第4章 中断

§4.2 中断基础知识（回顾）

定义
— 由于某些事件的出现，中止现行进程的运行，而转去处理出现的事件，
待适当的时候让被中止的进程继续运行，这个过程称为中断 。

作用
— 快速响应外部事件 。

中断是从一个硬件信号开始的 ，其实是电平信号引 起的。
§4.2.1 上下文的保存和恢复

保存上下文
— 在中断程序开始时要把所有的寄存器压入堆栈， 我们把这个过程称作保存上下文。
§4.3.2 解决共享数据问题

第一种方法
— 禁止和允许中断。
必须清楚什么时候禁 止中断，并在必要的时 候通过明确的程序代码 来实现。

§4.3.3 “原子的”和“临界区”

程序中不能被中断的部分代码称为“原子的”。 在操作系统中，称作“原语”。
—不能被中断的意思是如果执行了就不能被停止，一直到结束
中断程序的定位问题
— 固定位置 — 在中断向量表中

中断向量表的定位问题
— 固定位置 — 通过一些方法提供

一条指令在执行过程中，微处理器能被中断吗？
— 通常是不行的。 — 在绝大多数情况下，微处理器会在执行完当前指令以后才跳 转到中断程序。

如果两个中断同时产生，微处理器会优先执行哪一个 中断程序呢？
免出现共享数据问题。
§4.3.6 volatile关键字


在嵌入式C中常用。 为了防止编译器的优化，需要volatile关键字。
— 警告编译器，不要优化代码，以免出错。


如果编译器不支持volatile关键字，可以通过关掉编 译器的优化功能来达到相同目的。 上述例子的另一解决办法，但要需要volatile关键字。

恢复上下文
— 中断程序结束后的弹出堆栈，我们称之为恢复上 下文。
§4.2.2 禁止中断


禁止CPU对中断的响应，也就是说中断被屏蔽 了。当允许中断时，再被执行。 屏蔽中断的方法 — 有一些专用的寄存器来管理中断的禁止和允许。
— 利用优先级机制（比较少见）。
Leabharlann Baidu
§4.2.3 和中断有关的常见问题



使用中断时都会碰到这样一个问题
— 中断程序可能会与用户所写的其他的任务代码通信。
在这种情况下，中断程序和任务代码就必须 共享一个或多个变量来实现它们之间的通信。 什么是共享数据？
— 指中断程序和任务代码或任务之间的代码共同使用的一个 或多个变量。 — 举例例子

说明
—功能：监控着两个应该 相等的温度。如果它们不 等了，系统就发出警报。 —函数main是一个无限循环， 它的功能是确定两个温度 相等与否。 —中断程序周期性执行。

如果忘了恢复被禁止的中断会怎么样？
—微处理器将不会执行任何中断程序，任何跟中断程 序有关的处理都会慢慢停下来。

如果禁止/允许一个已被禁止/允许的中断会怎么 样？ 微处理器启动时中断是被禁止还是被允许的？ 可以用C语言写中断程序吗？
—不会发生任何事情。

— 被禁止

— 通常是可以的。
§4.3 共享数据问题
但是注意：static volatile long int lSecondsToday；
§4.4 中断延迟


可以反映出系统对外界变化的反应速度。 系统对每个中断响应速度能有多快，与以下 ４个因素有关：
—中断被禁止的最长时间（越短，响应越好） 。 —高优先级的中断程序的执行时间（编写短的ＩＳＲ）。 —微处理器停止当前任务、保存必要的信息以及执行中断程 序中的指令所花费的时间（由硬件完成）。 —从中断程序保存上下文到完成一次响应需要的时间。 （由软件完成，可以通过编写高效代码来解决它）

把必须是“原子的”以保证系统正常运转的指 令的集合定义为“临界区”。
注意：临界区是一部分代码段。
§4.3.4 更多一些例子

说明
—共享了三个全局变量。 —中断程序负责时的时更新。 —任务负责返回午夜到现在的 时间秒数。

问题
—假设现在时间为3:59:59，任 务读iHours=3后，被中断了； —时间更新为4:00:00 ； —再返回任务读iMinutes=00, iHours=00； —结果时间为3:00:00 ，差了 一个小时。
§4.3.5 第四种方法
— 把秒数计算放在中断程序中，由任务返回结果。 — 但return (lSecondsToday ) 不一定是“原子的”。 — 如果微处理器的寄存器达到可存放一个长整数，则是“原子 的”； —如果达不到，则不是“原子的”。

更好的解决办法
— 当函数读取共享变量时就禁止中断，从而绝对避

存在的问题
—可能会误发警报。 —因中断程序和主函数共用 iTemperatures[2]变量。

说明
—也存在数据共享。 —只是更加不明显了。 —因while循环中的语句能 被中断。
§4.3.1 共享数据问题的特征

隐蔽性 发生时间的不确定性
一旦你的中断程序和任务代码共享了数据，请你务 必保持怀疑的态度，来分析各种可能出现的情况， 以确保你的代码中没有共享数据问题。

中断延迟是指系统响应一个中断所需要花费 的时间

这些因素如何得到？
— 第三个因素可以通过制造商提供的微处理器文档得到。 — 其余三个因素可以通过实验测量或查阅指令数量和类型， 再查阅文档得到，但是有Ｃache就不是很有效了。

要保持中断延迟短，需要：
— 使中断程序尽可能短。 — 仅禁止中断一段短的时间。
解决办法：

第一种方法
— 直接加禁止和允许中断。
— 但是enable( )不能被执行，因为任务已经返回了。

第二种方法
— 变形后加禁止和允许中断。 — 但是如果函数被其他临界区调用时，会导致其他
临界区中允许中断而产生错误。

第三种方法
— disable( )除禁止中断外，还有返回值。 — 返回1，可以允许中断。 — 返回0，不允许中断。 — 缺点：速度稍慢一些。
§4.1 微处理器体系结构

汇编语言又叫助记符语言
— 是能在微处理器上执行的机器指令的另一种表示形式。 — 每一条汇编语句对应一条机器指令。 — 每一种微处理器都有它自己的汇编语言。

微处理器内的寄存器：
有一组寄存器 — 通用寄存器（如，AC） — 专用寄存器（如PC和SP）

C语言是高级语言
— 一条C语句可能对应多条汇编指令。 — 例子：
《嵌入式系统软件教程》
David E Simon著 陈向群 等译 机械工业出版社
第四章 中断

从第四章开始进入我们的主题是嵌入式系统软 件，跟操作系统有关的概念。 即使嵌入式系统正在做某些事情，也要能够快 速响应外部事件。 为保证到达这一要求，响应是必须面对的一个 难题之一。 解决响应问题的第一个方法就是使用中断 —使用中断好处:对外部事件能快速响应。 —使用中断坏处:使程序设计复杂化。
— 利用优先级，优先级高的可以中断优先级低的程序。

一个中断请求能够中断另一个中断程序吗？
— 对大多数的微处理器而言，中断嵌套是可以的。

在中断被禁止的时候发生中断请求会怎么样？
— 在绝大多数情况下，微处理器会记下发出请求的 中断，等到允许中断的时候就会转去执行中断程序。 —中断并没有被真正地禁止，而是仅仅被推迟了。