中断管理基础：中断优先级、嵌套与临界区

中断管理，说白了就是让CPU知道「哪件事更急」。
我刚开始做嵌入式时，总觉得中断优先级随便设设就行。直到有一次，一个低优先级的按键中断把高优先级的数据接收给堵了——整包数据全丢。嗯，从那以后我再也不敢乱设优先级了。

中断优先级：谁先谁后？

大多数MCU支持多级中断优先级。以ARM Cortex-M系列为例，优先级数值越小，优先级越高。

我个人习惯：通信接收中断设最高抢占优先级，定时器中断次之，按键等用户交互放最低。这样能保证数据不丢。

中断嵌套：能进不能出？

中断嵌套，就是高优先级中断打断低优先级中断的服务函数。
你想想看，如果嵌套太深，栈空间会爆炸。我在项目中遇到过：一个UART接收中断里调用了printf，printf又触发了DMA中断，DMA中断里又操作了I2C……结果栈溢出，系统直接hard fault。

临界区保护：锁住共享资源

临界区，就是一段「不允许被中断打断」的代码。通常用于保护全局变量、状态机状态、缓冲区指针等。

常用的保护手段：

• 关中断：最简单粗暴，但关中断时间不能太长
• 使用信号量/互斥锁：适合RTOS环境
• 使用原子操作：Cortex-M支持LDREX/STREX指令

// 关中断保护临界区示例（Cortex-M）
uint32_t primask;
primask = __get_PRIMASK();  // 保存当前中断状态
__disable_irq();            // 关中断

// 临界区：修改状态机状态
g_state_machine.current_state = STATE_RX_DATA;
g_state_machine.rx_count = 0;

__set_PRIMASK(primask);     // 恢复中断状态

中断上下文中安全驱动状态机

状态机在中断里跑，最怕什么？
怕状态被破坏，怕数据不一致，怕死锁。

我总结了几条铁律：

1. 状态机变量必须用volatile修饰——编译器不会优化掉中断里的读写
2. 状态切换必须原子操作——要么用关中断，要么用原子指令
3. 中断里只做状态迁移，不做耗时处理——耗时操作扔到主循环或任务里
4. 使用队列传递事件——中断只往队列里放事件，主循环消费队列驱动状态机

举个例子，我做过一个Modbus协议解析：

// 中断服务函数：只放事件
void USART1_IRQHandler(void) {
    uint8_t byte = USART1->DR;
    // 临界区保护
    uint32_t primask = __get_PRIMASK();
    __disable_irq();
    if (ring_buffer_write(&rx_buf, byte) == 0) {
        // 缓冲区满，置溢出标志
        g_overflow_flag = 1;
    }
    __set_PRIMASK(primask);
}

// 主循环：消费事件，驱动状态机
void main_loop(void) {
    uint8_t byte;
    while (1) {
        if (ring_buffer_read(&rx_buf, &byte) == 0) {
            modbus_state_machine(&byte);
        }
        // 其他任务
    }
}

这样做的好处是：中断服务函数极短，状态机在主循环里安全运行，不会出现嵌套中断破坏状态的问题。

知识结构总览

下面这张图把中断管理、临界区保护和状态机驱动的关系串起来了：

实际项目中的避坑清单

我把这些年踩过的坑整理成了一张表，你写代码时对照着检查：