大家好，我是痞子衡，是正經搞技術的痞子。今天痞子衡給大家分享的是嵌入式MCU中标準的三重中斷控制設計。
我們知道在 MCU 裸機中程式代碼之是以能完成多任務并行實時處理功能，其實主要是靠中斷來排程的，沒有中斷，CPU 就隻能按順序"呆闆"地執行代碼。很多人都說是中斷能力賦予了 MCU 真正的靈魂，能正确認識和熟練使用 MCU 中斷，基本上就算玩熟了這顆 MCU。
痞子衡之前寫過一篇 《中斷處理函數(IRQHandler)的标準流程》，裡面詳細講了中斷處理函數裡的标準代碼流程與寫法，這篇文章可讓大家對 MCU 裡的中斷用法有個初步認識。今天痞子衡以 ARM Cortex-M 核心 MCU 為例再來介紹下業界标準的三重中斷控制設計：
一、外設事件中斷控制
MCU 中最底層的中斷控制針對的是外設裡某個具體的事件，這個控制來自于外設子產品本身，以恩智浦 i.MXRT 系列 MCU 的 GPT 定時器子產品為例。如下是 GPT 子產品寄存器清單，你可以發現其中有經典的 IR 和 SR 寄存器，SR 是事件狀态寄存器，IR 是中斷事件控制寄存器：
GPT 定時器一旦被使能，其運作狀态（一共支援 6 個事件：逾時、輸入捕獲 x 2ch、比較輸出 x 3ch）都會實時記錄在 SR 寄存器中，如果不在 IR 寄存器中将事件中斷開啟（預設是關閉的），那麼就需要使用者在代碼裡手動去查詢 SR 寄存器置起的事件标志位以處理對應事件。
- Note：SR 寄存器中置起的事件标志位需要在事件處理前手動清除掉。如果标志位不及時清除，可能會遺漏下一次事件的處理（比如先處理目前事件，後清除事件标志位，那麼處理事件期間再次發生的事件就會被漏掉）。如果标志位忘了清除，同一次事件就會被處理兩次及以上。
當然在實際應用中，為了節省 CPU 帶寬，我們都是要開啟外設事件中斷的，MCU 廠商 SDK 包裡一般都會提供相應接口函數（取自 fsl_gpt.h）：
typedef enum _gpt_interrupt_enable { kGPT_OutputCompare1InterruptEnable = GPT_IR_OF1IE_MASK, kGPT_OutputCompare2InterruptEnable = GPT_IR_OF2IE_MASK, kGPT_OutputCompare3InterruptEnable = GPT_IR_OF3IE_MASK, kGPT_InputCapture1InterruptEnable = GPT_IR_IF1IE_MASK, kGPT_InputCapture2InterruptEnable = GPT_IR_IF2IE_MASK, kGPT_RollOverFlagInterruptEnable = GPT_IR_ROVIE_MASK, } gpt_interrupt_enable_t; // 開啟 GPTx 的 xx 事件中斷 static inline void GPT_EnableInterrupts(GPT_Type *base, uint32_t mask) { base->IR |= mask; } // 關閉 GPTx 的 xx 事件中斷 static inline void GPT_DisableInterrupts(GPT_Type *base, uint32_t mask) { base->IR &= ~mask; } 使能 GPT1 的逾時事件中斷代碼示例如下：
void periph_int_config(void) { // 初始化 GPT1... GPT_Init(GPT1, &gptConfig); // ... // 開啟 GPT1 的逾時事件中斷 GPT_EnableInterrupts(GPT1, kGPT_RollOverFlagInterruptEnable); } 二、外設全局中斷控制
MCU 中第二層的中斷控制針對的是整個外設，這個控制來自于 Cortex-M 核心的 NVIC 子產品。如下是 NVIC 子產品寄存器清單（取自 ARMv8-M 手冊，除了 IABRn 和 ITNSn 寄存器組外，其餘寄存器适用全部的 Cortex-M 家族），其中跟中斷開關相關的是 ISER 和 ICER 寄存器：
當 MCU 中某外設（比如上一節裡的 GPT）被使能後，即使其内部事件中斷已被開啟，也不意味着系統中斷一定會被觸發，因為 NVIC 裡對于這個外設的全局中斷開關（同一外設中所有事件共享一個系統中斷資源，即一個中斷号）還沒有開啟。ARM CMSIS 包裡提供了外設全局中斷控制函數（取自 core_cm7.h 檔案）：
#define NVIC_EnableIRQ __NVIC_EnableIRQ #define NVIC_DisableIRQ __NVIC_DisableIRQ // 開啟 xx 外設的全局中斷 __STATIC_INLINE void __NVIC_EnableIRQ(IRQn_Type IRQn) { if ((int32_t)(IRQn) >= 0) { __COMPILER_BARRIER(); NVIC->ISER[(((uint32_t)IRQn) >> 5UL)] = (uint32_t)(1UL << (((uint32_t)IRQn) & 0x1FUL)); __COMPILER_BARRIER(); } } // 關閉 xx 外設的全局中斷 __STATIC_INLINE void __NVIC_DisableIRQ(IRQn_Type IRQn) { if ((int32_t)(IRQn) >= 0) { NVIC->ICER[(((uint32_t)IRQn) >> 5UL)] = (uint32_t)(1UL << (((uint32_t)IRQn) & 0x1FUL)); __DSB(); __ISB(); } } 增加了使能 GPT1 的全局中斷代碼示例如下，其中 GPT1_IRQn 和 GPT1_IRQHandler 是固定名字，在 MCU 廠商提供的頭檔案（MIMXRT1176_cm7.h）和啟動檔案（startup_MIMXRT1176_cm7.s）裡有定義。
void periph_int_config(void) { // 初始化 GPT1... GPT_Init(GPT1, &gptConfig); // ... // 開啟 GPT1 的逾時事件中斷 GPT_EnableInterrupts(GPT1, kGPT_RollOverFlagInterruptEnable); // 開啟 GPT1 的全局中斷 NVIC_EnableIRQ(GPT1_IRQn); } // GPT1 的中斷響應函數 void GPT1_IRQHandler(void) { GPT_ClearStatusFlags(GPT1, kGPT_RollOverFlagInterruptEnable); // 中斷業務處理代碼 } 三、系統全局中斷控制
MCU 中最頂層的中斷控制針對的是整個晶片系統，這個控制來自于 Cortex-M 核心的 CPS 指令。如下是 CPS 指令用法（取自 ARMv7-M 手冊）：
當你想對 MCU 整個晶片的所有中斷進行統一開關控制時，就必須借助 CPS 指令。一般情況下開啟晶片系統全局中斷動作在 MCU 啟動檔案裡已經做好了，是以在使用者代碼環境裡常常不需要使能系統全局中斷的動作。如下是 IAR 環境下 i.MXRT1170 啟動檔案中系統全局中斷操作，基于彙編指令實作：
為了便于使用者在 C 代碼中作業系統全局中斷，各 IDE 下均按同樣的接口函數( __disable_irq / __enable_irq )做了封裝實作。IAR 環境見 \IAR Systems\Embedded Workbench 8.50.6\arm\inc\c\iccarm_builtin.h 檔案，但是封裝進其 Lib 了，沒有暴露源碼：
#include "iccarm_builtin.h" #define __disable_irq __iar_builtin_disable_interrupt #define __enable_irq __iar_builtin_enable_interrupt Keil 環境見 \Keil_v5\ARM\ARMCLANG\include\arm_compat.h 檔案，我們可以看到源碼：
static __inline__ unsigned int __attribute__((__always_inline__, __nodebug__)) __disable_irq(void) { unsigned int cpsr; #if __ARM_ARCH >= 6 #if defined(__ARM_ARCH_PROFILE) && __ARM_ARCH_PROFILE == 'M' __asm__ __volatile__("mrs %[cpsr], primask\n" "cpsid i\n" : [cpsr] "=r"(cpsr)); return cpsr & 0x1; #endif #endif } static __inline__ void __attribute__((__always_inline__, __nodebug__)) __enable_irq(void) { #if __ARM_ARCH >= 6 __asm__ __volatile__("cpsie i"); #endif } 最終 GPT 例程裡完整的三重中斷使能代碼應如下：
void periph_int_config(void) { // 初始化 GPT1... GPT_Init(GPT1, &gptConfig); // ... // 開啟 GPT1 的逾時事件中斷 GPT_EnableInterrupts(GPT1, kGPT_RollOverFlagInterruptEnable); // 開啟 GPT1 的全局中斷 NVIC_EnableIRQ(GPT1_IRQn); // 開啟晶片系統全局中斷 __enable_irq(); } 至此，嵌入式MCU中标準的三重中斷控制設計痞子衡便介紹完畢了，掌聲在哪裡~~~
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衡傑(痞子衡)，目前就職于恩智浦MCU系統部門，擔任嵌入式系統應用工程師。
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