嵌入式系统中的定时器中断与任务调度原理

# 1. 嵌入式系统概述

## 1.1 什么是嵌入式系统

嵌入式系统是集成了计算机技术和电子技术的专用计算机系统，通常被嵌入到所控制的产品中，以实现特定功能。

## 1.2 嵌入式系统的特点

嵌入式系统具有实时性、稳定性、功耗低、成本低、体积小等特点，且通常具有专门定制的硬件和软件。

## 1.3 嵌入式系统应用领域

嵌入式系统广泛应用于消费类电子产品（如智能手机、家电）、工业控制、汽车电子、医疗设备、通信设备等领域。

# 2. 定时器的基本概念与工作原理

定时器在嵌入式系统中起着至关重要的作用，它能够在特定的时间间隔内产生中断信号，用于执行特定的任务或操作。本章将介绍定时器的基本概念和工作原理，以及在嵌入式系统中常见的定时器类型。

### 2.1 定时器的功能与作用

在嵌入式系统中，定时器主要用于计时和产生周期性的中断。通过设定定时器的计数值和工作模式，可以实现在指定的时间间隔内触发中断或执行特定任务，具有时序控制和时间触发的功能。

### 2.2 定时器的工作原理

定时器通常由计数器、比较器和控制逻辑组成。计数器用于计数时钟脉冲，比较器用于比较计数值与设定值，控制逻辑用于控制定时器的启动、停止和中断生成等功能。当计数器的计数值达到设定值时，比较器会触发中断或执行其他操作。

### 2.3 嵌入式系统中常见的定时器类型

在嵌入式系统中，常见的定时器类型包括：
- 硬件定时器：由硬件电路实现，具有高精度和稳定性，适用于高要求的定时任务。
- 软件定时器：通过编程实现的定时器，受软件运行环境和任务调度影响，精度和稳定性相对较低。
- 看门狗定时器：用于监控系统运行状态，当系统出现故障或卡死时触发中断，实现系统的自动重启和保护。

# 3. 中断的概念与分类

在嵌入式系统中，中断是一种重要的事件处理机制，能够在程序执行过程中打断正常的程序流程，执行特定的中断服务程序。下面将详细介绍中断的概念与分类。

3.1 什么是中断

中断是指在CPU执行程序时，由硬件或软件发出的请求，暂时挂起CPU正在执行的程序，转而执行特定的中断处理程序，处理完毕后再返回被中断的程序。中断可以用于响应外部事件，如I/O设备的数据传输完成、定时器的溢出，也可以是软件产生的，如除零错误、系统调用等。

3.2 中断的分类

常见的中断分类包括：
- 外部中断：由外部设备触发，可能是硬件设备的信号，如定时器溢出、IO设备传输完成等。
- 内部中断：由CPU内部控制单元产生，如除零错误、栈溢出等。
- 软件中断：由软件程序或指令产生，例如系统调用、异常指令等。

3.3 中断处理流程

中断的处理流程通常包括以下步骤：
1. 中断请求