 设置中断优先级。
    • 使能中断。
  2. 编写中断服务程序（ISR）：
    • ISR 是处理中断事件的函数，通常需要快速执行并清除中断标志。
  3. 处理中断：
    • 当中断发生时，CPU 保存当前上下文（如寄存器值），跳转到 ISR 执行，执行完成后恢复上下文并继续原来的任务。

具体例子：STM32 定时器中断

以下是一个基于 STM32 的定时器中断示例，展示了如何实现中断。

(1) 硬件环境

  • STM32 微控制器（如 STM32F103）。
  • 定时器（如 TIM2）用于周期性触发中断。

(2) 代码实现

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void TIM5_Int_Init(u16 arr,u16 psc)
{
    TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;
	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM5, ENABLE); //时钟使能
	
	//定时器TIM3初始化
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr; 					//设置在下一个更新事件装入活动的自动重装载寄存器周期的值	
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc; 					//设置用来作为TIMx时钟频率除数的预分频值
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1; 	//设置时钟分割:TDTS = Tck_tim
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //TIM向上计数模式
	TIM_TimeBaseInit(TIM5, &TIM_TimeBaseStructure); 			//根据指定的参数初始化TIMx的时间基数单位
 
	TIM_ITConfig(TIM5,TIM_IT_Update,ENABLE ); 					//使能指定的TIM5中断,允许更新中断

	//中断优先级NVIC设置
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM5_IRQn;  			//TIM5中断
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 5;  	//先占优先级5级
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;  		//从优先级0级
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; 			//IRQ通道被使能
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);  							//初始化NVIC寄存器

	TIM_Cmd(TIM5, ENABLE);  									//使能TIM5					 
}

//定时器3中断服务函数
void TIM3_IRQHandler(void)
{
	if(TIM_GetITStatus(TIM3,TIM_IT_Update)==SET) //溢出中断
	{
		printf("TIM3输出.......\r\n");
	}
	TIM_ClearITPendingBit(TIM3,TIM_IT_Update);  //清除中断标志位
}

在 main 函数中调用 TIM2_Int_Init(4999, 7199); 后，定时器会独立于 main 函数继续运行，并且当满足条件时（如定时器计数溢出），CPU 会自动跳转到中断服务函数（ISR）中处理中断事件。

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int main(void)
{
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_4);//设置系统中断优先级分组4	 
	delay_init();	    				//延时函数初始化	 
	uart_init(115200);					//初始化串口
	LED_Init();		  					//初始化LED
    /*从0开始计数到9999，系统时钟频率为 72 MHz，分频7200后计数频率为10000Hz，即1秒计数10000次*/
	TIM3_Int_Init(10000-1,7200-1);		//初始化定时器3，定时器周期1S
	while(1){
	//...
	}
}