单片机中断驱动程序开发：从零开始构建可靠的中断驱动

# 1. 单片机中断概述

**1.1 中断的概念**

中断是一种硬件机制，当发生特定事件（如外部输入、定时器溢出）时，它会暂停当前程序执行并跳转到一个特定的处理程序。中断处理程序执行完成后，程序将从中断点继续执行。

**1.2 中断的分类**

中断可以分为两类：

* **可屏蔽中断：**可以被软件禁止或允许。
* **不可屏蔽中断：**不能被软件禁止，始终处于活动状态。

# 2. 中断驱动程序的理论基础

### 2.1 中断机制和中断向量表

**中断机制**

中断是一种硬件机制，当发生特定事件（称为中断请求）时，它会暂停当前正在执行的程序，并跳转到一个称为中断服务程序（ISR）的预定义代码段。ISR 处理中断请求，然后程序返回到中断前的执行点。

**中断向量表**

中断向量表是一个存储在固定内存位置的表，其中包含每个中断请求的 ISR 地址。当发生中断时，处理器会根据中断请求号查找中断向量表，并跳转到相应的 ISR。

### 2.2 中断服务程序的结构和编写

**ISR 结构**

ISR 通常遵循以下结构：

- **保存寄存器：**保存当前程序的寄存器值，以备中断处理完成后恢复。
- **处理中断请求：**执行与中断请求相关的操作，例如读取输入、更新状态或触发事件。
- **恢复寄存器：**恢复中断前的寄存器值。
- **返回：**使用 `RET` 指令返回到中断前的执行点。

**ISR 编写**

编写 ISR 时，需要考虑以下事项：

- **原子性：**ISR 必须是原子的，即它不能被其他中断中断。
- **简洁性：**ISR 应该尽可能简洁，避免执行复杂的操作。
- **性能：**ISR 应该尽可能高效，以最大限度地减少对系统性能的影响。

### 2.3 中断优先级和嵌套

**中断优先级**

中断可以分配不同的优先级。当发生多个中断请求时，处理器会优先处理具有更高优先级的请求。

**中断嵌套**

中断嵌套允许一个 ISR 在处理另一个 ISR 时被中断。这对于处理需要快速响应的紧急中断非常有用。

**代码块：中断优先级设置**

// 设置中断优先级
NVIC_SetPriority(IRQn, priority);

// 获取中断优先级
NVIC_GetPriority(IRQn);

**参数说明：**

* `IRQn`：中断请求号
* `priority`：中断优先级（0-15，0为最高优先级）

**逻辑分析：**

`NVIC_SetPriority()` 函数用于设置中断优先级，`NVIC_GetPriority()` 函数用于获取中断优先级。

# 3.1 中断驱动程序的初始化和注册

中断驱动程序的初始化和注册是中断驱动程序开发中的关键步骤，它决定了中断驱动程序能否正常工作。

### 初始化中断控制器

在中断驱动程序初始化阶段，需要对中断控制器进行初始化。中断控制器负责管理中断请求，并根据中断优先级决定中断服务的顺序。不同的单片机具有不同的中断控制器，初始化方法也不同。

// 初始化中断控制器
void interrupt_controller_init() {
  // 设置中断优先级
  NVIC_SetPriority(IRQn, priority);

  // 使能中断
  NVIC_EnableIRQ(IRQn);
}

### 注册中断服务程序

中断服务程序是中断发生后执行的代码，它负责处理中断请求。在中断驱动程序初始化阶段，需要将中断服务程序注册到中断控制器中。不同的单片机具有不同的中断服务程序注册方法。

// 注册中断服务程序
void interrupt_handler_register() {
  // 设置中断服务程序
  NVIC_SetVector(IRQn, interrupt_handler);
}

### 中断驱动程序初始化流程

中断驱动程序的初始化流程通常包括以下步骤：

1. 初始化中断控制器，设置中断优先级和使能中断。
2. 注册中断服务程序，将中断服务程序与中断请求关联起来。
3. 初始化中断驱动程序的内部数据结构，例如中断标志、