2、中断系统基础：中断的概念、中断向量表、中断优先级、中断嵌套、中断服务函数（ISR）的编写规范

各位同学，咱们今天聊聊中断系统。说实话，中断是嵌入式运动控制里最核心的机制之一。没有中断，你的电机控制基本就是「轮询死等」，效率低得可怜。我刚开始做运动控制那会儿，就吃过这个亏——一个简单的步进电机加减速，用轮询写出来，CPU占用率直接飙到90%，啥也干不了。

后来我明白了，中断才是嵌入式系统的灵魂。你想想看，CPU正在忙着算轨迹，突然电机堵转了，或者编码器来了个脉冲，怎么办？总不能停下来等吧？中断就是来解决这个问题的。

2.1 中断的概念

中断，说白了就是「CPU正在干一件事，突然被另一件更紧急的事打断，处理完紧急事后，再回来接着干原来的事」。

举个例子：你在写代码，突然电话响了。你放下笔接电话，接完再继续写。这个电话就是「中断源」，接电话就是「中断服务函数」，放下笔的位置就是「断点」。

在运动控制里，常见的中断源有：

• 定时器中断：用于产生PWM脉冲、控制步进电机速度
• 外部中断：编码器信号、限位开关、急停按钮
• DMA中断：数据传输完成通知
• ADC中断：电流采样完成

我记得有个项目，客户要求电机在0.1ms内响应急停信号。用轮询？根本不可能。最后就是用外部中断，从信号触发到电机停止，只用了不到50μs。

2.2 中断向量表

中断向量表，你可以把它理解成一个「电话本」。每个中断源都有一个固定的编号，CPU收到中断信号后，就去查这个电话本，找到对应的处理函数地址，然后跳过去执行。

以STM32为例，中断向量表通常放在Flash的起始地址：

// 中断向量表示例（简化版）
__attribute__((section(".isr_vector")))
void (* const g_pfnVectors[])(void) = {
    &__StackTop,           // 0: 栈顶指针
    Reset_Handler,         // 1: 复位中断
    NMI_Handler,           // 2: 不可屏蔽中断
    HardFault_Handler,     // 3: 硬件错误中断
    // ... 其他中断
    TIM2_IRQHandler,       // 28: 定时器2中断
    TIM3_IRQHandler,       // 29: 定时器3中断
    // ...
};

2.3 中断优先级

多个中断同时来了怎么办？谁先响应？这就涉及到中断优先级了。

中断优先级分两种：

• 抢占优先级：高优先级可以打断低优先级的中断
• 子优先级：同抢占优先级时，谁先执行

在运动控制中，优先级分配有讲究：

中断类型	推荐优先级	原因
急停/限位开关	最高（0）	安全第一，必须立即响应
编码器脉冲	高（1）	丢失脉冲会导致位置误差
PWM定时器	中（2）	控制周期稳定很重要
通信中断	低（3）	可以容忍一定延迟

2.4 中断嵌套

中断嵌套，就是「中断里套中断」。高优先级中断可以打断正在执行的低优先级中断服务函数。

举个例子：CPU正在处理定时器中断（优先级2），突然来了个急停信号（优先级0）。CPU会暂停定时器中断，先去处理急停，处理完再回来继续执行定时器中断。

我画了个流程图，帮你理解这个过程：

2.5 中断服务函数（ISR）的编写规范

ISR的编写，有几点铁律必须遵守：

1. 短小精悍：ISR里只做最紧急的事，比如置个标志位、读个寄存器。复杂的计算、延时、打印，统统放到主循环里做。
2. 避免阻塞：不要在ISR里用while循环等待，也不要用delay延时。你想想看，ISR里delay一下，其他中断全堵死了。
3. 保护共享数据：ISR和主循环共享的变量，要用volatile修饰，必要时加临界区保护。
4. 不要调用不可重入函数：比如printf、malloc这些，在ISR里调用可能会出问题。

来看一个规范的ISR示例：

// 定时器中断服务函数
volatile uint32_t g_uiTickCount = 0;  // 共享变量，用volatile修饰

void TIM2_IRQHandler(void)
{
    // 1. 清除中断标志位
    if (TIM_GetITStatus(TIM2, TIM_IT_Update) != RESET)
    {
        TIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_IT_Update);
        
        // 2. 只做最紧急的事：递增计数
        g_uiTickCount++;
        
        // 3. 设置标志位，通知主循环处理
        g_bTimerFlag = 1;
    }
}

// 主循环中处理
int main(void)
{
    while (1)
    {
        if (g_bTimerFlag)
        {
            g_bTimerFlag = 0;
            // 在这里做复杂的计算、控制逻辑
            ProcessMotionControl();
        }
    }
}

另外，ISR的命名要规范。不同芯片厂商的命名规则不一样：

• STM32：TIM2_IRQHandler, USART1_IRQHandler
• NXP：TIMER0_IRQHandler, UART0_IRQHandler
• TI：TIMER0A_Handler, UART0_Handler

命名错了，中断向量表对不上，中断就进不去。这个坑，我见过太多人踩了。

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