中斷的運(yùn)行并非 “瞬間完成”，而是遵循一套嚴(yán)謹(jǐn)?shù)挠布c軟件協(xié)同流程，從 “事件觸發(fā)” 到 “任務(wù)恢復(fù)” 可分為五個(gè)核心階段：中斷請(qǐng)求、中斷響應(yīng)、現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)、執(zhí)行 ISR、現(xiàn)場(chǎng)恢復(fù)與返回。每個(gè)階段都有明確的硬件邏輯與軟件規(guī)則，確保中斷處理的正確性與高效性。

（一）中斷請(qǐng)求：事件的 “信號(hào)傳遞”

中斷流程的起點(diǎn)是 “中斷請(qǐng)求（IRQ, Interrupt Request）”—— 當(dāng)外設(shè)或內(nèi)部模塊發(fā)生特定事件時(shí)（如按鍵按下導(dǎo)致 GPIO 引腳電平變化、定時(shí)器計(jì)數(shù)達(dá)到設(shè)定值、串口接收緩沖區(qū)有數(shù)據(jù)），會(huì)向 MCU 的 “中斷控制器” 發(fā)送一個(gè)硬件信號(hào)（通常是電平信號(hào)或脈沖信號(hào)），表明 “需要緊急處理”。

不同嵌入式芯片的中斷請(qǐng)求機(jī)制存在差異，但核心邏輯一致：首先，外設(shè)需具備 “中斷使能” 開(kāi)關(guān) —— 只有當(dāng)外設(shè)自身的中斷使能位被置 1 時(shí)，事件發(fā)生才會(huì)觸發(fā) IRQ（例如，要讓串口接收數(shù)據(jù)觸發(fā)中斷，需先開(kāi)啟串口的 “接收中斷使能位”）；其次，中斷請(qǐng)求需經(jīng)過(guò) “同步電路”—— 由于外設(shè)時(shí)鐘與 MCU 核心時(shí)鐘可能不同步（如外設(shè)用 32kHz 時(shí)鐘，核心用 100MHz 時(shí)鐘），IRQ 信號(hào)需經(jīng)過(guò) 1-2 個(gè)核心時(shí)鐘周期的同步，避免 metastability（亞穩(wěn)態(tài)）導(dǎo)致的信號(hào)誤判；最后，中斷請(qǐng)求會(huì)被暫存在中斷控制器的 “掛起寄存器（Pending Register）” 中，等待 MCU 響應(yīng) —— 即使 MCU 暫時(shí)無(wú)法處理（如正在執(zhí)行更高優(yōu)先級(jí)任務(wù)），IRQ 信號(hào)也會(huì)被掛起保存，不會(huì)丟失。

（二）中斷響應(yīng)：MCU 的 “優(yōu)先級(jí)判斷”

當(dāng) MCU 接收到中斷請(qǐng)求后，并非立即響應(yīng)，而是先進(jìn)行 “中斷響應(yīng)條件判斷”，核心是 “是否允許中斷” 與 “中斷優(yōu)先級(jí)是否足夠高”。

首先是 “全局中斷使能” 判斷：MCU 有一個(gè) “全局中斷使能位”（如 ARM Cortex-M 系列的 PRIMASK 寄存器），只有當(dāng)該位為 0 時(shí)（全局中斷允許），MCU 才會(huì)響應(yīng)中斷；若該位為 1（全局中斷禁止），則所有可屏蔽中斷都會(huì)被忽略，僅不可屏蔽中斷（NMI）能強(qiáng)制響應(yīng) —— 這一機(jī)制用于處理 “臨界區(qū)”（如主程序與 ISR 共享數(shù)據(jù)時(shí)，需禁止中斷避免數(shù)據(jù)混亂）。

其次是 “中斷優(yōu)先級(jí)判斷”：當(dāng)多個(gè)中斷請(qǐng)求同時(shí)掛起時(shí)，中斷控制器會(huì)根據(jù)預(yù)設(shè)的 “中斷優(yōu)先級(jí)”，選擇優(yōu)先級(jí)最高的中斷進(jìn)行響應(yīng)。嵌入式系統(tǒng)的中斷優(yōu)先級(jí)通常分為 “搶占優(yōu)先級(jí)” 與 “子優(yōu)先級(jí)”（如 Cortex-M 的 NVIC 控制器）：搶占優(yōu)先級(jí)高的中斷可打斷正在執(zhí)行的低搶占優(yōu)先級(jí) ISR（即 “中斷嵌套”）；若兩個(gè)中斷的搶占優(yōu)先級(jí)相同，則比較子優(yōu)先級(jí)，子優(yōu)先級(jí)高的先響應(yīng)；若搶占優(yōu)先級(jí)與子優(yōu)先級(jí)均相同，則按 “中斷編號(hào)” 的默認(rèn)順序響應(yīng)（如編號(hào)小的優(yōu)先）。例如，“電機(jī)過(guò)載保護(hù)中斷”（搶占優(yōu)先級(jí) 1）可打斷正在執(zhí)行的 “按鍵掃描中斷”（搶占優(yōu)先級(jí) 2），而 “串口接收中斷” 與 “SPI 接收中斷”（均為搶占優(yōu)先級(jí) 2，子優(yōu)先級(jí) 1 與 2）則按子優(yōu)先級(jí)順序響應(yīng)。

當(dāng)滿(mǎn)足響應(yīng)條件時(shí)，MCU 會(huì)啟動(dòng) “中斷響應(yīng)序列”：首先，禁止同優(yōu)先級(jí)及更低優(yōu)先級(jí)的中斷（防止響應(yīng)過(guò)程中被打斷）；其次，自動(dòng)保存 “上下文現(xiàn)場(chǎng)”—— 將當(dāng)前的程序計(jì)數(shù)器（PC，記錄下一條要執(zhí)行的指令地址）、程序狀態(tài)寄存器（PSR，記錄 CPU 狀態(tài)）、通用寄存器（R0-R3 等）的值壓入棧（Stack）中，確保后續(xù)能準(zhǔn)確恢復(fù)常規(guī)任務(wù)；最后，根據(jù) “中斷向量表” 找到對(duì)應(yīng)的 ISR 入口地址，將 PC 指向該地址，正式進(jìn)入 ISR 執(zhí)行階段。

（三）現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)與 ISR 執(zhí)行：事件的 “核心處理”

盡管 MCU 在中斷響應(yīng)階段已自動(dòng)保存部分寄存器（如 R0-R3、PC、PSR），但對(duì)于其他通用寄存器（如 R4-R11），若 ISR 中會(huì)修改這些寄存器的值，則需要在 ISR 開(kāi)頭手動(dòng)進(jìn)行 “現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)”—— 將這些寄存器的值壓入棧中；若 ISR 中不修改，則無(wú)需保護(hù)，以減少處理延遲。這一環(huán)節(jié)的核心原則是 “誰(shuí)修改，誰(shuí)保護(hù)”，避免 ISR 執(zhí)行后，常規(guī)任務(wù)的寄存器值被篡改，導(dǎo)致程序運(yùn)行異常。

中斷服務(wù)程序（ISR）是中斷處理的 “核心邏輯”，其設(shè)計(jì)直接決定中斷處理的效率與可靠性。ISR 的核心要求是 “短小精悍”—— 僅處理與中斷事件直接相關(guān)的必要操作，避免執(zhí)行復(fù)雜運(yùn)算、循環(huán)或調(diào)用耗時(shí)函數(shù)（如 printf、動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配）。例如，按鍵中斷的 ISR 應(yīng)僅做 “置位按鍵標(biāo)志位” 或 “讀取按鍵值并緩存”，而將 “按鍵防抖處理”“執(zhí)行按鍵對(duì)應(yīng)的功能（如開(kāi)燈）” 交給主程序；串口接收中斷的 ISR 應(yīng)僅做 “將接收數(shù)據(jù)存入緩沖區(qū)”，而將 “數(shù)據(jù)解析”“數(shù)據(jù)處理” 交給主程序。這樣設(shè)計(jì)的原因在于：ISR 執(zhí)行時(shí)間越長(zhǎng)，中斷延遲與嵌套沖突的風(fēng)險(xiǎn)越高，甚至可能導(dǎo)致低優(yōu)先級(jí)中斷被長(zhǎng)期阻塞，丟失重要事件。

此外，ISR 中還需注意 “中斷清除”—— 部分外設(shè)的中斷請(qǐng)求會(huì)在事件發(fā)生后持續(xù)有效（如定時(shí)器溢出中斷），若 ISR 中不手動(dòng)清除 “中斷掛起位”，則 ISR 執(zhí)行完成后，中斷控制器會(huì)認(rèn)為中斷請(qǐng)求仍存在，立即再次觸發(fā)中斷，導(dǎo)致 “中斷風(fēng)暴”（ISR 無(wú)限循環(huán)執(zhí)行）。中斷清除的方式因外設(shè)而異：有的需要清除外設(shè)自身的中斷掛起位（如定時(shí)器的 SR 寄存器），有的需要通過(guò)讀取數(shù)據(jù)自動(dòng)清除（如串口接收數(shù)據(jù)后，讀取 DR 寄存器即可清除接收中斷掛起位）。

（四）現(xiàn)場(chǎng)恢復(fù)與中斷返回：任務(wù)的 “無(wú)縫銜接”

ISR 執(zhí)行完成后，需要進(jìn)行 “現(xiàn)場(chǎng)恢復(fù)” 與 “中斷返回”，確保常規(guī)任務(wù)能從被暫停的位置繼續(xù)執(zhí)行?，F(xiàn)場(chǎng)恢復(fù)與現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)相對(duì)應(yīng)：若 ISR 開(kāi)頭手動(dòng)保護(hù)了 R4-R11 等寄存器，則需在 ISR 結(jié)尾手動(dòng)將這些寄存器的值從棧中彈出，恢復(fù)原值；若未保護(hù)，則無(wú)需操作。

中斷返回的核心是執(zhí)行 “中斷返回指令”（如 ARM Cortex-M 的 BX LR 指令，x86 的 IRET 指令）。當(dāng) MCU 執(zhí)行該指令時(shí)，會(huì)自動(dòng)從棧中彈出之前保存的 PC、PSR、R0-R3 等寄存器的值，恢復(fù) CPU 的狀態(tài)與程序計(jì)數(shù)器指向 ——PC 重新指向被中斷的常規(guī)任務(wù)的下一條指令，PSR 恢復(fù)中斷前的 CPU 狀態(tài)（如中斷屏蔽位、條件標(biāo)志位），R0-R3 恢復(fù)原值。同時(shí)，中斷控制器會(huì)自動(dòng)清除當(dāng)前中斷的掛起位，并重新允許同優(yōu)先級(jí)及更低優(yōu)先級(jí)的中斷（若之前禁止），至此，整個(gè)中斷流程完成，常規(guī)任務(wù)無(wú)縫銜接繼續(xù)執(zhí)行。