MCU中斷的原理是什么？處理過程是怎樣的？

事實(shí)上中斷是有效使用MCU的最基本方法之一。現(xiàn)在用一個類比來說明事情如何在沒有中斷的情況下工作：如果你正在煮雞蛋，并且想在10分鐘內(nèi)將它們從爐子上取下來，那么一種方法是不時(shí)檢查時(shí)鐘以確保看看時(shí)間是否到了。在嵌入式系統(tǒng)中也是如此：如果你想在執(zhí)行某些操作之前等待特定狀態(tài)發(fā)生變化，那么一種方法是定期檢查狀態(tài)。或者，如果你的程序正在等待GPIO輸入電平;要在執(zhí)行某個步驟之前從0更改為1，那么一種方法是定期檢查GPIO值。這種定期檢查的方法稱為輪詢。

雖然輪詢是一種檢查狀態(tài)變化的簡單方法，但它是有代價(jià)的。如果檢查間隔太長，發(fā)生和檢測之間可能會有很長的滯后——如果在檢查之前狀態(tài)又變回，你可能會完全錯過更改。更短的間隔將獲得更快、更可靠的檢測，但也會消耗更多的處理時(shí)間和功率，因?yàn)楦嗟臋z查將返回否定。

另一種方法是利用中斷。使用這種方法，狀態(tài)變化會產(chǎn)生一個中斷信號，使CPU暫停其當(dāng)前操作(并保存其當(dāng)前狀態(tài))，然后執(zhí)行與中斷相關(guān)的處理，然后恢復(fù)其先前的狀態(tài)并從中斷處恢復(fù)。

MCU(微控制器)中斷的原理是當(dāng)CPU在執(zhí)行程序時(shí)，遇到外部或內(nèi)部緊急事件需要處理，暫時(shí)中斷當(dāng)前的程序執(zhí)行，轉(zhuǎn)而去處理事件。具體步驟如下：

中斷發(fā)生：CPU在處理某一事件A時(shí)，發(fā)生了另一事件B請求CPU迅速去處理。

中斷響應(yīng)和中斷服務(wù)：CPU暫時(shí)中斷當(dāng)前的工作，轉(zhuǎn)去處理事件B。

中斷返回：待CPU將事件B處理完畢后，再回到原來事件A被中斷的地方繼續(xù)處理事件A。這一過程被稱為中斷。

MCU中斷的處理過程包括以下步驟：

中斷檢測：當(dāng)MCU發(fā)生某個中斷時(shí)，首先會去檢查中斷源，看是否有中斷發(fā)生。

中斷使能：如果中斷源是使能的，那么MCU就會進(jìn)行下一步處理。

中斷標(biāo)志位檢測：接下來，MCU會檢查中斷標(biāo)志位。如果該中斷的標(biāo)志位已經(jīng)置位，那么就說明這個中斷已經(jīng)被觸發(fā)。

處理中斷：一旦確認(rèn)了中斷的發(fā)生，MCU就會跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的中斷處理程序(Interrupt Service Routine, ISR)去執(zhí)行。

保存現(xiàn)場：在處理中斷的過程中，MCU會保存當(dāng)前的“工作現(xiàn)場”，即把一些重要的寄存器(如R0~R15等)的內(nèi)容保存起來，以便在中斷處理完畢后能夠回到原來的程序中繼續(xù)執(zhí)行。

執(zhí)行中斷處理程序：在ISR中，MCU會執(zhí)行一些特定的操作，這些操作都是預(yù)先定義好的，用于處理特定類型的中斷。

中斷處理完畢：當(dāng)ISR中的操作執(zhí)行完畢后，MCU就會通過特定的方式回到原來的程序中，繼續(xù)執(zhí)行原先的指令。

恢復(fù)現(xiàn)場：在返回到原來的程序后，MCU會恢復(fù)現(xiàn)場，即恢復(fù)之前保存的寄存器的內(nèi)容，然后繼續(xù)執(zhí)行原來的程序。

中斷提高處理效率的原理在于它能夠使MCU及時(shí)響應(yīng)外部事件。

在沒有中斷的情況下，MCU需要不斷輪詢外部設(shè)備，判斷是否有需要處理的數(shù)據(jù)，這會浪費(fèi)大量的時(shí)間和系統(tǒng)資源。而有了中斷，外部設(shè)備只需要在需要處理數(shù)據(jù)時(shí)向MCU發(fā)送中斷請求信號，MCU就可以及時(shí)地響應(yīng)，跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的中斷處理程序進(jìn)行執(zhí)行。這樣，MCU就不需要再浪費(fèi)時(shí)間輪詢外部設(shè)備，而是可以繼續(xù)執(zhí)行其他任務(wù)。

因此，通過中斷機(jī)制，MCU能夠更高效地響應(yīng)和處理外部事件，提高處理效率。

MCU中斷的優(yōu)勢主要包括：

提高處理器的效率：通過中斷，MCU可以降低對外部設(shè)備的輪詢時(shí)間，從而將更多的時(shí)間用于執(zhí)行其他任務(wù)，提高整體的處理效率。

提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性：當(dāng)有緊急事件需要處理時(shí)，通過中斷可以使MCU立即處理該事件，并保證在處理完成后立即返回原來的任務(wù)，從而提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。

簡化程序結(jié)構(gòu)：通過中斷，可以將程序分為兩部分，一部分是主程序，另一部分是中斷服務(wù)程序。這樣，I/O操作、定時(shí)器計(jì)數(shù)等與主程序無關(guān)的功能可以交由中斷服務(wù)程序處理，使程序結(jié)構(gòu)更加清晰簡潔。

此外，中斷還有利于實(shí)現(xiàn)分時(shí)操作和故障處理，以及在待機(jī)狀態(tài)下進(jìn)行喚醒等操作，進(jìn)一步提升MCU的工作效率和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。