CPU（MCU）的重要机制-中断

既然说到中断，那就提一下，为什么会有这东西产生，前面我们讲CPU的结构时候都会这么来说，任何事物的产生都有其由来。

       最初应该是只有轮询这么一种机制，这在CPU处理问题时候可以想到比如我按了一个按键，我就要CPU给我一个响应，很容易想到的是CPU不断的去查询，当查询到按键发生时候就会给出一个响应，只要查询时间足够快，总可以使这件事情及时响应。但随着CPU的发展，需要处理的不单单是按键一个事，还有定时阿，各种通讯接收阿，都需要CPU给出响应，若是再采用轮询的方法，很容易就会顾此失彼，一段时间只能服务一件事，而大多时间CPU则处于空闲，浪费了很多资源。于是人们就提出了中断的概念来解决这一问题，就是CPU你忙你的，我只有当按键按下时通知你，这时你才放下手头事情来处理这个按键对应的操作，处理完这个按键后，又返回到原来手头的事情接着做。这一过程分解开来，就分解了以下几个过程:

1. 由硬件来判断是否发生外部事件并通知CPU(这点需要强调的是中断是有硬件来判断的，比如我们来设置中断时，往往针对相应的寄存器设置中断开关，是哪个中断源)
2. 由中断服务程序来处理事件（这里需要强调的一点，比如遇到按键按下了，接下来该干什么，CPU会查中断向量表，该干什么在中断是叫中断服务程序，它与写在main函数里的大部分程序不同，它是由CPU来处理的，比如当某个中断发生时，CPU就会转去处理这个相应的函数，那么这又是如何进行的呢，这就用到了中断向量表这么一个东西，几乎每个MCU都有这个，中断向量表为CPU里一段连续的存储空间，每个中断在向量表中都有相应的表项，该表项可写中断服务程序的入口地址，也就是我们CPU转去处理那个程序的第一条指令的地址，换句话说，C程序中函数就代表了指向该段程序的第一条指令的地址的指针，前面讲到该函数只能由硬件处理，而且不能被主函数调用，所以其无返回值也无参数。

前面讲了中断执行完要返回到原来状态执行的，这时就需要将现场保存下来，也就是压栈，当处理完后又出栈，这么一种机制，但由于中断与程序不同，程序在编译时候，它又是顺序执行的，相当于每个时间点处理哪个都规定了下来，所用到的寄存器也提早确定了下来，所以其压栈出栈就容易许多，而中断由于是硬件来处理，其用到的寄存器根据不同中断又有所区别，而且通常比我们普通程序需要压栈的东西多（特别在涉及到中断嵌套时候，不过还好中断源毕竟有限，就限制了中断的数量，涉及到中断优先级容易发生嵌套，高的优先级打断低的）。还是回来说中断的压栈把，中断比较有意思，它的还原现场叫做保存地址和寄存器上下文（register context）,如下图所示：

解释一下上面的说明：

由于中断可能在任何时候，任何执行的位置打断主程序的执行，而主程序的执行是一条条机器指令对寄存器的改写，所以在中断时候需要对这些寄存器进行保存现场，那到底该保存哪些寄存器呢，如果保存所有不就可以了,这个想法是ok的，但实际考虑到CPU执行时间的效率（压栈的时间）和资源利用（栈的空间使用）的考虑，CPU只对一部分的寄存器进行了压栈（如ARM Cortex内核的MCU就只对R0,R1，R2,R3,R12,LR,PC,XPSR,这在datasheet中也有说明，若是操作中用到了其他寄存器则用户需自己压栈和出栈）

标签：中断,寄存器,压栈,处理,按键,MCU,CPU
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