2. 中断系统概述：中断向量表、中断优先级、中断嵌套与响应流程

在嵌入式系统中，中断是CPU处理异步事件的核心机制。对于GPIO中断驱动开发而言，理解中断系统的底层运作——从硬件信号触发到CPU执行中断服务函数（ISR）的完整路径——是编写可靠、低延迟驱动的先决条件。本节将围绕中断向量表、中断优先级、中断嵌套与响应流程四个核心概念展开，并结合ARM Cortex-M系列与Linux通用中断子系统进行对比说明。

2.1 中断向量表（Interrupt Vector Table, IVT）

中断向量表是一张存储在固定内存地址的表，表中每一项存放着对应中断源的中断服务函数入口地址。当CPU检测到中断请求时，硬件自动根据中断号从向量表中取出地址并跳转执行。

2.2 中断优先级（Interrupt Priority）

中断优先级决定了当多个中断同时发生时CPU优先响应哪一个，以及一个中断是否可以被另一个更高优先级的中断抢占。不同架构的优先级管理方式存在差异：

2.3 中断嵌套（Interrupt Nesting）

中断嵌套是指一个中断服务函数正在执行时，另一个更高优先级的中断到达，CPU暂停当前ISR，转而执行更高优先级的ISR，待其完成后返回被暂停的ISR继续执行。中断嵌套是提高系统实时性的关键机制。

2.4 中断响应流程（Interrupt Response Flow）

从GPIO引脚电平变化到CPU执行对应的ISR，完整的硬件与软件协同流程可分为以下阶段：

1. 中断源触发： GPIO引脚检测到设定的边沿（上升沿/下降沿/双边沿）或电平。
2. 中断挂起： 外部中断控制器（如STM32的EXTI）将对应中断挂起寄存器位置1。
3. 中断屏蔽检查： 检查中断屏蔽寄存器（IMR）对应位是否使能。
4. 中断信号传递： 中断控制器向CPU核（如Cortex-M的NVIC）发送中断请求信号。
5. 优先级裁决： NVIC比较当前中断优先级与正在执行的中断优先级，决定是否抢占。
6. 硬件自动压栈： CPU自动将xPSR、PC、LR、R0~R3、R12压入当前栈。
7. 向量表查找： CPU根据中断号从向量表中取出ISR入口地址。
8. ISR执行： CPU跳转到ISR，执行用户编写的处理代码。
9. 中断返回： ISR执行完毕，执行异常返回指令（如BX LR），CPU自动出栈恢复现场。

2.5 中断响应时间关键指标

2.6 中断标志位清除机制

中断服务函数执行完毕后，必须清除中断挂起标志位，否则中断控制器会持续向CPU发送中断请求，导致系统陷入死循环。不同硬件平台的清除方式不同：

• STM32 EXTI： 向EXTI_PR寄存器对应位写1清除。
• Linux GPIO中断： 由中断控制器驱动自动处理，用户ISR中通常不需要手动清除。
• Zynq GIC： 读取IAR寄存器自动清除中断标志。

/* STM32 GPIO中断ISR示例 - 手动清除中断标志 */
void EXTI0_IRQHandler(void)
{
    /* 检查中断源 */
    if (EXTI->PR & EXTI_PR_PR0) {
        /* 执行GPIO中断处理逻辑 */
        uint8_t pin_state = GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_0);
        
        /* 清除中断挂起标志位（写1清除） */
        EXTI->PR = EXTI_PR_PR0;
    }
}

/* Linux GPIO中断ISR示例 - 无需手动清除 */
static irqreturn_t gpio_irq_handler(int irq, void *dev_id)
{
    struct gpio_device *dev = (struct gpio_device *)dev_id;
    
    /* 读取GPIO电平 */
    int val = gpiod_get_value(dev->desc);
    
    /* 调度工作队列处理耗时任务 */
    schedule_work(&dev->work);
    
    /* 返回IRQ_HANDLED，中断控制器驱动负责清除标志 */
    return IRQ_HANDLED;
}

2.7 中断系统对比总结