3. 中断基础：中断向量表、ISR 编写规则与中断嵌套

在 RTOS 环境下，中断是外设与 CPU 交互的最高优先级通道。理解中断向量表的结构、ISR 的编写规范以及中断嵌套与抢占机制，是调试外设驱动的前提。本节从硬件基础出发，逐步深入到 RTOS 对中断的管理策略。

3.1 中断向量表：系统响应的入口地图

中断向量表（Interrupt Vector Table, IVT）是 CPU 在响应中断时查找服务程序入口地址的索引表。每个中断源对应一个固定的表项，表项中存放的是该中断服务程序（ISR）的起始地址。

3.2 中断服务程序（ISR）编写规则

ISR 是中断响应的执行体。在 RTOS 环境下，ISR 的编写比裸机更加严格，必须遵循以下核心规则，否则可能导致系统崩溃或任务调度异常。

3.2.1 ISR 编写黄金法则

1. 短小精悍： ISR 应尽快完成关键操作（如读取数据寄存器、清除中断标志），将耗时处理推迟到任务中。
2. 避免阻塞： 禁止在 ISR 中调用阻塞型 API（如 vTaskDelay()、vTaskSuspend()），否则会导致系统死锁。
3. 使用中断安全 API： 必须调用 RTOS 提供的“FromISR”后缀函数（如 xQueueSendFromISR()），这些函数不会触发上下文切换。
4. 保存/恢复上下文： 编译器或 RTOS 入口/出口宏会自动处理，但手动编写汇编 ISR 时必须显式保存所有通用寄存器。
5. 清除中断标志： 在 ISR 返回前必须清除外设的中断挂起位，否则会无限触发同一中断。

3.2.2 ISR 代码模板（FreeRTOS + ARM Cortex-M）

// UART 接收中断服务程序示例
void UART0_IRQHandler(void)
{
    BaseType_t xHigherPriorityTaskWoken = pdFALSE;
    uint8_t rx_byte;

    // 1. 读取数据并清除中断标志
    rx_byte = UART0->DR;          // 读取数据寄存器自动清除 RX 中断
    UART0->ICR |= (1 << 4);      // 手动清除其他中断标志（如溢出错误）

    // 2. 将数据发送到队列（中断安全版本）
    xQueueSendFromISR(xRxQueue, &rx_byte, &xHigherPriorityTaskWoken);

    // 3. 如果唤醒高优先级任务，请求上下文切换
    portYIELD_FROM_ISR(xHigherPriorityTaskWoken);
}

3.3 中断嵌套与抢占：优先级管理的核心

中断嵌套是指一个 ISR 正在执行时，另一个更高优先级的中断到达，CPU 暂停当前 ISR 转而服务更高优先级中断的机制。抢占则是指高优先级中断可以“打断”低优先级中断的执行。

3.3.1 中断优先级分组

ARM Cortex-M 内核支持中断优先级分组，将优先级寄存器的高位划分为抢占优先级和子优先级。抢占优先级决定是否可以嵌套，子优先级用于同抢占优先级下的仲裁。

3.3.2 中断嵌套流程

下图展示了三级中断嵌套的执行流程，直观体现抢占与返回顺序。

3.3.3 中断嵌套的 RTOS 注意事项

• 临界区保护： RTOS 的临界区（如 taskENTER_CRITICAL()）会屏蔽优先级低于 configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY 的中断。高优先级中断（高于该阈值）仍可嵌套，但不得调用任何 RTOS API。
• 栈深度： 每层嵌套都会消耗额外的栈空间。在嵌套深度较大的系统中，必须为 ISR 栈分配足够的空间，避免栈溢出。
• 优先级反转： 中断嵌套不会导致优先级反转，但中断与任务之间的资源竞争可能引发类似问题。建议在 ISR 与任务之间使用无锁队列或中断安全信号量。