【C】嵌入式的中断，理解

🚀 嵌入式中断（Interrupt）概念解析

在嵌入式系统中，中断（Interrupt）是一种硬件或软件事件 ，它可以打断 CPU 的正常运行流程，立即执行特定的中断服务程序（ISR，Interrupt Service Routine），以快速响应某些紧急任务或外设事件。

🔹 为什么需要中断？

在嵌入式系统中，CPU 通常需要处理外部事件（例如按键输入、传感器数据、通信数据等）。有两种方式来检测这些事件：

轮询（Polling）
- CPU 主动循环检查某个外设状态（如读取按键是否按下）。
- 缺点：CPU 资源占用高，即使没有事件发生，也会不断执行检查，浪费功耗。
中断（Interrupt）
- 事件发生时 ，外设主动通知 CPU，让 CPU 立即执行处理代码。
- 优势：
  ✅ 降低 CPU 资源消耗 （无需不断轮询）
  ✅ 实时性更高（事件发生时立即响应）

🔹 中断的基本流程

外设或软件触发中断
- 例如，串口收到一帧数据、定时器超时、按钮被按下。
CPU 保存当前执行状态
- 保存 PC（程序计数器）、寄存器等状态，以便稍后返回继续执行。
CPU 跳转到中断服务程序（ISR）
- 执行对应的中断服务函数，处理事件（如读取传感器数据）。
ISR 结束后，恢复 CPU 运行
- CPU 恢复之前的状态，继续执行被中断的代码。

🔹 硬件中断 vs. 软件中断

类型	触发方式	应用场景
硬件中断	外设（GPIO、定时器、串口）等触发	传感器数据采集、定时任务
软件中断	软件代码手动触发 `trigger_interrupt()`	任务切换、异常处理

🔹 常见的中断类型

① 外部中断（GPIO、按键）

通过 外部引脚 触发，如 按键按下、传感器信号变化。
示例：STM32 的 EXTI（外部中断控制器）

② 定时器中断

设定定时器定期触发 ，用于周期性任务，如 定时 LED 闪烁、定时任务调度。
示例：STM32 的 TIMx 计时器

③ 串口中断（UART、SPI、I2C）

当串口收到数据 或 发送完成 时触发。
示例：串口接收中断 USART_RX_IRQHandler()

④ DMA（直接内存访问）中断

数据传输完成 时触发，如 ADC 采集完数据后通知 CPU 处理。
适用于 大数据量传输，减少 CPU 负担。

🔹 中断代码示例

① GPIO 外部中断

📌 场景： 按键按下触发中断，点亮 LED

c 复制代码

// 1. 初始化外部中断
void GPIO_EXTI_Init(void)
{
    EXTI->IMR |= (1 << 0);  // 使能外部中断 0 (GPIO0)
    EXTI->RTSR |= (1 << 0); // 触发方式：上升沿--【  指信号 从低电平（0）跳变到高电平（1） 的瞬间
    NVIC_EnableIRQ(EXTI0_IRQn); // 使能 NVIC 中断
}

// 2. 外部中断服务函数
void EXTI0_IRQHandler(void)
{
    if (EXTI->PR & (1 << 0)) // 检测是否是 EXTI0 触发
    {
        LED_Toggle(); // 反转 LED 状态
        EXTI->PR |= (1 << 0); // 清除中断标志位
    }
}

🔹 流程：

按键按下，GPIO 产生电平变化（上升沿）。
EXTI0_IRQHandler() 被 CPU 调用，执行 LED 反转 逻辑。
清除中断标志位，等待下一次中断触发。

② 定时器中断

📌 场景： 每 1 秒触发一次定时器中断，控制 LED 闪烁

c 复制代码

// 1. 配置定时器
void Timer_Init(void)
{
    TIM2->PSC = 8000 - 1;   // 预分频，使 1ms 计数一次
    TIM2->ARR = 1000 - 1;   // 自动重装值，1s 触发一次
    TIM2->DIER |= (1 << 0); // 使能中断
    NVIC_EnableIRQ(TIM2_IRQn); // 使能 NVIC 中断
    TIM2->CR1 |= (1 << 0);  // 使能定时器
}

// 2. 定时器中断服务函数
void TIM2_IRQHandler(void)
{
    if (TIM2->SR & (1 << 0)) // 检测中断标志
    {
        LED_Toggle(); // LED 反转
        TIM2->SR &= ~(1 << 0); // 清除中断标志
    }
}

🔹 流程：

定时器 TIM2 每隔 1 秒触发一次中断。
TIM2_IRQHandler() 处理中断，执行 LED 反转操作。
清除中断标志，等待下一次定时触发。

🔹 中断的高级用法

1️⃣ 中断嵌套

高优先级中断可以打断低优先级的中断。
例如：定时器中断（低优先级） 执行时，外部 GPIO 按键（高优先级） 依然能触发并中断。

2️⃣ 低功耗模式下的中断唤醒

嵌入式设备在低功耗模式下（如 STOP、SLEEP），CPU 处于休眠状态。
外部中断（如 GPIO、串口）可以唤醒系统，减少功耗。

c 复制代码

// 进入低功耗模式
__WFI();  // 等待中断，CPU 休眠

📌 场景： 设备长时间待机，按键唤醒系统。

🔹 小结

概念	说明
中断	事件发生时 CPU 立即响应，执行 ISR 处理
轮询	CPU 不断检查外设状态，效率低
外部中断	例如按键、GPIO 触发
定时器中断	例如 1 秒触发一次定时任务
串口中断	UART、SPI、I2C 数据接收
DMA 中断	数据传输完成通知 CPU
中断嵌套	高优先级中断可抢占低优先级

📌 嵌入式开发中，中断是 提高系统实时性和效率的重要手段 🎯