單片機跑起來第三章：中斷機制

中斷機制

中斷機制在單片機及嵌入式系統(tǒng)中是重中之重，我們必須深入理解。首先我們要明白一點：CPU執(zhí)行指令代碼，并非一直順序地逐條執(zhí)行，而是可能突然跳到某段代碼上去的。因為這段代碼的優(yōu)先級更高，或者說它更加緊迫，CPU必須暫時放下手上的的工作，立即去執(zhí)行它，否則就可能導(dǎo)致不良的后果，甚至是嚴(yán)重的事故。這個“突然跳轉(zhuǎn)”有時是可以人為預(yù)見的，或者是設(shè)計人員故意使然，但有些時候卻是隨機的，無法事先斷定它發(fā)生的具體時間。這就是“中斷”最為通俗的表述，如圖1.22所示。

圖1.22 對“中斷機制”的表述

有人說：“中斷似乎是在給CPU搗亂嘛，它總是在打斷程序的正常執(zhí)行?！辈诲e，但是不能說是“搗亂”，因為中斷的存在是合理的，是為了解決實實在在的問題而產(chǎn)生的。比如說，一個單片機正在正常工作，它同時還要接收來自于串口的數(shù)據(jù)，但是它又不知道數(shù)據(jù)何時會到，為了解決這一問題，我們可以采用CPU輪詢方式，即不停地查看是否有新的數(shù)據(jù)到來，如果有則進行接收。這樣作的最大問題在于浪費CPU的運行時間，這可能會影響到其它任務(wù)的執(zhí)行效率。如果使用中斷方式，將使CPU得以解放，在沒有數(shù)據(jù)到來之前它可以安心地去作其它工作。串口控制器（CPU外設(shè)）在接收到新的數(shù)據(jù)后主動通知CPU（這個通知的過程依賴于專門的中斷控制電路以及CPU的中斷源），CPU立即跳到事先設(shè)計好的處理代碼（ISR，中斷服務(wù)程序）去執(zhí)行，完成數(shù)據(jù)的接收和處理。最后再跳回到原來的“斷點”處繼續(xù)完成手上的工作。

關(guān)于中斷，其實包含有非常多的內(nèi)容，比如現(xiàn)場維護、中斷向量、中斷優(yōu)先級、中斷響應(yīng)速度、中斷的嵌套等等。要將這一切融會貫通，我們才能在實際的開發(fā)過程中游刃有余。不過，中斷很多時候要比我們想像得更加復(fù)雜一些：如果主程序在順序執(zhí)行過程中產(chǎn)生了中斷，CPU立即轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序，那如果在執(zhí)行中斷服務(wù)程序的過程中，再一次產(chǎn)生了中斷，CPU又該何去何從呢？這就是上面所說的“中斷嵌套”所要解決的問題（這里只是簡單說說，讓大家心中有初步的認識）。

好，本章到這里就告一段落了。振南希望通過此章能夠讓大家從根本上實實在在地認識到CPU與單片機體系結(jié)構(gòu)以及運作機理的本質(zhì)，在腦中建立起一個形象的模型。有了這個基礎(chǔ)，大家對單片機的理解才能真正作到入木三分，學(xué)習(xí)和領(lǐng)悟才能事半功倍。

單片機和C語言其實不難，從某種意義上來說，它只不過是一個“熟練工種”，最重要的是“入門”。基礎(chǔ)加上我們的聰明才智，每一個人都能成為高手！