STM32中断嵌套与优先级抢占机制深入解析

# 1. STM32中断基础概述

中断是一种硬件机制，当发生特定事件时，它可以暂停当前正在执行的程序，并跳转到一个特定的函数（称为中断服务程序）来处理该事件。在STM32微控制器中，中断是一种强大的功能，可以极大地提高系统的实时性和响应能力。

STM32微控制器具有多种中断源，包括外部中断、定时器中断、串口中断等。每个中断源都有一个唯一的优先级，决定了当多个中断同时发生时处理中断的顺序。中断处理程序通常是短而快速的，在处理完事件后，程序将返回到中断发生前的执行点。

中断在嵌入式系统中非常重要，因为它允许系统在发生特定事件时做出快速响应。例如，中断可以用来处理按键输入、传感器数据采集或通信事件。通过合理使用中断，可以极大地提高系统的效率和可靠性。

# 2. STM32中断嵌套机制

### 2.1 中断嵌套的概念和实现

中断嵌套是指在当前中断服务程序执行过程中，又发生了新的中断请求。此时，当前中断服务程序会暂停执行，系统转而去处理新的中断请求。当新的中断服务程序执行完毕后，系统再返回到当前中断服务程序继续执行。

STM32中断嵌套机制是通过NVIC（嵌套向量中断控制器）实现的。NVIC是一个独立于CPU核心的外设，负责管理中断请求和中断向量表。当发生中断请求时，NVIC会根据中断优先级确定要执行的中断服务程序，并将中断向量表中的相应地址压入堆栈中。当中断服务程序执行完毕后，NVIC会从堆栈中弹出中断向量表地址，并返回到中断发生前执行的指令。

### 2.2 中断嵌套的优点和局限性

**优点：**

* 提高系统响应速度：中断嵌套允许高优先级中断及时响应，避免被低优先级中断延迟。
* 提高代码可维护性：通过将不同优先级的中断处理程序分开，可以提高代码的可读性和可维护性。
* 减少中断延迟：中断嵌套可以减少中断延迟，因为高优先级中断可以在低优先级中断处理程序执行期间执行。

**局限性：**

* 堆栈溢出风险：中断嵌套可能会导致堆栈溢出，因为每次中断发生时都会在堆栈中压入中断向量表地址。
* 复杂性：中断嵌套机制相对复杂，需要仔细配置和使用，以避免出现问题。
* 性能开销：中断嵌套会带来一定的性能开销，因为需要在堆栈中压入和弹出中断向量表地址。

### 2.3 中断嵌套的配置和使用

**配置：**

* 在NVIC中设置中断优先级：使用NVIC_SetPriority()函数设置中断优先级。
* 使能中断嵌套：使用NVIC_EnableIRQ()函数使能中断嵌套。

**使用：**

* 在中断服务程序中使用NVIC_SetPendingIRQ()函数触发新的中断请求。
* 在中断服务程序中使用NVIC_ClearPendingIRQ()函数清除中断请求。
* 在中断服务程序中使用NVIC_GetPendingIRQ()函数获取当前挂起的中断请求。

**代码示例：**

// 使能中断嵌套
NVIC_EnableIRQ(NVIC_IRQChannel_SysTick);

// 在SysTick中断服务程序中触发PendSV中断
void SysTick_Handler(void)
{
    NVIC_SetPendingIRQ(NVIC_IRQChannel_PendSV);
}

// 在PendSV中断服务程序中执行高优先级任务
void PendSV_Handler(void)
{
    // 执行高优先级任务
}

**逻辑分析：**

* 在SysTick中断服务程序中，使用NVIC_SetPendingIRQ()函数触发PendSV中断。
* 系统转而去执行PendSV中断服务程序，执行高优先级任务。
* PendSV中断服务程序执行完毕后，系统返回到SysTick中断服务程序继续执行。

# 3.1 优先级抢占机制的原理和实现

**原理**

优先级抢占机制是一种中断处理机制，它允许优先级更高的中断请求打断优先级较低的中断处理过程。当一个优先级更高的中断请求发生时，当前正在执行的优先级较低的中断处理过程会被暂停，转而执行优先级更高的中断处理程序。

**实现**

STM32微控制器中，优先级抢占机制通过NVIC（嵌套向量中断控制器）实现。NVIC是一个专用的硬件模块，负责中断请求的管理和优先级仲裁。NVIC具有以下主要功能：

- **中断优先级分组：**将中断请