微控制器中CPU內核的中斷方式

上一節的芝識課堂中我們介紹了微控制器的CPU部分功能單元和基本指令執行的知識，今天我們繼續以東芝的TLCS-870/C1內核作為示例，跟大家一起認識CPU配置的另一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節——“中斷處理”。

CPU的工作除了常規的順序執行外，還會(huì )遇到特定的中斷請求。如下圖所示，發(fā)生中斷請求時(shí)，堆棧會(huì )臨時(shí)保存中斷發(fā)生之前正處于運行狀態(tài)的程序標記以及PC值。中斷處理完成之后，將恢復堆棧中保存的標志等信息，并繼續運行暫停的程序。這其中，堆棧指針用于管理堆棧，并指示PC和標志的保存地址。堆棧中要放入和取出的數據采用FILO(先進(jìn)后出)的方法管理，即先儲存數據后取出。在該堆棧中儲存數據稱(chēng)為“Push”(壓棧)，從該堆棧中讀取數據叫做“Pop”(出棧)。堆棧指針由“Push”前進(jìn)，由“Pop”返回。

而在進(jìn)行中斷處理時(shí)，微控制器會(huì )接收到外部中斷請求，當內部處于可以接受中斷的狀態(tài)時(shí)，微控制器暫停正在執行的程序，轉而執行中斷程序。當外部設備的中斷請求信號輸入到CPU上的中斷專(zhuān)用端子時(shí)，當前正在執行的程序暫停，微控制器切換到中斷時(shí)要執行的程序，執行該程序。當中斷處理程序結束之后，返回原程序，從暫停處理的程序重新啟動(dòng)，整個(gè)操作過(guò)程如下圖所示。

不同的中斷方式

在微控制器的CPU中，中斷有兩種：硬件中斷和軟件中斷。硬件中斷是通過(guò)外圍電路的中斷請求信號來(lái)發(fā)生的中斷。而軟件中斷則是通過(guò)執行專(zhuān)用指令來(lái)發(fā)生的中斷。其中硬件中斷分為外部中斷和內部中斷。當指定的信號輸入到專(zhuān)門(mén)的外部中斷端子時(shí)，就會(huì )發(fā)生外部中斷。內部中斷則是通過(guò)微控制器內置的外圍電路發(fā)出中斷請求信號而發(fā)生的。

此外，根據中斷請求信號的接收方式，還分為可屏蔽中斷和不可屏蔽中斷。這里，“可屏蔽”是指“被禁止”。當發(fā)生中斷請求信號時(shí)，如果CPU設置為啟用中斷，就可以執行中斷處理。而如果中斷設置為禁用，則將忽略中斷請求信號，不執行中斷處理。忽略的中斷請求信號會(huì )被保留，直到中斷請求變?yōu)閱⒂没蛘呙畋怀绦蛉∠?。這樣，可屏蔽中斷可以自由地啟用或者禁用中斷處理。它通常由程序設置，當CPU收到中斷請求信號之后，中斷控制電路將轉入中斷處理操作。

不可屏蔽中斷則不能禁用。如果有中斷請求，CPU將無(wú)條件地執行中斷處理。不可屏蔽中斷用于進(jìn)行緊急處理，例如斷電處理、數據備份處理等。CPU中會(huì )有一個(gè)看門(mén)狗定時(shí)器作為不可屏蔽中斷，看門(mén)狗定時(shí)器檢查微控制器是否正常工作。當檢測到異常時(shí)，產(chǎn)生看門(mén)狗定時(shí)器中斷，將錯誤通知給CPU或使CPU復位。

中斷操作還包括一個(gè)環(huán)節是復位，微控制器通?？稍诮油娫磿r(shí)復位，復位使微控制器的配置返回初始狀態(tài)。執行復位操作時(shí)，程序將從頭開(kāi)始運行。

CPU內核可以說(shuō)是微控制器整體配置中最重要的部分，它決定了微控制器性能的高低。在微控制的內核選擇與整體設計方面，東芝愿意將深耕領(lǐng)域多年的經(jīng)驗與各位粉絲共享。如果您想要了解更多微控制器的知識，也可前往東芝半導體與儲存官網(wǎng)了解哦!

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審核編輯：湯梓紅