引子

什么是中断

​ 举个生活中的小栗子吧，我正在编写这个文档，突然门铃响了，我去开下门，原来是快递，签收完快递后，又回来接着写。

​ 上面的例子中，

1. 我就是CPU
2. 编写文档，是主运行程序
3. 门铃响了，是中断信号
4. 查看到是快递，是查询中断号
5. 签收快递，是中断处理程序
6. 签收完快递后继续工作，是中断返回

即，中断就是由于某些事件打断CPU主运行程序运行，并处理该事件，处理完后继续运行主程序的过程。

为什么需要中断

​ 同样用上面的例子，把中断去掉，即上述步骤中第3步去掉，即，我需要编写文档的同时，需要过段时间就去门口看看是否有快递到了，可见这样的过程非常浪费我的时间，效率也非常的低。

​ 中断的目的是提高CPU的利用率。因此也可以理解为什么中断越短越好。

什么是中断优先级

​ 还用上面的例子，如果门铃响的同事，厨房煤气烧的热水也开了，此时就需要优先级了，例如优先把煤气关掉。

​ 因此，当多个中断同时触发时，优先级可以告诉CPU该优先处理哪个。

什么是中断嵌套

​ 上面的例子，如果我在签收快递的过程中，水开了，我先去关了煤气，在回来继续签收快递，这就是中断嵌套，在中断中处理优先级更高的中断。

什么是入栈和出栈

​ 还是上面的例子，当我收快递前，我先找本子记录下文档写到哪里了，然后在去收快递，收完后，我从本子里记录的位置重新工作。

​ 其中，本子就是栈，记录到本子的过程就是入栈，从本子中读出的过程就是出栈。

​ 可见，目的只有一个，为了恢复现场，防止收完快递后忘记自己写到哪里了。

​ 栈是一中内存的管理方式，具有先进后出，后进现场的特点。

Cortex-M3中断管理

​ Cortex-M3设计了一个非常优秀的中断系统，让系统异常（可以看做是特殊的中断）和中断的处理非常的及时和方便，即NVIC（Nested Vectored Interrupt Controller）。

​ 在Cortex-M3的相关资料中，异常和中断都是分开说明的，此处我把他们合并在一起说明，都当做中断来看，原因是他们的特性实在太相似了。

向量中断支持

1. M3把各种中断都映射不同的地址上，当中断发生时，M3会根据中断号从表中查找到中断入口函数的地址，然后跳转过去并执行。
2. 映射在哪个地址上是可以配置的，因此我们在修改程序的起始地址时，必须把中断向量重新映射，例如boot+app开发时。
3. 如下表，1-15号用于系统异常，16号以上用于外部中断。

可嵌套中断支持

​ 前面了解到，中断嵌套与优先级密闭不可分。

​ 如上表优先级一列，在M3中优先级的数值越小，优先级越高。其中，复位，NMI和硬件fault的优先级是固定，且高于其他中断。

​ 理论上，M3支持3个固定最高优先级+256级可编程优先级，同时支持128级抢占。M3毕竟是由于嵌入式系统，芯片厂家在实现时都会进行精简，比理论值要小。因此，请忘记上面的数字，以芯片实际情况为准。

​ 如下图，M3为了管理优先级，

1. 通过寄存器AIRCR为优先级分组，通过分组我们可以知道哪些bit代表抢占优先级，哪些bit代表亚优先级，如图中1->2->4。
2. 中断优先级寄存器阵列的每个寄存器都是8位的，映射到优先级分组后，如图中3->4，经过此映射，M3就知道每个中断的抢占优先级和亚优先级分别是多少了。
3. 当多个中断同时发生时，M3首先选择抢占优先级最高的中断执行，当抢占优先级相同的中断同时触发时，M3优先选亚优先级最高的执行。
4. 到此，我们也明白了为什么理论上优先级有256级，抢占优先级只有128个了。

动态优先级调整支持

​ 可以在程序运行过程中更改某中断的优先级。

中断可屏蔽

​

中断延迟大大缩短

1. 向量化的设计，省去软件判断中断来源。
2. M3自动压栈和出栈R0-R3,R12,LR，PSR，PC寄存器，注意R4-R11需要手工入栈。
3. 优先级的有效合理分配，可以使需要的中断立马及时响应。
4. 咬尾中断和晚到中断机制，保证高优先级中断的实时响应。
5. 永不屏蔽的NMI（不可屏蔽中断），可以使系统第一时间做出响应，除非CPU挂了。

中断

注释：

​ 如果理解了入栈、出栈流程和优先级，那么咬尾中断和晚到中断机制就好理解了。

​ 咬尾中断：出栈时的优化，不出栈直接运行更高优先级中断，高优先级处理完毕后，一次一起出栈，省掉一次出栈过程。

​ 晚到中断机制：入栈时的优化，入栈初期，更高优先级中断产生，先入栈更高优先级，提高高优先响应速度。

代码配置

​ 下面代码和上面的描述一一对应，不难理解。

static VOID UART1_NvicConfiguration(VOID)
{
    NVIC_InitPara NVIC_InitStructure;
    
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQ = USART1_IRQn; /* 要配置的中断号 */
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQPreemptPriority = 0; /* 抢占优先级 */
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQSubPriority = 0;  /* 亚优先级 */
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQEnable = ENABLE;  /* 使能控制 */
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}

代码路径

https://github.com/YaFood/GD32F103/tree/master/TestUART