【第13期】中断机制详解：从向量表到ISR

核心概念：中断不仅仅是"跳转"，更是一次"现场保护与恢复"的精密操作。

很多人觉得中断就是"硬件调用了一个函数"，虽然现象如此，但如果不懂底层的**硬件自动压栈（Stacking）和向量表（Vector Table）**机制，遇到"中断里死机"或者"进不去中断"时就会束手无策。

我们以最通用的 ARM Cortex-M 架构为例（STM32/GD32等均适用），剖析这一过程。

CPU 收到中断信号（比如一个 GPIO 电平变化），它怎么知道去执行哪段代码？答案就在中断向量表。

代码视角的向量表 （通常在 .s 启动文件中）：

__Vectors DCD __initial_sp ; Top of Stack

DCD Reset_Handler ; Reset Handler

DCD NMI_Handler ; NMI Handler

DCD HardFault_Handler ; HardFault Handler

...

DCD USART1_IRQHandler ; USART1

思考一下？ 为什么我们在 C 代码里写的函数名（如 void USART1_IRQHandler(void)）能被 CPU 找到？

答案：因为链接脚本和启动文件配合，将这个 C 函数的地址填入了向量表的对应位置。如果你的函数名拼错了，链接器找不到对应的符号，就会填入默认的 Default_Handler（通常是个死循环），导致中断触发后系统卡死。

这是 ARM Cortex-M 最人性化的设计。在老式的 8 位机或某些架构中，进入中断后，程序员必须手动写汇编代码保存寄存器。

而在 Cortex-M 中，当 CPU 响应中断时，硬件会自动 将当前执行现场的关键寄存器压入堆栈（Stack）。

自动压入栈的 8 个寄存器（顺序很重要）：

为什么是这几个？

R0-R3, R12 是 C 语言调用约定（AAPCS）中的"调用者保存寄存器"（Caller-saved）。编译器默认函数调用可以随意覆盖这几个寄存器，所以中断来了必须先存起来，否则原来的逻辑就乱了。
PC 被保存，是为了知道中断结束后回哪里继续执行。

调试技巧 ：当你遇到 HardFault 或者莫名其妙的死机时，查看栈顶的内存数据，就能看到死机前一瞬间这 8 个寄存器的值。其中栈里的 PC 值 就是死机前正在执行的那行代码！

因为硬件已经帮我们保存了易失性寄存器，所以我们可以直接用标准 C 语言 写中断服务函数，完全不需要加 __interrupt 之类的非标准关键字（这是 ARM 相比 8051/PIC 的一大进步）。

void TIM2_IRQHandler(void) {

// 1. 检查标志位 (防止误触发)

if (TIM2->SR & TIM_SR_UIF) {

// 2. 清除标志位 (必须！否则退出中断后立马又进，死循环)

TIM2->SR = ~TIM_SR_UIF;

// 3. 执行业务逻辑 (越快越好！)

g_tick_count++;

}

普通函数返回是用 RET 或 POP PC。但中断结束时，CPU 怎么知道要从堆栈里把刚才那 8 个寄存器弹出来恢复现场呢？

秘密在于 LR (Link Register)。

当进入中断时，硬件会将 LR 设置为一个特殊值（例如 0xFFFFFFF9），而不是普通的返回地址。当 CPU 执行到 BX LR 指令，发现 LR 是这个特殊值时，它就会触发硬件机制：

关键点：

【第13期】中断机制详解 ：从向量表到ISR