OpenHamrony LiteOS-M内核的中断管理

在程序运行过程中，当出现需要由CPU立即处理的事务时，CPU暂时中止当前程序的执行转而处理这个事务，这个过程叫做中断。当硬件产生中断时，通过中断号查找到其对应的中断处理程序，执行中断处理程序完成中断处理。

通过中断机制，在外设不需要CPU介入时，CPU可以执行其他任务；当外设需要CPU时，CPU会中断当前任务来响应中断请求。这样可以避免CPU把大量时间耗费在等待、查询外设状态的操作上，有效提高系统实时性及执行效率。

下面介绍下中断的相关概念：

（1）中断号：中断请求信号特定的标志，计算机能够根据中断号判断是哪个设备提出的中断请求。

如表1所示，ARM芯片常用的中断和异常，此处稍微叙说下中断和异常的区别。

表1 ARM芯片常用的中断和异常

中断可以看作是异常的一种情况。中断是可以屏蔽的，如通过寄存器的I位和F位分别屏蔽IRQ和FIQ。而异常是无法屏蔽的，通常是CPU内部产生，而中断往往是外设产生，除了Reset、NMI、Hard Fault外，其它异常优先级别通过操控寄存器来设置。

ARM M系列的处理器有七种运行模式：USR（用户模式）、SYS（系统模式）、SVC（管理模式或特权模式）、IRQ（中断模式）、FIQ（快中断模式）、UND（未定义模式）、ABT（终止模式）。

这7种运行模式包括5种异常模式：SVC（管理模式）、IRQ（中断模式）、FIQ（快中断模式）、UND（未定义模式）、ABT（终止模式）。

管理模式是一种特殊的异常模式，管理模式也称为超级用户模式，是为操作系统提供软中断的特有模式，正是由于有了软中断，用户程序才可以通过系统调用切换到管理模式。

中断是ARM异常模式之一，有2种中断模式：IRQ（中断模式）、FIQ（快中断模式）

（2）中断请求。“紧急事件”向CPU提出申请（发一个电脉冲信号），请求中断，需要CPU暂停当前执行的任务处理该“紧急事件”，这一过程称为中断请求。

图1是响应一个中断请求的过程，用户程序正在主程序中运行，通过中断请求的触发，CPU暂停当前执行的主程序响应中断请求，响应完成后通过返回指令返回主程序。

图1中断请求示意图

（3）中断优先级。为使系统能够及时响应并处理所有中断，系统根据中断事件的重要性和紧迫程度，将中断源分为若干个级别，称作中断优先级，如表2所列。

表2 常见中断优先级

（4）中断处理程序。参考图2，当外设发出中断请求后，CPU暂停当前的任务，转而响应中断请求，即执行图中所示的中断处理程序B。产生中断的每个设备都有相应的中断处理程序。

（5）中断触发。中断源向中断控制器发送中断信号，中断控制器对中断进行仲裁，确定优先级，将中断信号发送给CPU。中断源产生中断信号的时候，会将中断触发器置“1”，表明该中断源产生了中断，要求CPU响应该中断。

图2 中断处理示意图

ARM M系列的芯片是采用NVIC中断控制器来实现中断，图2简要地示意了整个中断处理过程，其中包括中断引脚的选择(映射)，配置是上升沿还是下降沿触发，是否屏蔽某个引脚，是否中断使能，最后根据中断优先级别来响应优先级别最高的中断。

（6）中断向量。中断服务程序的入口地址。

（7）中断向量表。存储中断向量的存储区，中断向量与中断号对应，中断向量在中断向量表中按照中断号顺序存储。

中断相关接口说明见表3。

图3 中断向量表

表3中断相关接口说明