嵌入式开发系列教程（四） 单片机的中断

中断是用以提高计算机工作效率、增强计算机功能的一项重要技术。最初引入硬件中断，只是出于性能上的考量。如果计算机系统没有中断，则处理器与外部设备通信时，它必须在向该设备发出指令后进行忙等待，反复轮询该设备是否完成了动作并返回结果。这就造成了大量处理器周期被浪费。

其实这里面主要涉及到了软件开发中同步和异步概念。

这里我们以定时器为例。假设我们需要开一个1s的定时器。

• 定时器模块是独立工作的，它和CPU有一段共享的RAM空间，方便他们进行数据传递，在本系列文章第一篇MCU和外设中有详细解释。
• 既然定时器是独立工作的，我们做一个类比
  • 你在宿舍看电视，到了饭点，叫了外卖。
  • 你自己看电视，相当于主循环，是你自己在做，相当于CPU
  • 外卖系统相当于定时器，是其他在做，相当于定时器模块
  • 这两部分是完全分别独立工作的。
  • 你不停的打电话问，快递到了么，是轮询，这样你电视就干不成了。
  • 他到了，打你电话，这叫中断，但这个电话你必须听到。
  • 电话铃响，你暂停电视叫保护现场，去去开门，吃饭，叫中断处理，吃完饭，继续看电视，叫恢复现场，这是中断处理函数。
  • 你暂停电视（保护现场），每隔两分钟打一次电话问外卖是否到了（不需要保护现场了），吃过饭，继续看电视（恢复现场），这是轮询过程。

在上面的类比中，我们很明显的能够感受到，中断的效率是高的，但是这需要你必须能够接到快递小哥给你的电话，你的电话不能欠费。在单片机中，我们需要有一套中断系统，来做这件事，这样的话，中断系统需要做到几点

• 改变CPU的执行流，即强行改变PC寄存器的值。
• 保护现场，需要和中断函数合作，但在单片机C语言编程中，编译器帮你完成了相当一部分工作。
  • CPU级别的现场保护，在coretxM3中，他提供了PSP和MSP两个栈寄存器，您可以阅读相关文章详细了解
  • 编译器帮你完成的现场保护，您可以结合单片机的C语言一文，思考一下，编译器是怎么保护现场的。
  • 你自己需要做到的现场保护，主要指全局变量的处理，多为一些flag标记。

我们知道中断函数要保护现场，可为什么不能有参数呢呢？

• 外设和CPU是两个独立的构件。
• 函数调用是正常的CPU执行流程，前面准备参数，接着调用，而中断并不知道什么时候会来
• 中断函数，是非常特殊的一类函数，编译器也为他做了特殊的准备。他不是被调用的，他是外设硬生生的改变了PC寄存器的值
• 中断需要的参数，一般来说都是外设产生的，和CPU不是一个系统，根本没有办法按照普通的传递参数的方法传递。
• 中断函数需要的参数，是通过外设和CPU那一段共享的RAM来传递的，也就是我们理解的外设寄存器。

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