MCU中断处理那些事（二）

前述文章，MCU中断处理那些事（一）中，我们简要介绍了16位MCU的中断处理系统的基本特点，本文基于上一次的话题继续讨论中断相关的事情。

一.MCU的中断处理过程

当一个中断事件发生时，它主要经历这样一个过程：首先是外设硬件或者MCU内核检测到这个事件，如果这个中断的优先级高于当前CPU的优先级，当前的程序执行就会停下来，接着就开启了中断服务程序ISR.

当中断服务程序执行完成时，硬件会恢复先前停止的程序运行，接着执行停下来时的下一条指令。

二.中断的分类

16位MCU会识别两种不同的中断类型，其中一种是不可以mask的Traps事件。这里我们详细了解一下Traps。Traps是一些不可以mask的，可以嵌套的中断。这些中断具有固定的中断优先级。他们存在的意义主要是检测并纠正一定的硬件和软件问题。

图1 Traps存在的意义

当用户不想去纠正一些Trap错误条件时，中断向量会指向让器件复位的代码，否则用户应用代码需要编程Trap中断向量指向纠正Trap条件的代码。

图2 Traps的种类

在dsPIC33及PIC24芯片上主要有以上几种Trap事件。一般来说，在Trap中断服务程序开始前，引起Trap的指令是允许执行完成的，所以用户需要考虑引起Traps的指令导致的一些影响。

对于Trap事件来说，他们具有固定的优先级，如振荡器失效的Trap的优先级最高，而DMAC错误的优先级最低。Trap的源是可以分为两类的，一类是Hard Trap，另一类是Soft Trap，大家需要注意。

除了Trap类型的中断之外，就是外设和I/O的外部中断。这些中断是属于一般的，可以被mask的中断，这些中断源都是来源于硬件外设的申请，例如外部中断pin，比较器中断，通信接口I2C或者UART中断等。

三.CPU的中断优先级

16位MCU的中断处理系统的一个关键特性是，用户可以对中断优先级进行设定，包括外设中断和外部中断等，对于此，我们先了解一下CPU的中断优先级的设定方式。

CPU的优先级可以设定为0-15这个范围的共16个优先级水平，所以，中断进行响应处理的一个前提是，中断的优先级必须要高于CPU的当前的优先级。

外设或者外部中断的优先级可以设定为0-7这些优先级水平，而需要注意的是CPU的8-15的优先级部分是为Traps事件所保留且是固定的。

当前执行线程的CPU的优先级是由CPU的状态寄存器SR中的IPL位及Core的控制寄存器中的IPL3所决定，如图3和4。

图3 CPU的SR寄存器中的IPL位

图4 CORCON寄存器的IPL3位

图5 CPU优先级的设定示例

如果我们将CPU的优先级设定为7，则所有的用户中断将被disable，因为所有的外设及外部中断优先级不可能大于7.而IPL3这一位被系统设定为了1，意味着发生了Trap事件。

这里，有一个知识点需要注意，就是当器件复位后，CPU的优先级是默认为0的，也就是说它比任何优先级非0的外设中断和外部中断的优先级都要低，它是允许用户中断的。

那么，我们如何配置CPU的优先级呢？首先IPL是可以根据用户的需要手动配置的，它可以允许配置为7，允许系统在一段时间内mask所有的外设和外部中断，以便密集执行一些CPU命令。

而IPL3是被CPU Core所设置的，它在发生Trap事件时，自动会设置为1.

四.中断的嵌套功能

中断处理系统不得不提的一个特性，就是中断嵌套，在默认设置下，16位MCU是允许中断嵌套功能的，任何一个高优先级的中断都可以打断一个低优先级的中断复位程序，去执行高优先级的中断服务程序。

这里我们有一个示例，用以说明中断嵌套的执行，如图6所示。

图6 中断嵌套示例

这里假定，当在主程序main执行任务时，有不同的优先级的三个ISR执行，此处使能了中断嵌套功能，可以看到由于CPU的优先级是0，所以优先级为4的中断打断了CPU去执行其任务，在执行过程中，优先级为7的中断触发了，所以优先执行这个7优先级中断，在此过程中，优先级为1的中断触发了，但是其优先级太低，所以排队在后面再执行。7优先级中断任务执行完之后，接着执行4优先级未执行完的任务，最终4优先级的中断执行完成，最后执行1优先级的任务。这就是一个中断嵌套的典型示例。

这里有一个知识点需要注意，在中断嵌套允许时，由于低优先级的中断可能会被打断，所以其中断延时会发生延长变化，比如它需要7个指令周期的中断延时，3个指令周期用于走出前面的中断，四个指令周期用于进入新的中断。

当用户不希望中断在执行时被其它高优先级中断打断时，那么，可以disable中断嵌套功能，具体可以在INTCON1中的NSTDIS位置位，这样在一个中断执行时，CPU的中断优先级会被强制为7，这就可以mask所有的其它中断，直到系统收到当前中断执行完成的标志，则可以执行其它中断，此时需要执行当时pending发生的最高优先级的中断。关于中断嵌套使能的功能这一个设置如图7所示。