嵌套式向量中斷控制器NVIC: Nested Vectored Interrupt Controller中斷是所有的MCU都必須具備的功能，由于非常重要的地位，ARM公司為所有的處理器核心，都提供了統(tǒng)一的中斷控制器——嵌套式向量中斷控制器(NVIC)。

在現(xiàn)實(shí)的操作中，經(jīng)常會(huì)遇到一個(gè)正常執(zhí)行的程序或任務(wù)，需要被臨時(shí)打斷，騰出CPU的時(shí)間去執(zhí)行另外一段事先安排好的程序，處理一些發(fā)生時(shí)間不確定的事件。注意，需要處理的事件不是意外事件，是已經(jīng)預(yù)見(jiàn)到要發(fā)生的事件，而且也安排好了(事先安排好的程序)如何處理這樣的事件，只是不知道事件究竟會(huì)在什么時(shí)候發(fā)生；例如，你上網(wǎng)買了一樣?xùn)|西，你知道快遞會(huì)今天送上門，但不知道快遞員具體是幾點(diǎn)幾分送到。這樣的事件可以是外部通信接口接收到數(shù)據(jù)，也可以是某個(gè)按鍵被按動(dòng)，還可以是供電電源發(fā)生故障等。

中斷就是打斷CPU程序順序執(zhí)行，并轉(zhuǎn)去執(zhí)行另一段程序的一種機(jī)制。處理中斷事件的程序，叫做中斷處理程序。在正常運(yùn)行的程序被打斷，轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷處理程序之前，需要保存好程序運(yùn)行的現(xiàn)場(chǎng)，在中斷處理程序結(jié)束后，還需要恢復(fù)被中斷的程序現(xiàn)場(chǎng)，繼續(xù)原有的運(yùn)行進(jìn)程。

中斷事件一般都是比較緊急的事件，需要盡快處理。例如，若不及時(shí)接受并存儲(chǔ)外部通信接口到達(dá)的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)就有可能丟失；如果電話鈴響，你不盡快接起來(lái)，對(duì)方就會(huì)掛掉。對(duì)于中斷事件的處理一般都是比較短暫的，不會(huì)占用太多的CPU時(shí)間。

對(duì)于中斷的處理，需要打斷正常程序的執(zhí)行，所以不能過(guò)多地占用CPU時(shí)間進(jìn)行處理；對(duì)于需要較長(zhǎng)處理時(shí)間的事件，通常都是把對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)和狀態(tài)存儲(chǔ)下來(lái)，隨后再擇機(jī)處理。當(dāng)然這個(gè)原則也有例外，例如一個(gè)電池供電的煙霧報(bào)警器，整個(gè)系統(tǒng)在正常情況下處于超低功耗的待機(jī)狀態(tài)，當(dāng)監(jiān)測(cè)到異常時(shí)，可以直接在中斷處理程序中進(jìn)行甄別，并在需要時(shí)報(bào)警，當(dāng)異常狀態(tài)解除或被排除時(shí)，再返回待機(jī)狀態(tài)。

從事件的產(chǎn)生至中斷處理程序開(kāi)始執(zhí)行，這個(gè)時(shí)間間隔稱為中斷響應(yīng)時(shí)間，這是中斷機(jī)制的一個(gè)十分重要的參數(shù)指標(biāo)，尤其是在實(shí)時(shí)處理的系統(tǒng)中，希望這個(gè)間隔是可預(yù)知的，有時(shí)需要它越短越好。設(shè)想一個(gè)電機(jī)控制系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)生系統(tǒng)過(guò)載時(shí)，需要盡可能快地采取措施，讓電機(jī)停轉(zhuǎn)、斷電、剎車制動(dòng)等，否則輕則電機(jī)損壞，重則發(fā)生人身事故。

1.1 LPC800的NVIC中斷控制器特性

LPC800的核心是Cortex-M0+，她的NVIC中斷控制器是ARM隨核心提供的，與CPU核心一體設(shè)計(jì)的；這個(gè)中斷控制器與其它Cortex-M系列的NVIC控制器功能上基本一致，但性能上略有變化，有興趣的讀者可以自己比較一下。

LPC800中集成的NVIC中斷控制器，具有以下特點(diǎn)：

▲緊密耦合的中斷控制器，提供低中斷延遲。

▲同時(shí)控制系統(tǒng)異常和外設(shè)的中斷。▲支持32個(gè)中斷向量。

▲支持4級(jí)中斷優(yōu)先級(jí)和中斷嵌套。

▲支持SVC(管理員調(diào)用) 指令和PendSV軟件中斷。

支持不可屏蔽中斷。

▲支持用戶指定中斷向量表的地址。

下面分別更詳細(xì)地看看這些特性：

1.1.1 低中斷延遲

中斷延遲是指從接收到中斷信號(hào)至開(kāi)始執(zhí)行中斷處理程序的第一條指令，在最好的情況下所需要的時(shí)間，通常用多少個(gè)CPU時(shí)鐘周期來(lái)衡量中斷延遲時(shí)間。

對(duì)于LPC800使用的Cortex-M0+核心來(lái)說(shuō)，中斷延遲的最短時(shí)間是15個(gè)CPU時(shí)鐘周期；在30MHz的主頻下，這只相當(dāng)于0.5μs的時(shí)間。

對(duì)于MCU的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，往往是需要中斷的延遲越小越好；但如果具體到不同的應(yīng)用場(chǎng)景、不同的軟件架構(gòu)，還要綜合考慮其它部件的性能和響應(yīng)速度。

下圖是一個(gè)典型的中斷請(qǐng)求、中斷響應(yīng)的示意圖。

圖1.中斷請(qǐng)求和響應(yīng)示意圖

當(dāng)外部設(shè)備發(fā)出中斷請(qǐng)求，NVIC控制器檢測(cè)到這個(gè)請(qǐng)求后，經(jīng)過(guò)同步和仲裁開(kāi)始進(jìn)入中斷響應(yīng)?？刂破魇紫仁怯捎布ㄟ^(guò)堆棧保護(hù)程序現(xiàn)場(chǎng)(圖中的PUSH)，然后調(diào)用這個(gè)中斷對(duì)應(yīng)的中斷處理程序(ISR – Interrupt Service Routine)。ISR處理完該中斷請(qǐng)求后，執(zhí)行返回指令退出中斷處理，此時(shí)NVIC控制器再把堆棧中保存的程序現(xiàn)場(chǎng)恢復(fù)到CPU中，最后回到被中斷的程序繼續(xù)執(zhí)行。

1.1.2 系統(tǒng)異常和外設(shè)中斷

在早期8位MCU時(shí)，基本只有外設(shè)中斷的概念，還沒(méi)有完整的系統(tǒng)異常的概念，隨著MCU越來(lái)越復(fù)雜，功能不斷地增強(qiáng)，在32位MCU中出現(xiàn)了一系列的系統(tǒng)異常中斷源。

所謂系統(tǒng)異常，可以理解成一種特殊的中斷，它的中斷源來(lái)自CPU本身或系統(tǒng)設(shè)備，例如SysTick。

目前Cortex-M0+中定義了6個(gè)系統(tǒng)異常中斷。

▲系統(tǒng)復(fù)位：這是我們通常說(shuō)的Reset。除了上電復(fù)位外，還有很多條件可以產(chǎn)生復(fù)位，包括：復(fù)位引腳被拉低，看門狗計(jì)時(shí)器到時(shí)，檢測(cè)到低電壓，和ARM核心提供的軟件復(fù)位請(qǐng)求等。

▲不可屏蔽中斷：對(duì)于一般的中斷請(qǐng)求，軟件可以根據(jù)具體情況確定是否需要響應(yīng)。對(duì)于不可屏蔽中斷，軟件沒(méi)有選擇的余地，必須設(shè)置相應(yīng)的處理程序，在發(fā)生對(duì)應(yīng)事件時(shí)進(jìn)行響應(yīng)。一般不可屏蔽中斷都是非常緊急的事件，如果被屏蔽而得不到響應(yīng)，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重后果。例如系統(tǒng)掉電，軟件必須盡快保存重要數(shù)據(jù)；再例如系統(tǒng)檢測(cè)到失火，軟件必須啟動(dòng)滅火流程等。

▲硬件失效(Hard Fault)：所有不能恢復(fù)的系統(tǒng)錯(cuò)誤，都會(huì)產(chǎn)生這個(gè)中斷。這是很多人經(jīng)常遇到的系統(tǒng)異常，導(dǎo)致硬件失效中斷的原因很多，最多的狀況是訪問(wèn)了沒(méi)有存儲(chǔ)器或外設(shè)寄存器的地址空間。其它的原因還包括，執(zhí)行了非法的指令碼(當(dāng)程序跑亂后就會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)這種情況)；當(dāng)訪問(wèn)未對(duì)齊的數(shù)據(jù)時(shí)；還有就是系統(tǒng)受到嚴(yán)重干擾導(dǎo)致內(nèi)部信號(hào)紊亂時(shí)，等等。

▲系統(tǒng)調(diào)用(Supervisor call- SVC)：在Cortex-M的指令系統(tǒng)中有一條指令SVCall，執(zhí)行這條指令后會(huì)引起SVC異常中斷，同時(shí)CPU進(jìn)入Supervisor狀態(tài)。SVCall指令是用于在有操作系統(tǒng)并具有系統(tǒng)態(tài)和用戶態(tài)的劃分時(shí)使用，在這種環(huán)境下CPU會(huì)限制一般用戶程序的某些訪問(wèn)權(quán)限(例如不能訪問(wèn)有些地址等)。當(dāng)程序需要訪問(wèn)特權(quán)時(shí)，執(zhí)行SVCall指令進(jìn)入系統(tǒng)態(tài)并獲得相應(yīng)的權(quán)限。在LPC800這樣的小系統(tǒng)中，不會(huì)用到這個(gè)異常中斷。

▲預(yù)約系統(tǒng)服務(wù)(PendSV)：和上述SVCall一樣，PendSV同樣是需要得到系統(tǒng)服務(wù)，但不同的是PendSV是通過(guò)設(shè)置一個(gè)系統(tǒng)狀態(tài)位，當(dāng)CPU處理完其它高優(yōu)先級(jí)的中斷，再來(lái)響應(yīng)PendSV的中斷請(qǐng)求。很多文檔直譯PendSV為“掛起異常”，但我覺(jué)得用“預(yù)約”更加貼切。在LPC800中，一般用戶也用不到這個(gè)中斷。

▲SystemTick：這是對(duì)應(yīng)CPU內(nèi)部的SystemTick定時(shí)器中斷。SystemTick是所有Cortex-M都擁有的一個(gè)基本定時(shí)器，它為整個(gè)系統(tǒng)尤其是操作系統(tǒng)提供一個(gè)時(shí)間基準(zhǔn)。本書將在第17章 詳細(xì)介紹SysTick的用法。

在上述系統(tǒng)異常之外，LPC800還支持另外32個(gè)外設(shè)中斷，下表列出了這些中斷來(lái)源。

表1.外設(shè)中斷源列表

這些中斷向量只出現(xiàn)在LPC804中，LPC802沒(méi)有這些中斷向量。由于LPC84x的中斷源數(shù)量多于Cortex-M0+的NVIC所支持的外部中斷數(shù)目，有些中斷源共用了同一個(gè)中斷請(qǐng)求信號(hào)，例如序號(hào)11、29、30和31的中斷都是復(fù)用的，軟件需要通過(guò)相應(yīng)的外設(shè)寄存器判斷真正的中斷源和原因。

1.1.3 中斷向量

“中斷是打斷CPU程序順序執(zhí)行，并轉(zhuǎn)去執(zhí)行另一段程序的一種機(jī)制”，當(dāng)中斷發(fā)生時(shí)，CPU需要知道中斷處理程序的地址并轉(zhuǎn)去執(zhí)行相應(yīng)的處理。

在所有的CPU里面，都是為每一個(gè)中斷源安排了一個(gè)固定的地址，當(dāng)發(fā)生對(duì)應(yīng)的中斷時(shí)，CPU通過(guò)這個(gè)固定地址進(jìn)入中斷處理程序，進(jìn)入的機(jī)制有兩種。一種機(jī)制是發(fā)生中斷時(shí)，CPU直接從那個(gè)地址取出中斷處理程序的指令并從這個(gè)地址開(kāi)始順序執(zhí)行，8051就是采用的這種進(jìn)入機(jī)制。

另一種機(jī)制是，CPU從那個(gè)固定地址取出中斷處理程序的開(kāi)始地址，即所說(shuō)的“中斷向量”，然后從這個(gè)開(kāi)始地址順序取出指令并執(zhí)行，LPC800內(nèi)置的Cortex-M0+就是采用這種機(jī)制。所有中斷源的處理程序開(kāi)始地址，集中放在一個(gè)固定的區(qū)域，被稱為中斷向量表。

在8051里，設(shè)計(jì)者為每個(gè)中斷源預(yù)留了固定8個(gè)字節(jié)的地址空間。這樣設(shè)計(jì)的好處是，如果用戶的中斷處理程序很短，能夠安排在8個(gè)字節(jié)內(nèi)完成，則處理效率很高，中斷響應(yīng)的時(shí)間也非常短。

隨著CPU的功能越來(lái)越豐富，處理的內(nèi)容越來(lái)越多，幾乎不會(huì)再有那種超短的中斷處理程序，因此目前幾乎所有的CPU都只為每個(gè)中斷源預(yù)留一個(gè)中斷向量的地址空間，只存放中斷程序的入口地址。這樣做可以最大限度地減少CPU預(yù)留的地址空間長(zhǎng)度，同時(shí)還為重定位中斷向量表提供了方便。

在LPC800中，CPU預(yù)留了地址空間0x0000 0000 ~ 0x000000BF作為異常與中斷的向量表，下表是LPC82x的中斷向量表的內(nèi)容安排。

表2.LPC82x中斷源向量表內(nèi)容分配一般的用戶基本不需要關(guān)心這個(gè)表的內(nèi)容，因?yàn)樵诮o出的啟動(dòng)文件中已經(jīng)幫你填好里面的內(nèi)容。

1.1.4 中斷優(yōu)先級(jí)和中斷嵌套

當(dāng)出現(xiàn)多個(gè)中斷事件時(shí)，就需要有優(yōu)先級(jí)的概念，CPU依據(jù)優(yōu)先級(jí)確定如何響應(yīng)多個(gè)同時(shí)出現(xiàn)的中斷。

在LPC800中的中斷優(yōu)先級(jí)是指，一個(gè)高優(yōu)先級(jí)的中斷可以打斷CPU正在處理的一個(gè)低優(yōu)先級(jí)中斷。這就是中斷嵌套的概念，即一個(gè)高優(yōu)先級(jí)的中斷處理程序嵌在另一個(gè)低優(yōu)先級(jí)中斷處理程序中。

圖2.中斷嵌套示意圖

從上面示意圖可以看到，優(yōu)先級(jí)較低的IRQ2打斷了CPU當(dāng)前的處理，CPU進(jìn)入相應(yīng)的處理程序ISR2，在ISR2處理還沒(méi)有結(jié)束時(shí)，又發(fā)生了較高優(yōu)先級(jí)的IRQ1中斷，此時(shí)CPU轉(zhuǎn)去執(zhí)行IRQ1的中斷處理程序ISR1，當(dāng)ISR1結(jié)束返回后，CPU繼續(xù)執(zhí)行ISR2并最終返回到被打斷的處理程序中(圖中藍(lán)色部分)。

對(duì)于多個(gè)相同優(yōu)先級(jí)的中斷事件，如果它們的出現(xiàn)有先后順序，則CPU按照先來(lái)先到的原則順序處理，不會(huì)發(fā)生嵌套。如果它們同時(shí)出現(xiàn)，則CPU按照中斷編號(hào)的數(shù)值大小順序處理，編號(hào)小的中斷會(huì)先被處理，也不會(huì)發(fā)生嵌套，表3的第4列給出了每個(gè)中斷的編號(hào)。

表3的第5列給出每個(gè)中斷源或異常中斷源的優(yōu)先級(jí)，除了少數(shù)異常中斷的優(yōu)先級(jí)是固定的以外，其它中斷源的優(yōu)先級(jí)都是軟件可配置的。

在LPC800中，可配置的優(yōu)先級(jí)有四級(jí)，用0~3表示，0為最高優(yōu)先級(jí)。

在ARM CMSIS庫(kù)里，有兩個(gè)函數(shù)與中斷優(yōu)先級(jí)相關(guān)，用戶可直接調(diào)用設(shè)置中斷優(yōu)先級(jí)或查詢某個(gè)中斷源的中斷優(yōu)先級(jí)：

void NVIC_SetPriority(IRQn_Type IRQn, uint32_t priority)；// 設(shè)置中斷優(yōu)先級(jí)
uint32_t NVIC_GetPriority(IRQn_Type IRQn)；// 讀取中斷優(yōu)先級(jí)

使用表1的第4列“編號(hào)”作為NVIC_SetPriority和NVIC_GetPriority函數(shù)的第一個(gè)參數(shù)，指定需要操作的中斷源；NVIC_GetPriority的第二個(gè)參數(shù)是需要設(shè)定的優(yōu)先級(jí)，只能取數(shù)值0~3，任何大于3的數(shù)值都可能導(dǎo)致不可知的結(jié)果。

1.1.5 中斷優(yōu)先級(jí)和嵌套的演示例程

下面以一個(gè)例程演示中斷嵌套的現(xiàn)象和效果。

本節(jié)介紹的例程源代碼，位于附屬代碼目錄的Projects/Cookbook_NVIC_GPIO子目錄下。除特別說(shuō)明，所有的代碼段都出自源文件Cookbook_NVIC_GPIO.c。關(guān)于附屬代碼目錄的說(shuō)明，請(qǐng)參見(jiàn)第4章 ：本書中的例程和項(xiàng)目文件。

在這個(gè)例程中，使用了板上的兩個(gè)按鍵S2、S4和兩個(gè)LED：D7、D8。下面是此例程所用的LPC824-Lite開(kāi)發(fā)板的部分線路圖：

圖3.中斷嵌套例程部分線路圖

在程序中，S4標(biāo)示為KEY_USER，對(duì)應(yīng)引腳中斷0；S2標(biāo)示為KEY_ISP，對(duì)應(yīng)引腳中斷1。按鍵對(duì)應(yīng)的信號(hào)上升沿和下降沿都會(huì)產(chǎn)生中斷：

■當(dāng)進(jìn)入KEY_USER的引腳中斷0的處理程序時(shí)，點(diǎn)亮LED0(P0_7)，退出處理程序時(shí)熄滅LED0。

■當(dāng)進(jìn)入KEY_ISP的引腳中斷1的處理程序時(shí)，點(diǎn)亮LED1(P0_13)，退出處理程序時(shí)熄滅LED1。

在例程的中斷處理程序中特意設(shè)置了2秒的等待，這樣可以清楚地模擬中斷嵌套的過(guò)程。

代碼片段1. 引腳中斷0的中斷處理程序

這段代碼非常簡(jiǎn)單，讀者可以自行完成引腳中斷1的中斷處理程序。

下面是主程序中的片斷，包含對(duì)GPIO和中斷的初始化部分。

代碼片段2. 主程序中初始化GPIO和中斷

關(guān)于GPIO和引腳中斷的部分，將在后面章節(jié)介紹。

代碼片段2初始化好各個(gè)部分后，主程序即進(jìn)入一個(gè)死循環(huán)，隨后每次按下按鍵將會(huì)進(jìn)入代碼片段1對(duì)應(yīng)的中斷處理程序。

按照下述步驟進(jìn)行操作，就可以體會(huì)到中斷優(yōu)先級(jí)的效用：

下面這個(gè)圖更加直觀地展示了按鍵按下的順序和中斷處理的順序。

圖4.中斷優(yōu)先級(jí)演示程序時(shí)序圖

1.2 NVIC的幾個(gè)基本概念解讀

在這一節(jié)介紹一些NVIC特有的概念和含義，對(duì)于不需要關(guān)心中斷響應(yīng)細(xì)節(jié)或沒(méi)有高實(shí)時(shí)性要求的讀者，可以略過(guò)此部分內(nèi)容。

1.2.1中斷的尾部鏈接(Tail-chaining)

該特性的一個(gè)形象的叫法是“咬尾中斷”。這不是一種新的中斷形式，所有中斷都有此特性。

我們知道CPU響應(yīng)中斷時(shí)，在進(jìn)入中斷處理程序之前，需要保存當(dāng)前運(yùn)行任務(wù)的執(zhí)行現(xiàn)場(chǎng)，即CPU的一些內(nèi)部寄存器。目前絕大多數(shù)CPU(也包括ARM的所有內(nèi)核)都是把執(zhí)行現(xiàn)場(chǎng)保存在堆棧中，進(jìn)入中斷處理程序之前執(zhí)行PUSH操作，然后在退出中斷處理程序的時(shí)候，執(zhí)行POP操作再返回被中斷的任務(wù)。

從上一節(jié)的圖14所展示的場(chǎng)景看，從步驟5.1進(jìn)入步驟5.2時(shí)，即一個(gè)中斷處理程序的結(jié)束緊接著另一個(gè)中斷處理程序的開(kāi)始。CPU需要恢復(fù)進(jìn)入S4中斷處理前的現(xiàn)場(chǎng)，然后緊接著再保存同一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)并進(jìn)入S2 的處理程序，S2處理結(jié)束后再次恢復(fù)原有的現(xiàn)場(chǎng)。

很顯然，CPU在從S4處理程序進(jìn)入S2 處理程序之間的恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)+保存現(xiàn)場(chǎng)的動(dòng)作是多余的，這段時(shí)間被浪費(fèi)了。中斷的尾部鏈接是ARM的NVIC使用的技術(shù)，可以有效地減少這種情況的操作時(shí)間。

由于沒(méi)有找到關(guān)于Cortex-M0+的時(shí)序圖，下面以ARM發(fā)布的Cortex-M3時(shí)序圖說(shuō)明尾部鏈接的實(shí)現(xiàn)，除了顯示的時(shí)間周期上可能有所出入，但原理是一樣的。

圖5.中斷的尾部鏈接示意圖

圖5上半部分展示了ARM7TDMI的傳統(tǒng)中斷處理方式，在ISR1結(jié)束后，進(jìn)入ISR2 之前，需要一組POP和另一組PUSH操作。圖的下半部分是Cortex-M中NVIC的處理方式，在兩個(gè)中斷處理程序之間，省卻了對(duì)CPU現(xiàn)場(chǎng)的處理。

途中標(biāo)明“尾部鏈接”的這段時(shí)間，CPU需要判斷是否有掛起未處理的中斷請(qǐng)求，并根據(jù)優(yōu)先級(jí)獲取需要處理的中斷的入口向量，再跳轉(zhuǎn)到新的處理程序中。因此，這個(gè)時(shí)間是省不掉的。

1.2.2 晚到的高優(yōu)先級(jí)中斷處理(Late arrival preemption)

前面已經(jīng)介紹了中斷優(yōu)先級(jí)的概念，即高優(yōu)先級(jí)的中斷處理程序會(huì)打斷低優(yōu)先級(jí)的中斷處理。

當(dāng)某個(gè)中斷事件A來(lái)臨時(shí)，CPU會(huì)保存當(dāng)前執(zhí)行現(xiàn)場(chǎng)后進(jìn)入該事件的處理程序，如果在執(zhí)行保存現(xiàn)場(chǎng)的操作時(shí)，還未進(jìn)入到中斷處理程序A前，恰好有另一個(gè)高優(yōu)先級(jí)的中斷事件B到達(dá)，此時(shí)為了節(jié)省再次保存現(xiàn)場(chǎng)的操作時(shí)間，NVIC會(huì)直接跳轉(zhuǎn)到這個(gè)高優(yōu)先級(jí)的中斷處理程序B中，而暫時(shí)掛起早到的那個(gè)低優(yōu)先級(jí)的中斷A。

圖6.晚到的高優(yōu)先級(jí)中斷處理示意圖

如果中斷事件B到達(dá)時(shí)，CPU已經(jīng)進(jìn)入了中斷處理程序A，則不適用于上述操作流程。

1.2.3 終止退棧 (Pop preemption)

當(dāng)CPU處理某個(gè)中斷事件結(jié)束時(shí)，如果另一個(gè)中斷事件正在等待處理，則3.2.1介紹的尾部鏈接機(jī)制可以有效地加快進(jìn)入下一個(gè)中斷處理程序的進(jìn)程。

如果CPU結(jié)束處理某個(gè)中斷事件并已經(jīng)開(kāi)始執(zhí)行恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)的操作，此時(shí)另一個(gè)中斷事件剛好到達(dá)，傳統(tǒng)的處理方式是，完成恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)的操作后馬上再執(zhí)行一次新的保存現(xiàn)場(chǎng)的操作?！敖K止退棧處理”的機(jī)制可以有效地減少該種情形的處理時(shí)間，避免多余的恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)再保存現(xiàn)場(chǎng)的壓棧和退棧操作，從而加快中斷處理的響應(yīng)速度。

圖7.終止退棧處理示意圖

上圖中可以清楚地看出傳統(tǒng)的處理方式，和Cortex-M改進(jìn)后的處理方式的區(qū)別，結(jié)合尾部鏈接的機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了中斷的快速響應(yīng)，增強(qiáng)了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。

1.3.LPC800的NVIC使用

1.3.1 NVIC 控制寄存器

LPC800的NVIC(嵌套中斷控制器)支持32路中斷輸入源。NVIC共有5個(gè)寄存器(組)，每個(gè)中斷輸入源對(duì)應(yīng)其中的一組寄存器位。

表2.NVIC控制寄存器列表

序號(hào)	寄存器	功能	說(shuō)明
1	ISER0	設(shè)置中斷使能	每個(gè)中斷輸入源對(duì)應(yīng)1位。讀出’1’表示中斷已經(jīng)使能。 寫入’1’ 使能中斷，寫入’0’無(wú)效果。
2	ICER0	清除中斷使能	每個(gè)中斷輸入源對(duì)應(yīng)1位。讀出’1’表示中斷已經(jīng)使能。 寫入’1’表示清除中斷使能，寫入’0’無(wú)效果。
3	ISPR0	設(shè)置中斷掛起	每個(gè)中斷輸入源對(duì)應(yīng)1位。讀出’1’表示中斷已經(jīng)掛起。 寫入’1’表示設(shè)置中斷的掛起狀態(tài)，寫入’0’無(wú)效果。
4	ICPR0	清除中斷掛起	每個(gè)中斷輸入源對(duì)應(yīng)1位。讀出’1’表示中斷已經(jīng)掛起。 寫入’1’表示清除中斷的掛起狀態(tài)，寫入’0’無(wú)效果。
5	IPR0~7	設(shè)置中斷優(yōu)先級(jí)	這里總共有8個(gè)32位的寄存器，每個(gè)中斷輸入源對(duì)應(yīng)其中的8位，但其中只有2位有效。

上表中前面4個(gè)寄存器都是32位寄存器，參照表2的序號(hào)，序號(hào)0的SPI0_IRQ對(duì)應(yīng)這些寄存器的第0位，依次類推。

IPR0~7這8個(gè)寄存器，共有32個(gè)8位的字節(jié)，地址最小的第0個(gè)字節(jié)對(duì)應(yīng)SPI0_IRQ，依次類推。

1.3.2 中斷的使能和掛起

使能某個(gè)中斷，是指允許某個(gè)中斷源所產(chǎn)生的中斷信號(hào)觸發(fā)中斷，并導(dǎo)致調(diào)用中斷處理程序。

在LPC800中配置中斷需要有至少兩個(gè)部分。首先是在能夠產(chǎn)生中斷的外設(shè)中，配置相應(yīng)寄存器，使其能在指定的條件下產(chǎn)生中斷信號(hào)；例如如果希望在UART接收到數(shù)據(jù)時(shí)產(chǎn)生中斷，則必須配置UART模塊中相應(yīng)的寄存器。其次是在NVIC中斷控制器中打開(kāi)該中斷信號(hào)的傳輸通道，并最終觸發(fā)中斷，這就是常說(shuō)的使能中斷。

當(dāng)一個(gè)使能的中斷對(duì)應(yīng)的中斷源，產(chǎn)生了中斷信號(hào)(例如前述的UART接收到數(shù)據(jù))，則NVIC內(nèi)部的中斷掛起狀態(tài)位就會(huì)被置’1’，讀出ISPR0或ICPR0寄存器就可以看到這一位。當(dāng)CPU響應(yīng)該中斷請(qǐng)求進(jìn)入中斷處理程序后，NVIC會(huì)自動(dòng)地清除這個(gè)中斷掛起狀態(tài)位。

中斷掛起狀態(tài)位表示某個(gè)中斷請(qǐng)求是否已經(jīng)被響應(yīng)，用戶程序可以利用這一位，在沒(méi)有進(jìn)入它的中斷處理程序之前查詢對(duì)應(yīng)的狀況。特殊情況下，也可以主動(dòng)地使用ICPR0寄存器清除這個(gè)掛起狀態(tài)，這樣該中斷的處理程序?qū)⒉粫?huì)被調(diào)用；例如，在一個(gè)較高優(yōu)先級(jí)的中斷A處理程序中，主動(dòng)地判斷某個(gè)較低優(yōu)先級(jí)的中斷B，并直接處理這個(gè)請(qǐng)求，實(shí)現(xiàn)更快地處理那個(gè)低優(yōu)先級(jí)的中斷B事件，當(dāng)然處理完后要主動(dòng)地清除這個(gè)掛起狀態(tài)，否則還會(huì)再進(jìn)入中斷B對(duì)應(yīng)的處理程序中。

1.3.3 操作NVIC 控制寄存器

用戶可以直接操作以上寄存器設(shè)置NVIC，ARM在CMSIS函數(shù)包里也提供了一些簡(jiǎn)單的函數(shù)。

(1) NVIC_GetPendingIRQ和NVIC_GetPriority可以使用表3第4列“編號(hào)”中的負(fù)數(shù)作為輸入?yún)?shù)，例如使用-1表示讀取SysTick的掛起狀態(tài)或中斷優(yōu)先級(jí)。

(2) NVIC_SetPriority可以使用表3第4列“編號(hào)”中對(duì)應(yīng)SVCall、PendSV和SysTick的負(fù)數(shù)作為輸入?yún)?shù)設(shè)置它們的中斷優(yōu)先級(jí)。

1.3.4 中斷向量表和中斷處理程序的入口

常用的IAR或Keil集成開(kāi)發(fā)環(huán)境中，都提供了一個(gè)啟動(dòng)文件，啟動(dòng)文件中給出了默認(rèn)的中斷向量表。

在IAR集成開(kāi)發(fā)環(huán)境中，啟動(dòng)文件的名字是：IAR_cstartup_M.s

在Keil集成開(kāi)發(fā)環(huán)境中，啟動(dòng)文件的名字是：Keil_startup_LPC8xx.s

在中斷向量表中，對(duì)應(yīng)每一個(gè)中斷或異常的位置都默認(rèn)設(shè)置了一個(gè)向量，它們都指向同一個(gè)位置，在這個(gè)位置上只有一條自我循環(huán)的指令，形成一個(gè)死循環(huán)。用戶如果使能了某個(gè)中斷或異常，要在發(fā)生中斷事件時(shí)跳到自己的中斷處理程序，則需要替換中斷向量表中向量指向自己的中斷處理程序，或者簡(jiǎn)單的做法是使用與默認(rèn)的向量相同的名字，編譯器會(huì)幫你替換向量。

下表列出了所有默認(rèn)的中斷向量的名稱，供讀者參考。

表4.LPC82x中斷源向量默認(rèn)名稱

當(dāng)出現(xiàn)了你期望的中斷，但沒(méi)有跳轉(zhuǎn)到你自己的中斷處理程序時(shí)，除了檢查中斷源的配置以外，也需要檢查中斷處理程序的名稱是否拼寫對(duì)了，否則CPU會(huì)在發(fā)生中斷時(shí)，跳到默認(rèn)的死循環(huán)中，造成死機(jī)的現(xiàn)象。

1.3.5 HardFault的處理

HardFault是大家經(jīng)常遇到的問(wèn)題，所有不能恢復(fù)的系統(tǒng)錯(cuò)誤，都會(huì)產(chǎn)生這個(gè)異常中斷。

建議用戶自己為HardFault寫一個(gè)簡(jiǎn)單的中斷處理程序，在其中通過(guò)輸出某種調(diào)試信息或點(diǎn)亮某個(gè)LED的方式，讓自己可以很清楚地知道出現(xiàn)了HardFault。這個(gè)處理程序結(jié)尾可以進(jìn)入死循環(huán)而不必返回。

當(dāng)出現(xiàn)Hard Fault異常中斷后，用戶可以在這個(gè)處理程序中設(shè)置一個(gè)斷點(diǎn)，當(dāng)程序再次運(yùn)行停到這個(gè)斷點(diǎn)時(shí)，即可通過(guò)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境(IDE)的函數(shù)調(diào)用窗口，回溯到觸發(fā)這個(gè)異常中斷的指令語(yǔ)句，可以很輕松地發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤所在。

當(dāng)然，對(duì)于復(fù)雜的應(yīng)用，開(kāi)發(fā)人員也可以在Hard Fault中調(diào)出堆棧中的內(nèi)容，與一些重要的變量一起打包作為系統(tǒng)狀態(tài)以日志文件的形式保存下來(lái)，供隨后分析故障時(shí)使用。在PC的很多應(yīng)用軟件中我們也看到過(guò)類似的機(jī)制，當(dāng)軟件由于某種原因崩潰時(shí)，通常會(huì)彈出一個(gè)窗口詢問(wèn)是否需要給原廠發(fā)送診斷日志，以便日后提高軟件質(zhì)量。

END

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