1. ISR 基础概念：中断向量表、中断优先级、中断嵌套

各位同学，咱们今天开篇先聊点最基础的东西。中断服务程序（ISR），说白了就是硬件在紧急情况下喊你起来干活的一种机制。我做了十几年嵌入式，见过太多因为中断没处理好导致系统崩溃的案例。嗯，咱们先把地基打牢。

1.1 中断向量表——硬件的“紧急通讯录”

中断向量表是什么？我习惯把它想象成一本电话簿。每个中断源都有一个唯一的编号，叫中断号。CPU 收到中断信号后，就去查这个表，找到对应的处理函数地址，然后跳过去执行。

举个例子，ARM Cortex-M 系列的中断向量表，前 16 个是系统异常，后面才是外设中断。你想想看，如果这个表被破坏了，CPU 就不知道该往哪儿跳，系统直接死给你看。

典型的向量表结构如下：

// ARM Cortex-M 向量表示例
__attribute__((section(".isr_vector")))
void (* const g_pfnVectors[])(void) = {
    &__StackTop,               // 0: 栈顶指针
    Reset_Handler,             // 1: 复位
    NMI_Handler,               // 2: NMI
    HardFault_Handler,         // 3: 硬错误
    // ... 系统异常 ...
    TIM2_IRQHandler,           // 28: 定时器2中断
    USART1_IRQHandler,         // 37: 串口1中断
    // ... 其他外设中断 ...
};

这里要注意，向量表的起始地址通常由链接脚本指定。我个人习惯在链接脚本里加上对齐约束，确保向量表不会跑偏。

1.2 中断优先级——谁更紧急谁先上

中断优先级，说白了就是给中断排个队。高优先级的中断可以打断低优先级的中断。这个机制在实时系统中至关重要。

不同的处理器架构，优先级管理方式不一样。我拿最常见的两种来对比：

特性	ARM Cortex-M (NVIC)	RISC-V (PLIC)
优先级位数	4-8 位可配置	通常 3 位
优先级值含义	数值越小优先级越高	数值越大优先级越高
抢占优先级 vs 子优先级	支持分组配置	不支持分组
硬件自动压栈	支持	通常不支持

你可能会问，优先级设多少合适？我的经验是：时间敏感的中断设高优先级，数据量大的中断设低优先级。比如，电机控制的中断必须设最高，因为错过一个周期电机就抖了；而串口接收中断可以设低一些，反正有 FIFO 兜底。

1.3 中断嵌套——高优先级打断低优先级

中断嵌套，就是高优先级中断在执行过程中，被更高优先级的中断打断。这个机制用好了是神器，用不好是灾难。

咱们画个图来理解这个过程：

从图上可以看得很清楚：高优先级中断 ISR_H 打断了正在执行的 ISR_L。等 ISR_H 跑完了，ISR_L 才继续。这就是中断嵌套的核心逻辑。

但是，嵌套不是越多越好。我见过有人把中断嵌套搞了 5 层，结果栈空间直接爆了。你想想看，每嵌套一层，CPU 就要压一次栈。如果栈深度不够，系统就挂了。

1.4 中断响应的关键时序

中断响应时间，就是从硬件拉高中断信号到 CPU 开始执行 ISR 第一条指令的时间。这个时间由两部分组成：

• 硬件延迟：CPU 完成当前指令、压栈、查向量表的时间。通常是固定的几个时钟周期。
• 软件延迟：如果 CPU 正在执行更高优先级的中断，或者全局中断被关闭了，那就得等。

我习惯用逻辑分析仪来测量中断响应时间。具体做法是：在 ISR 入口处拉高一个 GPIO，在 ISR 出口处拉低。然后看中断信号和 GPIO 信号之间的时间差。

// 测量中断响应时间的示例代码
void TIM2_IRQHandler(void) {
    // 清除中断标志
    TIM2->SR = ~TIM_SR_UIF;
    
    // 测量点：拉高 GPIO
    GPIOA->BSRR = GPIO_BSRR_BS0;
    
    // 实际中断处理逻辑
    // ...
    
    // 测量点：拉低 GPIO
    GPIOA->BSRR = GPIO_BSRR_BR0;
}

1.5 中断优先级分组——别让配置坑了你

ARM Cortex-M 的优先级分组是个容易踩坑的地方。NVIC 支持把优先级位拆分成抢占优先级和子优先级两部分。举个例子：

分组方式	抢占优先级位数	子优先级位数	抢占优先级数量	子优先级数量
NVIC_PriorityGroup_0	0	4	1	16
NVIC_PriorityGroup_1	1	3	2	8
NVIC_PriorityGroup_2	2	2	4	4
NVIC_PriorityGroup_3	3	1	8	2
NVIC_PriorityGroup_4	4	0	16	1

这里有个坑：分组必须在系统初始化时设置一次，之后不能再改。我见过有人在不同模块里重复调用分组配置，结果后调用的覆盖了前面的，导致优先级乱套。