MCU中断资源使用指南：如何合理、高效地利用中断功能？

MCU中断资源使用指南：如何合理、高效地利用中断功能？

MCU的中断功能是芯片里非常重要的一个功能模块，也是对产品功能和性能优劣有着至关重要的一项功能。本文将深入探讨如何合理、高效地使用MCU的中断资源，包括中断资源的种类、优先级设置、使用场景和注意事项等。

MCU中断资源概述

MCU的中断资源因内核不同而有所差异。以常见的51单片机和ARM Cortex-M系列单片机为例：

• 51单片机：共有5~6个中断源，包括外部中断（2个）、定时器中断（3个）、串口中断（1个）。它们的初始优先级从高到低依次为：外部中断0 > 定时器0 > 外部中断1 > 定时器1 > 串口中断 > 定时器2。

要使用51单片机的中断，需要设置两个寄存器：中断允许寄存器IE和中断优先级寄存器IP。中断允许寄存器支持对每个中断进行位操作和总允许控制，而中断优先级寄存器则可以改变中断源的优先级，分为高和低两个优先级。

• ARM Cortex-M系列单片机：中断资源更加丰富，内嵌了中断控制器NVIC和扩展中断EXTI事件控制器。

中断使用问答

问题1：为什么要用中断？中断能解决什么问题？

中断功能最重要的价值在于实现“任务切换”，通过中断方式从某个任务切换到另一个任务，从而实现CPU资源的最大化。在运行操作系统的MCU中，中断承担着更加重要的角色，如进程调度、内存管理等功能都需要用到中断功能。

问题2：如何高效利用中断资源？

1. 合理设计中断资源的外部线路，尤其是存在多种外部中断输入时。例如，将触发频率较低的按键信号安排在外部中断1，将频率较高的信号放在中断0。
2. 合理设置中断优先级，让实时性要求高的中断任务获得更高的优先级。
3. 精确计算中断服务程序的执行时长，评估其对被中断任务的影响。在执行实时性很高的子程序时可以考虑屏蔽中断响应，执行完之后再开放中断。

问题3：使用中断有哪些注意事项？

1. 中断函数被调用的时间不固定，因此需要自己保护现场。
2. 中断函数被调用的地点不固定，当前的任务无法给中断函数传参。
3. 中断函数的返回地点不固定，因此中断函数不能有返回值。

在一个嵌入式ARM裸机环境下，编写中断处理函数时一般要遵循以下基本流程：

1. 保存中断现场：状态寄存器、返回地址入栈、中断ISR中要用到的寄存器入栈。
2. 清中断：关中断，保护现场。有些硬件会自动清除，重开中断前记得要清除。
3. 执行用户编写的中断处理函数。
4. 恢复现场：将栈中保存的数据弹到CPU的各个寄存器中，恢复被中断的现场，从栈中弹出返回地址到PC寄存器，CPU从被打断的程序处继续执行。

问题4：如何使用才能让它稳定可靠？

对于可靠性要求更高的产品，需要对中断服务有非常精准的把控，高度的确定性是稳定可靠的前提条件。在使用中断嵌套时要非常小心，避免在特殊情况下高优先级的中断始终占用芯片资源。如果不能准确判断中断的频率和占用资源的情况，就要想办法避免中断嵌套的发生。最简单的方法是在进入某个中断服务子程序后暂时关闭所有中断，在完成这个服务程序后再打开中断允许，让中断服务按照先到先执行的方式运行。