中斷
單片機(jī)CPU在處理某一事情A時，發(fā)作了另一事情B懇求CPU敏捷去處理（中斷發(fā)作）；CPU暫時中斷當(dāng)時的作業(yè)，轉(zhuǎn)去處理事情B（中斷呼應(yīng)和中斷效勞）；待CPU將事情B處理完畢后，再回到本來事情A被中斷的當(dāng)?shù)爻掷m(xù)處理事情A（中斷回來），這一進(jìn)程稱為中斷。
例如
當(dāng)你正在洗衣時，俄然手機(jī)響了（中斷發(fā)作），你暫時中斷洗衣的作業(yè)，轉(zhuǎn)去接電話（中斷呼應(yīng)和中斷效勞），待你接完后，再回來持續(xù)洗衣（中斷回來），這一進(jìn)程就是中斷。
單片機(jī)中斷分為內(nèi)部中斷和外部中斷兩大類，外部中斷由單片機(jī)外部設(shè)備發(fā)生，中斷發(fā)生后經(jīng)過單片機(jī)的外部管腳傳遞給單片機(jī)，傳遞這個中斷信號最簡略的辦法就是規(guī)則單片機(jī)的管腳在什么狀況下有外部中斷發(fā)生，這樣單片機(jī)一般是有一個或多個IO口當(dāng)在輸入狀況時能夠用來檢測外部中斷信號。有外部中斷發(fā)生的條件一般也就是這五種：IO口輸入為高、IO口輸入為低、IO口輸入由高變?yōu)榈?、IO口輸入由低變?yōu)楦?、IO口輸入由高變低或許由低變高。
一個銜接到單片機(jī)的外部設(shè)備，如果想要運用單片機(jī)的外部中斷，就有必要在自己懇求單片機(jī)中斷呼應(yīng)的時分給單片機(jī)供給單片機(jī)在這五種信號中所支撐的類型來觸發(fā)單片機(jī)中斷。程序作業(yè)中，一個中斷不是只發(fā)生一次，一般都會距離持續(xù)發(fā)生，這五種外部中斷觸發(fā)信號前四種都有一個問題，就是程控直流電源外設(shè)發(fā)出懇求中斷信號后如果信號懇求線狀況不改動，程控直流電源外設(shè)會無法向單片機(jī)供給下一次中斷懇求信號。讓我們來看看以單片機(jī)和外部設(shè)備選用負(fù)跳變觸發(fā)中斷為例的觸發(fā)狀況。
外部設(shè)備以負(fù)跳變觸發(fā)單片機(jī)中斷，第一次中斷懇求外部設(shè)備的中斷懇求輸出腳能夠從高變低，觸發(fā)單片機(jī)中斷，第一次中斷懇求發(fā)作后中斷懇求腳保持輸出低，外部設(shè)備無法發(fā)生第2次中斷的觸發(fā)負(fù)跳變信號。
圖1 程控直流電源外設(shè)只能發(fā)生一次中斷懇求信號暗示圖
將外部設(shè)備的中斷懇求信號做出修正，本來為需求中斷時僅僅輸出從高到低改動，現(xiàn)在改為輸出先從高變到低，經(jīng)過一小段時刻后自己從低變回高，這樣就能夠每次需求中斷時都能向單片機(jī)輸出負(fù)跳變觸發(fā)信號。
圖2 程控直流電源外設(shè)可接連發(fā)生中斷懇求信號暗示圖一
或許是由外部設(shè)備供給某種接口，單片機(jī)經(jīng)過該接口能夠?qū)ν獠吭O(shè)備進(jìn)行中斷鏟除操作，中斷鏟除操作能夠讓外部設(shè)備的中斷懇求輸出腳康復(fù)到高。
圖3 程控直流電源外設(shè)可接連發(fā)生中斷懇求信號暗示圖二
外部中斷觸發(fā)還有一些特殊辦法，比方外部脈沖寬度丈量、外部脈沖計數(shù)等，這些辦法都是在前面幾種基本觸發(fā)辦法上進(jìn)行功用擴(kuò)展得來的，外部脈沖寬度丈量就是當(dāng)中斷信號線跳變時會發(fā)動內(nèi)部一個計時器，到下一次中斷信號線跳變時經(jīng)過計時器得到脈沖寬度并重新發(fā)動計時器，這些辦法很少會運用到，不做詳述。
內(nèi)部中斷是指單片機(jī)內(nèi)部的功用模塊發(fā)生中斷信號，只需是單片機(jī)內(nèi)部在CPU外圍能獨立作業(yè)的功用模塊都會供給中斷功用，常見的內(nèi)部中斷類型有時鐘Timer、串口UART、模數(shù)變換ADC等。內(nèi)部中斷的作業(yè)流程和外部中斷沒太多差異，僅僅中斷懇求信號是在單片機(jī)內(nèi)部進(jìn)行傳輸，中斷信號不是管腳上的電平狀況，而是一個寄存器里邊的相應(yīng)標(biāo)志位，一般當(dāng)某個內(nèi)部中斷發(fā)生中斷懇求時就會將相應(yīng)標(biāo)志方位為1，CPU呼應(yīng)中斷時將這個標(biāo)志位清0。
圖4 內(nèi)部中斷觸發(fā)暗示圖
單片機(jī)對中斷標(biāo)志位的處理辦法沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，具體的約好辦法要看單片機(jī)文檔。大部分是標(biāo)志位為1有中斷發(fā)生，但有少量單片機(jī)是標(biāo)志位為0有中斷發(fā)生；有的單片機(jī)對中斷標(biāo)志位是CPU寫入什么就是給改寫成什么，有的則是規(guī)則有必要經(jīng)過寫1或?qū)?來實現(xiàn)鏟除操作，還有少量只需讀一下中斷標(biāo)志位就會主動鏟除掉該標(biāo)志位。
如果單片機(jī)不想被外部中斷觸發(fā)，大不了將用于銜接外部中斷觸發(fā)信號的管腳接成不會觸發(fā)中斷的電壓狀況就能夠，但內(nèi)部中斷無法去改動內(nèi)部連線，所以單片機(jī)為了能夠挑選中斷是否能夠被除法，在其內(nèi)部會有相關(guān)的寄存器來進(jìn)行挑選，經(jīng)過里邊的操控標(biāo)志位開發(fā)人員能夠根據(jù)實踐狀況決議是否運用中斷。一般單片機(jī)里邊有一個總操控位，這個位能夠操控一切中斷的開與關(guān)，然后每一種中斷自己還有一個獨立的操控位決議自己的開與關(guān)，如果想運用某個中斷，就需求將總中斷開關(guān)和對應(yīng)中斷的開關(guān)都翻開。
當(dāng)單片機(jī)有中斷信號發(fā)生時，就會觸發(fā)對應(yīng)中斷，不同的中斷源會需求不同的呼應(yīng)辦法，也就是說不同的中斷發(fā)生的時分，需求單片機(jī)程序按照不同的中斷源做出不同的呼應(yīng)，這就是中斷效勞程序。如果是UART收到新數(shù)據(jù)發(fā)生中斷，應(yīng)該是UART中斷效勞程序?qū)?shù)據(jù)讀回來并做處理，如果是ADC變換完結(jié)發(fā)生的中斷，需求的則是ADC中斷效勞程序?qū)?shù)據(jù)讀回來并做處理。如果需求清中斷標(biāo)志位動作，一般都是在中斷效勞程序里邊完結(jié)。
不同的中斷源需求與之對應(yīng)的中斷效勞程序，實踐開發(fā)中并不是一切的中斷都會被用到，開發(fā)人員為了節(jié)約程序代碼空間會只寫出自己要運用到的中斷效勞程序，也就是說會有一些中斷沒有與之對應(yīng)的中斷效勞程序，如果觸發(fā)了這樣的中斷，單片機(jī)程序會運轉(zhuǎn)犯錯，前面中斷各自獨立的操控位就排上用場，將這些操控位關(guān)掉，相應(yīng)中斷就不會被觸發(fā)。
單片機(jī)開端上電的時分，如果操控中斷是否被翻開的寄存器操控標(biāo)志位被翻開，可能會呈現(xiàn)中斷被誤觸發(fā)的狀況，而這個中斷如果沒有與之相對應(yīng)的中斷效勞程序的話程序就會跑飛，所以單片機(jī)上電的時分一般會主動將這些寄存器里邊的標(biāo)志位都關(guān)掉，避免誤觸發(fā)。
中斷效勞程序是單片機(jī)程序的一部分，具體內(nèi)容由開發(fā)人員決議，這樣中斷效勞程序的巨細(xì)在單片機(jī)程序中的方位就不固定，當(dāng)單片機(jī)的中斷被觸發(fā)后，單片機(jī)需求知道中斷效勞程序在什么方位才干履行它，單片機(jī)經(jīng)過中斷跳轉(zhuǎn)表（中斷向量表）來處理這個問題。
盡管中斷效勞程序的巨細(xì)和在整個程序中的方位會不固定，但程序只需被燒進(jìn)單片機(jī)體系，關(guān)于這個程序來說其中斷效勞程序的巨細(xì)和在整個程序中的方位就會被固定下來，如果對單片機(jī)程序空間分配我們做出一些約好，將一個肯定固定地址專門分配給中斷運用，程序編譯時會將中斷效勞程序的開端地址（或許是跳轉(zhuǎn)到中斷效勞程序的指令）填到這個肯定固定地址地點的空間，當(dāng)中斷發(fā)生時分，單片機(jī)先將肯定固定地址地點方位里邊的內(nèi)容讀出，根據(jù)所讀內(nèi)容就能夠跳轉(zhuǎn)到中斷效勞程序。
圖5 中斷呼應(yīng)暗示圖
簡略的單片機(jī)所供給的中斷品種有限，為了簡化程序，會給每一個中斷分配一個用來存放中斷效勞程序地址的地址空間，這種辦法其實沒什么不好的當(dāng)?shù)?，僅僅單片機(jī)技能發(fā)展到現(xiàn)在遇到了瓶頸，高端單片機(jī)越來越雜亂，所以一些專業(yè)廠商開端合作共享技能資源，例如ARM公司利用他們在CPU架構(gòu)體系上的技能優(yōu)勢專門給別的的廠商供給CPU內(nèi)核，別的的廠商在ARM內(nèi)核的CPU外圍添加功用模塊，這些功用模塊大都支撐中斷。
圖6 ARM內(nèi)核單片機(jī)架構(gòu)圖
不同廠家在相同CPU內(nèi)核基礎(chǔ)上規(guī)劃出來的單片機(jī)外圍的功用模塊會各不相同，從而中斷的品種和個數(shù)也各不相同，而CPU處理中斷的辦法是一樣的，如果延續(xù)簡略的單片機(jī)給每個中斷都分配一個地址空間的做法顯然有問題，CPU無法知道到底有多少種中斷需求支撐，這些中斷又分別對應(yīng)什么模塊，所以選用別的一種中斷處理辦法，將一切中斷地址都指向同一個，并將一切中斷順次編號，中斷發(fā)生時分CPU會通知中斷效勞程序當(dāng)時中斷編號是多少，然后中斷效勞程序根據(jù)中斷編號做出相應(yīng)呼應(yīng)。
圖7 共用中斷進(jìn)口中斷呼應(yīng)流程圖
圖8 獨立中斷進(jìn)口中斷呼應(yīng)流程圖
一切中斷運用同一個中斷向量地址然后經(jīng)過中斷號判斷中斷類別的辦法盡管處理了通用CPU內(nèi)核中斷不能直接對應(yīng)中斷向量地址的問題，但把它中斷處理的流程和具有獨立中斷向量表的單片機(jī)比較就會發(fā)現(xiàn)中斷的呼應(yīng)速度會變慢。具有獨立中斷向量表的單片機(jī)只需一條跳轉(zhuǎn)指令就能夠直接進(jìn)入中斷程序，而沒有獨立中斷向量表的單片機(jī)需求先跳轉(zhuǎn)到中斷公共進(jìn)口，然后經(jīng)過代碼斷定中斷類別，斷定中斷類別后才跳轉(zhuǎn)到真實的中斷程序中去。C言語的代碼會讓這種狀況愈加惡化，所以如果是沒有獨立中斷向量表的單片機(jī)一般選用匯編查表的辦法加速中斷呼應(yīng)速度。
圖9 匯編中斷快速跳轉(zhuǎn)表
中斷程序履行完畢后回回來持續(xù)履行主程序，這樣就要求中斷不改動主程序的運轉(zhuǎn)狀況，所以中斷呼應(yīng)時需求將程序當(dāng)時運轉(zhuǎn)的狀況信息保存起來，比方程序運轉(zhuǎn)到什么方位、當(dāng)時CPU狀況寄存器的狀況等信息。當(dāng)中斷程序履行完畢，能夠經(jīng)過這些信息將CPU狀況寄存器康復(fù)本來狀況，并能回來原程序持續(xù)履行。不同的單片機(jī)對此的處理辦法也會有不同，一種是完全由硬件來完結(jié)，并不需求程序來進(jìn)行辦理；別的一種是將狀況信息用相應(yīng)指令保存在特定方位，回來時再用相應(yīng)指令康復(fù)本來狀況。
單片機(jī)中斷還有中斷優(yōu)先級和中斷嵌套的概念，但不是一切的單片機(jī)都會支撐這兩種功用。中斷優(yōu)先級是不同的中斷會有不同的優(yōu)先級別，如果一起有兩個中斷發(fā)生，單片時機(jī)先呼應(yīng)優(yōu)先級高的中斷。中斷嵌套是指在中斷呼應(yīng)當(dāng)中又有新的中斷發(fā)生，單片機(jī)能夠暫停當(dāng)時的中斷程序履行去呼應(yīng)新的中斷，新中斷程序履行完今后在接著履行當(dāng)時中斷程序。一般中斷嵌套是高優(yōu)先級的中斷能夠刺進(jìn)低優(yōu)先級中斷呼應(yīng)程序，同級或低級的中斷不能刺進(jìn)當(dāng)時中斷呼應(yīng)程序。
圖10 中斷嵌套暗示圖
中斷過程闡明：
過程①保存主程序現(xiàn)場，履行中斷1效勞程序
過程②保存中斷1效勞程序現(xiàn)場，履行中斷2效勞程序
過程③康復(fù)中斷1效勞程序現(xiàn)場，持續(xù)履行中斷1效勞程序
過程④康復(fù)主程序現(xiàn)場，預(yù)備持續(xù)履行主程序，有新中斷不能持續(xù)履行主程序
過程⑤保存主程序現(xiàn)場，履行中斷3效勞程序
過程⑥康復(fù)主程序現(xiàn)場，預(yù)備持續(xù)履行主程序，有新中斷不能持續(xù)履行主程序
過程⑦保存主程序現(xiàn)場，履行中斷4效勞程序
過程⑧康復(fù)主程序現(xiàn)場，無中斷發(fā)生持續(xù)履行主程序
有的單片機(jī)一進(jìn)入中斷函數(shù)就會主動將中斷的總操控位關(guān)掉，需求程控直流電源工程師在中斷程序頂用程序再次翻開，否則一次中斷后一切的中斷就不能持續(xù)運用。關(guān)于中斷標(biāo)志位，在寫單片機(jī)程序的時分要根據(jù)單片機(jī)文檔進(jìn)行鏟除標(biāo)志為操作，否則有可能會一旦發(fā)生某個中斷就會接連不斷的重復(fù)呼應(yīng)這個中斷，導(dǎo)致主程序不能持續(xù)運轉(zhuǎn)。
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