嵌入式系统中的中断系统设计

# 1. 引言

#### 1.1 什么是嵌入式系统

嵌入式系统是一种特殊的计算机系统，通常嵌入于其他设备中，以完成特定的功能。与通用计算机系统相比，嵌入式系统通常拥有更紧密的外设集成、更高效的电源管理和更小巧的体积。嵌入式系统广泛应用于各个领域，如智能手机、汽车、家电和工业控制等。

#### 1.2 中断系统的重要性

中断是嵌入式系统中一种重要的处理机制，用于及时响应和处理各种事件和异常情况。在单片机和嵌入式系统中，中断系统的设计和实现对系统的可靠性、实时性和可维护性起着关键作用。良好的中断系统设计可以确保系统及时响应外部事件，提高系统的稳定性和可靠性，并且减少对CPU的占用，从而提高系统的性能和效率。

在接下来的章节中，我们将详细介绍嵌入式系统中的中断系统概述、设计原则、设计流程、常见问题与解决方案，以及通过一个实例案例来深入理解中断系统的设计过程。

# 2. 嵌入式系统中的中断概述

嵌入式系统中的中断是实现系统硬件和软件交互的重要机制。本章将从中断的定义、分类和处理过程三个方面对嵌入式系统中的中断进行概述。

### 2.1 什么是中断

中断是指在程序执行期间，由硬件或软件触发的一种特殊事件，可以打断当前的程序执行，并立即转到相应的中断处理程序去处理该事件。嵌入式系统中的中断可以分为硬件中断和软件中断两种类型。硬件中断通常由系统的外设或者设备发出，比如按键被按下或者定时器到达时间；软件中断则是由程序中的特定指令或者软件触发的，比如系统调用或者异常事件。

### 2.2 中断的分类

中断可以按照多种方式进行分类，下面是一些常见的中断分类方法：

- 按照中断来源：硬件中断和软件中断。
- 按照中断优先级：固定优先级中断和可变优先级中断。
- 按照中断处理方式：可屏蔽中断和不可屏蔽中断。
- 按照中断触发方式：外部中断和内部中断。

不同的分类方式在实际中的应用根据具体需求有所不同，灵活选择合适的中断分类方式来满足系统需求。

### 2.3 中断处理过程

嵌入式系统中的中断处理过程通常包括以下几个阶段：

1. 中断触发：中断源引起一个中断信号，将中断请求发送给中断控制器。
2. 中断响应：中断控制器通过优先级判断，选择最高优先级的中断信号，发送中断请求给处理器。
3. 中断服务程序调用：处理器响应中断请求，中断服务程序（ISR）被调用执行，保存当前执行现场，开始处理中断事务。
4. 中断服务程序执行：中断服务程序执行特定的任务，可能包括读取外设状态、处理数据、发送数据等操作。
5. 中断结束：中断服务程序执行完毕，恢复之前保存的执行现场，并返回到中断前的程序继续执行。

中断处理过程中需确保对关键资源的访问控制，避免数据竞争和冲突，以保证系统的可靠性和实时性。

以上是嵌入式系统中的中断概述，接下来我们将探讨中断系统设计的基本原则。

# 3. 嵌入式系统中的中断系统设计流程

在嵌入式系统中，中断系统设计是非常重要的一环。下面将介绍中断系统设计的基本流程和步骤。

### 3.1 确定中断需求

在设计嵌入式系统的中断系统之前，首先需要明确系统的中断需求。这包括了识别出系统中需要处理的各种事件、任务和外设，并确定它们之间的优先级关系。通过分析系统的需求，可以确定出需要提供的中断类型和数量。

### 3.2 硬件设计

中断系统设计的下一步是进行硬件设计。在嵌入式系统中，通常会使用中断控制器来处理中断请求和中断服务程序。中断控制器