在生活中，我们做一件事时常常被打断，然后自动去处理更紧急的事情。那么在计算机又是如何识别和处理这些紧急事件呢？本文将主要介绍什么是中断，中断服务函数又是什么，遇到中断了硬件和软件是怎么协作的呢？。
一、定义
1、定义
中断（Interrupt）是计算机体系结构中一种硬件驱动的控制转移机制。
当处理器正在执行某条指令流时，外部或内部硬件事件（中断源）向处理器发送请求信号（即：不是CPU主动轮询去查事件有没发生，是硬件主动通知CPU） ，处理器在当前指令执行完毕后，暂停原有指令流，保存执行现场，转去执行预先指定的中断处理程序；处理完成后恢复现场，回到被暂停的指令流继续执行。
2、核心名词
中断源：发出信号的地方（外部引脚、定时器、串口、ADC等）
中断服务函数（ISR）：中断来了之后，要跑的那段专门处理代码。
中断标志位：硬件置1，告诉CPU：有中断来了，处理完一般软件/硬件清零。
中断优先级：多个中断同时来，先处理优先级高的；高优先级可以抢占低优先级（中断嵌套）
开/关中断（总中断开关）：全局开关，关掉之后所有中断都不响应。
二、中断的作用
相对轮询，中断可以：
及时响应外部事件 ：按键触发、外部传感器信号、脉冲输入，不用一直循环检测
解放CPU ：没有事件的时候，CPU安心跑主业务，有事才临时切过去处理
精准定时 ：定时器中断，用来做固定周期任务（1ms定时、PWM、采样）
通信收发 ：串口、I2C、SPI收到数据、发完一帧触发中断，避免轮询卡死
故障紧急处理：硬件错误、电源异常、看门狗等紧急告警。
三、普通函数和中断服务函数ISR区别
有人会认为"ISR不就是一个特殊的函数吗？"，虽然语法上看起来像C函数，但是执行模型和调度者完全不一样 。
普通函数是软件调度 的，编译器自动根据函数情况，按需保存用到寄存器，C函数可以传参数，也可以有返回值
中断服务函数是硬件事件驱动的，中断突如其来，CPU不知道当前主程序正在用哪些寄存器。Cortex-M内核硬件会自动压入一部分寄存器，剩下的需要程序员、编译器手动保存（有些编译器__interrupt关键字自动处理）。ISR不是普通return，用专门的中断返回指令（Cortex-M是BX LR，由编译器自动生成），回到被打断的断点，而不是某个函数的调用点。
| 对比项 | 普通函数 | 中断服务函数 |
|---|---|---|
| 触发方式 | 代码主动调用,顺序可控制 | 硬件中断自动触发，触发时机不可预知 |
| 参数、返回值 | 可以有参数、return返回 | 无参数无返回值 |
| 是否抢占 | 不能，顺序执行 | 高优先级可抢占主程序或低优先级中断（由中断优先级控制） |
| 调用位置 | 代码可以随便写调用 | 禁止手动调用 |
| 执行时长 | 无强制限制 | 必须尽量短，禁止阻塞 |
| 返回 | return 回到调用行 | 中断专用返回指令，回到被打断断点 |
| 注册 | 无需注册 | 需要放在中断向量表 |
四、中断服务函数（ISR）底层实现
底层本质:ISR不是CPU自带的一段特殊代码，而是你写好、放在内存里，在中断向量表登记入口地址；当中断请求到来时，硬件自动完成一系列动作，最终跳转到这个入口地址执行你的代码
整个流程分为6个阶段（以Cortex-M为例子）：
前提：已配置好外设、打开外设中断、打开NVIC、打开全局中断
阶段1：中断源发起中断请求（硬件）
外设检测到事件，把中断标志位（IF）置1
如果外设的中断使能位打开，就向外设中断控制器（NVIC）发出中断请求信号IRQ
阶段2：处理器判断是否响应中断（在一条指令执行完之后才响应）
CPU有一条硬件规则：不会打断一条正在执行的指令，必须等当前指令执行结束，才检查是否有中断请求。
判断：总中断开关是否开启；这个中断的优先级，是否高于当前正在执行上下文的优先级（这一步硬件自动做，软件代码不参与）
阶段3：硬件自动保存上下文（自动压栈）【Cortex-M特色】
Cortex-M内核硬件自动把一部分寄存器压入当前栈（主栈MSP、进程线PSP）--这是硬件入栈，不需要软件写汇编push
剩下在ISR里用到的其他寄存器，由编译器自动生成PUSH汇编保存（编译器识别到是中断函数，自动补）
同时硬件更新LR特殊值（EXC_RETURN）
51单片机没有硬件自动压栈，全部靠软件在ISR开头手动PUSH、结尾POP
阶段4：查表，跳转到中断服务函数入口（核心：中断向量表）
处理器去访问中断向量表（Vector Table），CPU根据本次中断的中断号，索引向量表，拿到ISR的起始地址，修改PC寄存器，从而开始执行中断服务函数。
向量表本质就是一块连续的内存数组，里面存的全是地址
阶段5：执行中断服务函数（你写的C代码，编译成汇编）
c
void EXTIO_ISRHandler(void)
{
if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line0)!=RESET)
{
//业务：读寄存器，置标志
EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line0);//软件清除中断标志（非常关键哦）
}
}这里有两种标志：
硬件自动清零：部分外设、读寄存器自动清标志位
软件手动清零：EXTI、很多定时器，必须代码写寄存器清除挂起位，不清会一进一出反复触发中断（中断雪崩）
在Keil里用__irq/GCC用__attribute__((interrupt))标记，告诉编译器：a：这个函数不能用普通函数返回；b：自动保存用到的寄存器；c：结尾生成中断返回指令。
阶段6：中断返回、恢复上下文
ISR末尾，编译器生成BX LR 指令
CPU识别到这是中断返回，根据EXC_RETURN的值：
a从栈里硬件自动弹出之前保存的寄存器
bPC恢复成被打断时原来的地址；
c：回到之前被暂停的代码继续运行
d：退出中断上下文，回到线程上下文。
五、说明
1、国内有些单片机教材，习惯把异常也称为中断。实际两者是差别的：
中断（Interrupt） ：事件和CPU指令流不同步，不知道什么时候来（eg：外部引脚、串口接收、定时器溢出），所以是异步的
异常（Exception） ：由当前正在执行的指令本身引发，和指令同步（访问非法地址、未定义指令），所以是同步的
2、中断服务函数一定要短，快进快出
中断不要写：delay、printf、长循环、复杂运算
正确做法：读硬件寄存器，只标记一个标志位/发事件信号；复杂逻辑放到主循环或者RTOS任务里去执行。
RTOS中，ISR里不能直接嗲用会阻塞的API（eg：osSemaphoreWait()），只能用ISR专用版本
3、千万不要手动ISR（）
手动调用会破坏中断上下文，引发异常或死机
4、ISR不是硬件写的，是程序员写的软件代码
硬件：进入ISR、保存现场、查表跳转、恢复现场这一套流程，是处理器硬件电路和内核逻辑自动完成的。
软件只负责配置中断、写ISR业务、清中断标志。