中断是什么?请简述单片机中断处理的过程

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中断是什么?请简述单片机中断处理的过程

中断是指微处理器(CPU)在执行程序过程中,由于外部或内部事件(如外设信号、硬件故障、软件指令等)的请求而暂时跳转去执行另一段指定的、用于处理这些事件的程序,待处理完毕后再返回到原程序中断的地方继续执行的过程。中断机制是现代计算机和嵌入式系统中一个重要的特性,它使得CPU能更有效地响应外部和内部事件,提高系统的实时性和处理能力。

### 单片机中断处理过程

单片机(如AVR、PIC、ARM等)的中断处理过程大致可以分为以下几个步骤:

1. **中断请求(Interrupt Request)**:
   – 当外部设备或内部条件触发中断请求时,如果相应的中断使能位已设置,中断请求被发送给CPU。

2. **中断识别(Interrupt Recognition)**:
   – CPU在每个指令执行完毕后检查是否有中断请求。如果有,并且全局中断使能位被设置(即中断系统被允许),CPU将开始中断处理流程。

3. **保存现场(Save Context)**:
   – 在跳转执行中断服务程序前,CPU首先保存当前执行环境(现场),通常包括程序计数器(PC,指向下一条将要执行的指令地址)和其他关键寄存器的值,保存到堆栈(Stack)或特定寄存器中。这样做是为了在中断处理完成后能恢复到中断前的状态,继续执行中断前的程序。

4. **执行中断服务程序(Interrupt Service Routine, ISR)**:
   – CPU根据中断向量表(一个存放着各中断服务程序入口地址的表格)跳转到相应的中断服务程序执行。中断服务程序是预先定义好的,专门用于处理当前中断请求的代码。

5. **恢复现场(Restore Context)**:
   – 中断服务程序执行完毕后,CPU从堆栈或特定寄存器中恢复之前保存的执行环境(包括程序计数器PC和其他寄存器的值),以便恢复到中断发生前的程序继续执行。

6. **中断返回(Interrupt Return)**:
   – 最后,执行一条特殊的中断返回指令(如AVR的`RETI`),告诉CPU中断处理完成,可以返回到被中断的程序处继续执行。

中断处理机制的引入,使得单片机可以在保证主程序运行的同时,快速响应外部或内部事件,极大地提高了单片机系统的效率和实时性。

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