中断：请求、仲裁、进入处理与返回

中断使处理器能够在外设事件发生时转去处理相应工作，例如按键触发、接收数据或定时器到期。外设发出请求、中断控制器选择请求、处理器进入异常以及软件执行处理程序，是几个相关但不同的步骤。

一次外部中断的基本过程

flowchart TD
    A[外设产生事件并记录状态] --> B[向中断控制器提出请求]
    B --> C{使能、屏蔽与优先级允许响应?}
    C -->|暂不允许| D[保持或记录待处理状态]
    D --> C
    C -->|允许| E[处理器按架构规则保存必要现场并进入异常]
    E --> F[根据向量或入口机制执行处理程序]
    F --> G[处理事件并按外设规则确认或清除请求]
    G --> H[异常返回并恢复执行上下文]

这是概念流程，具体的边沿、电平、挂起与确认规则由设备和中断控制器决定。并非所有控制器都以完全相同的方式保留被屏蔽的请求。

步骤	硬件或软件的职责	容易混淆的地方
IRQ 请求	外设或其他中断源报告事件	状态位已经置位，不代表处理器已经进入处理程序
请求选择	中断控制器考虑使能、挂起、屏蔽和优先级等条件	控制器的选择不是执行一条普通 C 函数调用
异常入口	处理器按架构保存所需状态并转移执行	自动保存哪些寄存器、是否切栈，各架构不同
中断服务例程 ISR	读取状态、搬运必要数据、确认事件或安排后续工作	只清控制器挂起位可能无法消除仍有效的外设请求
异常返回	恢复状态并继续合适的执行上下文	返回对象可能是线程或被抢占的中断；有调度器时也可能切换任务

向量表不等于处理器内部的一张函数表

“中断向量表”通常是内存中的架构数据结构，处理器通过约定的位置或基址寄存器访问它。它的内容和入口形式也不统一。

例如 Cortex-M 的向量表包含处理程序入口地址，首项还保存初始主栈指针；x86 使用中断描述符表等机制。不能统一描述成“控制器在 CPU 内部查到一个函数地址，然后调用它”。具体实现要结合处理器架构、启动代码和操作系统。

外设 IRQ 通常与正在执行的指令异步发生；由指令引起的故障、陷阱和系统调用等异常又有不同的触发与返回语义。资料中的“中断”有时是广义称呼，阅读时应先确认其范围。

写处理程序时先回答四件事

1. 谁产生请求，怎样确认？ 查外设状态位、清除顺序和中断控制器规则；有的状态需要写 1 清除，有的需要特定读写序列。
2. 哪些操作允许在此上下文执行？ 保持必要工作有界，避免等待只能由被抢占代码完成的事件；操作系统通常提供专门的中断接口。
3. 怎样与主循环或任务交换数据？ 选择队列、环形缓冲区、原子操作或受保护的共享状态。volatile 本身不提供互斥或完整同步。
4. 处理期间还会发生什么？ 考虑更高优先级抢占、事件再次到来、缓冲区溢出和响应时间；不要只测试单次触发。

以 Cortex-M 为例，屏蔽某中断与清除其挂起状态是不同操作，CMSIS 核心寄存器说明明确指出：禁止响应时，请求仍可能进入挂起状态。

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