中断处理在嵌入式系统中的重要性与实现

# 1. 嵌入式系统概述与中断处理基础

#### 1.1 什么是嵌入式系统
嵌入式系统是一种专用计算机系统，用于执行预先定义的任务。其特点包括实时性、稳定性和可靠性，应用领域广泛，如智能手机、汽车控制系统等。

#### 1.2 中断处理基础理论
中断是指CPU在执行程序时，由硬件或软件发出的信号，用于打破正常程序执行流程。中断分为外部中断和内部中断，通过中断向量表来处理中断请求，保证及时响应。

中断处理过程包括中断响应、中断处理和中断返回三个阶段，确保及时处理中断并恢复正常程序执行。中断处理过程中，需要保存现场、切换上下文，并在处理完成后恢复现场，实现平稳过渡。

# 2. 中断处理的硬件支持

#### 2.1 中断控制器的作用
中断控制器在嵌入式系统中扮演着至关重要的角色，它负责管理系统内部和外部的中断请求，协调中断信号的处理顺序，以确保系统能够正确、高效地响应中断。中断控制器可分为集中式和分散式两种类型。

##### 2.1.1 中断控制器分类及功能
- **集中式中断控制器**：将所有中断请求发送到一个中断控制器进行处理，适用于规模较小的系统。
- **分散式中断控制器**：各个设备单独管理自己的中断请求，适用于规模较大或需要高度灵活性的系统。

##### 2.1.2 中断控制器在嵌入式系统中的应用
- **硬件中断优先级处理**：中断控制器可根据中断请求的优先级，选择最高优先级的中断进行处理。
- **中断屏蔽与响应**：中断控制器可以屏蔽低优先级的中断，以确保高优先级中断得到及时响应。
- **中断路由**：确定中断信号的来源，并将其映射到相应的中断处理程序。

#### 2.2 中断向量表的管理
中断向量表是嵌入式系统中保存中断处理程序入口地址的数据结构，通过该表可以快速找到每个中断对应的处理程序并执行相应的中断服务程序。

##### 2.2.1 中断向量表的概念
中断向量表通常是一个数组，数组的每个元素对应一个中断向量，存储着该中断对应的处理程序的入口地址。

##### 2.2.2 中断向量表的构建与更新策略
- **静态中断向量表**：在编译时确定中断处理程序的入口地址，适用于中断处理程序固定的场景。
- **动态中断向量表**：在运行时根据需要修改中断处理程序的入口地址，适用于动态中断处理的场景。

##### 2.2.3 中断优先级和中断屏蔽
- **中断优先级**：通过设定中断请求的优先级，确保高优先级中断能够及时得到处理。
- **中断屏蔽**：屏蔽某些中断，以确保系统在处理高优先级中断时不被低优先级中断打断。

graph LR
A(中断请求) --> B(中断控制器)
B --> C{中断优先级}
B --> D{中断屏蔽}

通过中断控制器和中断向量表的协同管理，嵌