单片机中断电平触发和脉冲输入

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素材来源 | 极术社区

Cortex-M0处理器允许两种形式的中断请求：电平触发和脉冲输入。

电平触发是外设的中断请求有持续的电平信号，若电平信号在处理器从ISR返回之前没有被取消，则中断返回后将再次触发已经服务过的中断。

脉冲中断是在信号的上升沿同步采样的中断信号，为了确保NVIC检测到中断，外设必须维持中断信号至少一个时钟周期，在此期间，NVIC检测脉冲和锁存中断。后续的脉冲可以将暂挂状态加到活动中断中，使状态为中断活动且挂起。然而，在有限周期内发生的多个脉冲只登记作为中断调度的单个事件。

哪些中断是电平触发的，哪些是脉冲触发的，具体选择哪一种是根据芯片设计来决定，不过大多数的外设使用电平触发中断输出。

1. 电平触发和脉冲输入

Cortex-M0处理器锁存所有中断，外围中断成为等待其中一个原因是：

• NVIC检测到中断信号被置位并且对应的中断不是active

• NVIC检测到中断信号的上升沿

• 软件写入相应的中断集挂起寄存器位

挂起的中断将一直挂起，直到下列情况之一发生：

• 处理器为中断进入ISR，这将改变中断的状态等待活跃：

对于电平触发型中断，当处理器从ISR返回时，NVIC采样中断信号。如果中断信号仍然有效，表示中断的状态更改为pending，这可能会导致处理器立即重新进入ISR。否则，中断的状态将变为非活动状态。

对于脉冲触发型中断，NVIC继续监视中断信号，如果这样触发时，中断状态变为挂起和活动状态。在这种情况下，当处理器从ISR返回中断状态时，中断状态变为挂起状态可能会导致处理器立即重新进入ISR。如果中断信号不是脉冲而处理器是在ISR，当处理器从ISR返回中断状态变为非活动状态。

• 软件写入相应的中断清除寄存器位。

对于电平触发型中断，如果中断信号仍然有效，则中断的状态中断不会改变。否则，中断的状态将变为非活动状态。

对于脉冲中断，中断状态变为：

• inactive，如果状态是pending

• active，如果状态是活动的和挂起的

2. 中断处理

当中断事件发生时，由于外设连接到了NVIC上，中断信号就会得到确认。在处理器执行中断服务并且没有清除外设的中断的信号以前，该信号会保持高电平。

在NVIC内部，当检测到有中断发生时，该中断的挂起状态会被置位，当处理器接受该中断并且开始执行中断服务后，挂起状态就会被清除。

针对脉冲输入的中断请求，这种情况下，在中断得到服务之前，挂起状态寄存器将会一直保持该请求。

如果中断请求没有立即执行，并且在确认之前被软件清除了，处理器将会忽略掉本次请求，并且不会执行中断处理。

如果在软件清除挂起状态时，外设仍然保持着中断请求，挂起状态寄存器还会立即生成。

3. 中断等待

通常情况下，处理器的中断等待时间为16个周期，这个等待时间从中断确认的处理器时钟周期开始，一直到中断处理开始执行结束。

计算中断等待需具备以下前提：

• 该中断使能并没有PRIMASK或者其他正在执行的异常处理所屏蔽

• 存储器系统没有任何等待状态，在中断处理、压栈、取向量表或者中断处理开始时取指都会用到总线传输，如果存储器系统需要等待，那么总线传输时产生的等待状态则可能使得中断延迟。

下面几种情况可能会导致不同的中断等待：

• 中断的咬尾连锁，如果一个中断返回时立即产生另外一个中断请求，处理器就会跳过出栈和压栈时间，减少了中断等待时间。

• 延迟到达，如果中断发生时，另外一个低优先级中断正在进行压栈处理，由于延迟到达，高优先级的中断就会立即执行，这样会导致高优先级的中断等待时间减少。

4. 异常屏蔽寄存器PRIMASK

有些对时间敏感的应用，需要在短时间内禁止响应所有的中断，对于这种应用，处理器不是直接使用中断使能、禁止控制寄存器来禁止所有中断再恢复，而是一个单独的特殊寄存器 - PRIMASK，通过它可以屏蔽掉除了NMI和HardFault异常的其他的所有的中断和系统异常。

PRIMASK寄存器只有1位有效，并且在复位后默认为0。该寄存器为0时，所有的中断和异常都处于允许状态，设置为1后，只有NMI和HardFault处于使能状态。

MOVS R0, #0x1         ;  //中断#2
MSR PRIMASK , R0       ;  //将R0的值送到PRIMASK

NVIC编程提示软件使用CPSIE i和CPSID i指令来启用和禁用中断。

CPSIE i                 ;  //清除 PRIMASK(使能中断)
CPSID i                 ;  //设置 PRIMASK(不响应中断)

CMSIS设备驱动库提供了C语言的实现函数，用户可以直接使用函数来设置和清除PRIMASK寄存器：

void __disable_irq(void) //不响应中断
void __enable_irq(void)  //启用中断

在对时间敏感的程序完成后，应该清除PRIMASK。要不然即使在中断处理中使用__disable_irq()函数，处理器将停止接受新的中断请求。主要原因是PRIMASK寄存器和Xpsr是相互独立的，因此异常返回不会影响中断屏蔽状态。

5. NVIC使用提示

确保软件使用正确对齐的寄存器访问，处理器不支持对 NVIC 寄存器的未对齐访问。

即使中断被禁用，它也可以进入挂起状态。

禁用中断只能防止处理器处理中断。

在对中断向量表重定义之前，必须包含所有的异常中断，例如 NMI、HardFault 和外设中断等。

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