单片机中断与实时性：保障实时系统响应的必备知识

# 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（称为中断源）时，它会暂停当前正在执行的程序，并跳转到一个专门的程序（称为中断服务程序）中执行。中断服务程序执行完成后，程序将返回到中断发生前的执行点继续执行。

**1.2 中断的优点**

中断提供了以下优点：

* 允许单片机同时处理多个事件
* 提高程序的响应能力
* 节省处理器时间，因为中断服务程序只在需要时才执行

# 2. 单片机中断机制

### 2.1 中断源和中断向量

中断源是指触发中断事件的硬件或软件模块，如外部输入引脚、定时器、串口等。每个中断源对应一个中断向量，中断向量是一个指向中断服务程序（ISR）的地址。

### 2.2 中断响应和处理流程

当一个中断源触发中断事件时，CPU会暂停当前正在执行的程序，并跳转到中断向量指向的ISR。ISR负责处理中断事件，通常包括以下步骤：

1. **保存现场：**保存当前程序的寄存器值，以便在中断处理完成后恢复。
2. **处理中断：**根据中断源，执行相应的处理操作，如读取输入数据、更新寄存器等。
3. **清除中断标志：**将中断源对应的中断标志位清零，表示中断已处理完成。
4. **恢复现场：**恢复保存的寄存器值，并返回到中断前执行的程序。

### 2.3 中断优先级和嵌套

为了处理多个同时发生的的中断，单片机通常采用中断优先级机制。每个中断源都有一个优先级，优先级高的中断可以打断优先级低的中断。

中断嵌套是指一个中断处理程序中又触发了另一个中断。嵌套中断的处理顺序与中断优先级一致，即优先级高的中断可以打断优先级低的中断，包括嵌套的中断。

#### 代码块：中断优先级设置

#define INTERRUPT_PRIORITY_HIGH 0
#define INTERRUPT_PRIORITY_LOW 1

void set_interrupt_priority(uint8_t interrupt_source, uint8_t priority)
{
    // 根据中断源设置中断优先级
    if (priority == INTERRUPT_PRIORITY_HIGH) {
        // 设置中断源为高优先级
        // ...
    } else {
        // 设置中断源为低优先级
        // ...
    }
}

#### 逻辑分析：

该代码块定义了两个中断优先级常量：`INTERRUPT_PRIORITY_HIGH` 和 `INTERRUPT_PRIORITY_LOW`。`set_interrupt_priority()` 函数根据传入的中断源和优先级参数，设置中断源的优先级。如果优先级为 `INTERRUPT_PRIORITY_HIGH`，则将中断源设置为高优先级；否则，设置为低优先级。

#### mermaid流程图：中断响应和处理流程

sequenceDiagram
participant CPU
participant ISR

CPU->ISR: Trigger Interrupt
ISR->CPU: Save Context
ISR->CPU: Handle Interrupt
ISR->CPU: Clear Interrupt Flag
ISR->CPU: Restore Context
ISR->CPU: Return to Program

# 3.1 中断服务程序的编写

中断服务程序（ISR）是响应特定中断源而执行的一段代码。在单片机中，ISR通常是短而高效的，旨在快速处理中断并恢复正常程序执行。

### ISR的结构

ISR的结构通常包括以下部分：

- **保存寄存器：**ISR的第一个任务是保存当前寄存器的值，以防止它们被中断处理过程中的操作覆盖。
- **