上回說到單片機的Uart發(fā)送，我們編寫了一個發(fā)送函數(shù)循環(huán)發(fā)送固定的字符串，這回我們講Uart的中斷接收功能。

說一下中斷是什么 ，大概就是說，單片機只有一個核，就是只有一個大腦，他無法一核二用地做事，但有時候迫不得已需要去響應(yīng)一些緊急的命令，就好比你打游戲開團了，你媽喊你去倒開水，倒開水就會觸發(fā)咱們?nèi)祟惖摹爸袛唷惫δ?。放在單片機上，進行中斷操作需要以下幾個條件和步驟：擁有 中斷源 、 中斷控制器正常工作 、 觸發(fā)中斷 、 保護現(xiàn)場 、 響應(yīng)中斷 、 恢復(fù)現(xiàn)場 。

看名字可能會比較抽象，我來具體解釋一下。

中斷源 ，單片機上會有很多的中斷源，也就是有很多辦法、或者說“渠道”去觸發(fā)中斷，Uart外設(shè)就有很多觸發(fā)中斷的辦法，而我們本文涉及到的就是接收信息會觸發(fā)的中斷，具體怎么觸發(fā)的，后文會詳細解釋。

中斷控制器 ，這個東西是一個物理存在于單片機內(nèi)核里面的一塊數(shù)字電路，這一塊電路的功能就是用來管理中斷的。對于一些老舊型號的單片機，比如C51單片機，他內(nèi)部也有這個東西，只不過其中斷優(yōu)先級是固定的，這個控制器只扮演了“總閘”這樣的角色。再看CW32這種32位單片機，使用cortex-M0+內(nèi)核， 擁有可編程的中斷控制器 ，單片機上會有很多個中斷源，但這是內(nèi)核可以使用和管理的部分，芯片制造廠使用這一款內(nèi)核制造單片機，并不會用到所有的中斷資源，不只是搭載的功能有限，還受限于封裝，很多中斷資源會被閑置。但是 只要使用芯片的中斷 ， 都必須正確配置內(nèi)核里面的中斷控制器 ， 否則中斷是無法工作的 ，因為不論單片機外設(shè)設(shè)計的如何天花亂墜， 外設(shè)只負責觸發(fā)中斷 ， 而響應(yīng)中斷的一定是內(nèi)核 。

中斷的觸發(fā) ，前面提到了中斷源， 一個指定的中斷只能由特定的、與其綁定的中斷源觸發(fā)，一個中斷可能綁定多個中斷源 ， 但是只會有一個與中斷綁定的中斷服務(wù)函數(shù) ，至于什么是中斷服務(wù)函數(shù)，后文會解釋。那這個時候肯定會有讀者問了“那單片機如何在一個中斷里面區(qū)分不同的中斷源呢？”，單片機對不同的中斷源，都設(shè)計了中斷標志位，假設(shè)有ABC三個中斷源，那他們就對應(yīng)了3個標志位（3比特位），沒觸發(fā)中斷的時候，ABC的中斷標志位就是默認值0，如果觸發(fā)中斷， 電路硬件會對其對應(yīng)的標志比特位進行置位操作 ，也叫置1操作，該比特位會變成1。這個 置位行為會直接反饋到內(nèi)核的中斷控制器，隨后內(nèi)核會對中斷信號進行響應(yīng) 。

保護現(xiàn)場 ，看名字似乎和編程關(guān)系不大，這個名詞在教科書上的中斷章節(jié)會高頻出現(xiàn)。我們無法預(yù)測中斷會在什么時候到來，CPU也不能一直傻傻地等中斷到來，所以不需要響應(yīng)中斷的時候，CPU還是照常工作的。想象現(xiàn)在CPU正在執(zhí)行一個函數(shù)function()，倘若函數(shù)還未執(zhí)行完成，中斷被觸發(fā)，CPU應(yīng)該怎么做？是放下function函數(shù)不管不顧直接去響應(yīng)，抑或是先做點什么？顯而易見，后者更好更合理，需要做的，正是保護現(xiàn)場，函數(shù)執(zhí)行到哪一步，CPU就會把執(zhí)行到這一步的CPU數(shù)據(jù)（不只是我們要看的數(shù)據(jù)，還包括了程序執(zhí)行的情況）存放到堆棧中，在中斷響應(yīng)完成之前，這些數(shù)據(jù)都會被封存，以避免響應(yīng)完成后數(shù)據(jù)的丟失。

響應(yīng)中斷 ，這個是大部分人最關(guān)心的部分，因為這個部分直接涉及到中斷服務(wù)函數(shù)的編寫。在一切準備就緒后，CPU會放棄下一條需要執(zhí)行的語句并直接進入中斷服務(wù)函數(shù) ，這里需要理解 “中斷服務(wù)函數(shù)”它仍然是個函數(shù) ，初學(xué)者可能會認為，C語言的函數(shù)需要調(diào)用才會被執(zhí)行，這里沒被調(diào)用卻被執(zhí)行了，那肯定不是函數(shù)。實際上看過單片機原理或者了解過計算機原理的小伙伴會告訴你，CPU內(nèi)部會有一個程序指針，程序指針會按照代碼編譯之后的邏輯去依次指向需要被執(zhí)行的函數(shù)，單片機進入中斷服務(wù)函數(shù)的原理就是直接設(shè)置這個指針指向中斷服務(wù)函數(shù)，之后CPU就能執(zhí)行中斷代碼響應(yīng)中斷了。

恢復(fù)現(xiàn)場 ，對應(yīng)于保護現(xiàn)場，CPU必須在響應(yīng)中斷之后回到之前被中斷打斷的語句那里繼續(xù)執(zhí)行，取出原路堆棧中的數(shù)據(jù)就完成了恢復(fù)。

掌握中斷相關(guān)的知識后，我們就可以自己編寫和中斷相關(guān)的代碼了，編寫程序時，基本上只需要注意中斷標志位、中斷服務(wù)函數(shù)、中斷控制器就可以，保護現(xiàn)場什么的單片機會自己完成。

在包含了必要的頭文件之后，在初始化函數(shù)中加入下圖的代碼即可完成對中斷控制器的設(shè)置：

第一行和第二行的函數(shù)均是對內(nèi)核里的中斷控制器進行寄存器操作。

解釋一下第二行的設(shè)置中斷優(yōu)先級，這里涉及到一個中斷嵌套的概念，中斷不會只有一個，并且很有可能下一個中斷觸發(fā)的時候，上一個中斷還沒有執(zhí)行完，此時就需要嚴格設(shè)置中斷優(yōu)先級，在單片機中，根據(jù)內(nèi)核用戶手冊，優(yōu)先級從0開始遞增， 優(yōu)先級數(shù)字越低，其優(yōu)先級越高 ， 高優(yōu)先級中斷可以直接打斷低優(yōu)先級中斷的響應(yīng)，立刻響應(yīng)高優(yōu)先級中斷 ，形成中斷嵌套，這里設(shè)置為1是因為這個回發(fā)功能不算很重要的功能，相比之下嘀嗒定時器會為單片機程序提供時基信號，其優(yōu)先級應(yīng)該更高。關(guān)于優(yōu)先級的具體解釋，可以進行網(wǎng)上搜索或是查看《cortex-M0+內(nèi)核手冊》。

關(guān)于最后一行代碼，CW_UART1這個外設(shè)擁有很多個中斷源，這些中斷源的使用是獨立的，這里只使用了接收中斷這一個中斷源，芯片手冊的通用異步收發(fā)器章節(jié)展示了Uart中斷包含的中斷源。

當有數(shù)據(jù)進入單片機的Uart1接收緩沖區(qū)時，接收中斷會觸發(fā)，中斷標志位置1，程序跳轉(zhuǎn)至Uart1的中斷服務(wù)函數(shù)。單片機幾乎所有的中斷服務(wù)函數(shù)都會由一個單獨的文件收錄，名為interrupt_xxxx.c或者xxxx_it.c。這里貼一張簡易的中斷服務(wù)函數(shù)代碼，其功能是在盡量不破壞單片機實時性的情況下把數(shù)據(jù)放入一個既有的數(shù)組。

前文有提到，硬件會根據(jù)中斷標志位決定是否進入中斷服務(wù)函數(shù)，如果不在中斷服務(wù)函數(shù)中清除中斷標志位，單片機就會反復(fù)進入中斷，導(dǎo)致程序死在中斷里。

說一下代碼的思路，len是一個變量，是緩沖區(qū)內(nèi)非空數(shù)據(jù)的個數(shù)；data_rx是一個字符數(shù)組，作為接收緩沖區(qū)，緩沖區(qū)大小為200；進入中斷之后首先判斷緩沖區(qū)是否還有位置，也就是len是否超出緩沖區(qū)數(shù)組下標上限，超出則判定為緩沖區(qū)已滿，丟掉后續(xù)所有的數(shù)據(jù)直到緩沖區(qū)有空位；變量 Rx_Flag是一個8位無符號數(shù)，作為緩沖區(qū)有數(shù)據(jù)&緩沖區(qū)滿的標志位使用；對于接收的所有數(shù)據(jù)，均會判斷是否是“rn”，這個字符串在編碼中是換行符，只要判斷到最近接收的兩個字節(jié)數(shù)據(jù)是連續(xù)的0X0D和0X0A，就認定接收到換行符，本次數(shù)據(jù)接收完畢，Rx_Flag置1表示完成一次完整的數(shù)據(jù)接收。

需要注意的是， 中斷的響應(yīng)并非一個非?？煽康暮瘮?shù)調(diào)用 ，一些編譯器會試圖優(yōu)化掉代碼對某些變量的修改操作（他們可能察覺不到中斷函數(shù)的存在而認為變量不需要被修改），因此需要在中斷中修改的變量需要加上“volatile”關(guān)鍵字以防止對變量的操作被編譯器優(yōu)化。

到目前位置，數(shù)據(jù)其實已經(jīng)被保存在數(shù)組data_rx里面了，但這段數(shù)據(jù)我們從外部是看不到的，也看不到是否是我們設(shè)想的功能完成的接收，所以我編寫了如下函數(shù)，此函數(shù)可以在Uart1完成了一次完整的數(shù)據(jù)接收（Rx_Flag置1）后立刻回發(fā)接收的數(shù)據(jù)，并清空接收緩沖區(qū)，允許進行下一次接收。

因為函數(shù)包含發(fā)送功能，所以保留了超時跳出的保險措施。這里解釋一下time_ms這個變量的作用，該變量定義在嘀嗒定時器文件中，并在嘀嗒定時器中斷服務(wù)函數(shù)中遞增1，即每1ms該變量都會增加1，作為毫秒計數(shù)值使用，本系列教程大部分實時性較弱的功能都會依賴此功能進行定時。如有疑問可以移步《內(nèi)核外設(shè)-嘀嗒定時器》章節(jié)學(xué)習(xí)。

在輪詢中加入這個回發(fā)函數(shù)，最大發(fā)送容忍時間100ms，并設(shè)置間隔1000ms發(fā)送一次“success”+“換行符”。隨后在串口助手中發(fā)送不超過200字節(jié)的文本數(shù)據(jù)，即可驗證接收是否成功。

看來單片機順利接收了數(shù)據(jù)并進行了回發(fā)操作，本節(jié)完。

總結(jié)：

1.注意理解中斷的概念；

2.同一個中斷可能會有多個中斷源；

3.中斷的執(zhí)行不可靠，中斷內(nèi)涉及到修改的變量需要加上volatile防止優(yōu)化；

4.串口的每一次發(fā)送攜帶很少的數(shù)據(jù)量，因此非常建議使用緩沖區(qū)來接收數(shù)據(jù)，待需要時再主動讀?。?/p>

審核編輯 黃宇