3. UART 中断类型：接收中断、发送中断、线路状态中断、调制解调器中断

在嵌入式系统中，UART（通用异步收发传输器）外设通过多种中断源向 CPU 报告通信状态。正确理解每种中断类型的触发条件、应用场景及优先级关系，是编写高效中断服务函数（ISR）的基础。本章将系统梳理 UART 的四大中断类型，并给出典型配置与处理策略。

3.1 中断类型总览

标准 UART 控制器通常支持以下四类中断，它们共享同一个中断向量，但通过中断标识寄存器（IIR）区分具体来源：

3.2 接收中断（RX Interrupt）

接收中断是 UART 通信中最频繁触发的中断源。其触发条件分为两种模式：

• 单字节模式： 每收到一个字节即触发中断。适用于低速、数据量小的场景，但中断开销较大。
• FIFO 模式： 当接收 FIFO 中的数据达到预设阈值（如 1/4、1/2、3/4 或满）时触发。适用于高速、批量数据传输，可显著降低 CPU 中断响应次数。

接收中断 ISR 的核心职责是从 RBR 或 FIFO 中读取数据，并存入软件缓冲区。若使用 RTOS，通常通过消息队列或流缓冲区将数据传递给任务处理。

// 接收中断 ISR 示例（STM32 HAL 风格）
void USART1_IRQHandler(void) {
    uint32_t isrflags = READ_REG(usart1.Instance->SR);
    if (isrflags & USART_SR_RXNE) {  // 接收非空标志
        uint8_t data = (uint8_t)(usart1.Instance->DR & 0xFF);
        // 将数据放入环形缓冲区
        if (!ring_buffer_full(&rx_ring)) {
            ring_buffer_put(&rx_ring, data);
        }
        // 可选：通知接收任务
        BaseType_t xHigherPriorityTaskWoken = pdFALSE;
        xSemaphoreGiveFromISR(xRxSemaphore, &xHigherPriorityTaskWoken);
        portYIELD_FROM_ISR(xHigherPriorityTaskWoken);
    }
}

3.3 发送中断（TX Interrupt）

发送中断在发送保持寄存器（THR）空或发送 FIFO 低于阈值时触发。其典型应用场景是中断驱动发送：CPU 只需将待发送数据写入 THR 或 FIFO，然后由硬件自动逐位发送，每发送完一个字节（或一批字节）后触发中断，ISR 负责填充下一个数据。

发送中断的使能时机需要谨慎控制：

• 初始发送： 通常先直接写入第一个字节（不依赖中断），然后使能发送中断。
• 后续发送： 每次发送中断触发时，ISR 检查发送缓冲区是否还有数据；若有则继续填充，若无则关闭发送中断。
• 避免空转： 若发送缓冲区为空时仍使能发送中断，会导致中断持续触发，浪费 CPU 资源。

// 发送中断 ISR 示例
void USART1_IRQHandler(void) {
    uint32_t isrflags = READ_REG(usart1.Instance->SR);
    if (isrflags & USART_SR_TXE) {  // 发送数据寄存器空
        uint8_t data;
        if (ring_buffer_get(&tx_ring, &data)) {
            WRITE_REG(usart1.Instance->DR, data);
        } else {
            // 无数据可发，关闭发送中断
            CLEAR_BIT(usart1.Instance->CR1, USART_CR1_TXEIE);
        }
    }
}

3.4 线路状态中断（Line Status Interrupt）

线路状态中断用于报告接收路径上的异常情况。当 UART 检测到以下错误之一时触发：

• 溢出错误（OE）： 接收 FIFO 已满，新数据覆盖旧数据。
• 帧错误（FE）： 接收到的停止位无效（通常为低电平）。
• 奇偶校验错误（PE）： 接收数据的奇偶校验与设置不匹配。
• 中止条件（BI）： 接收线保持低电平超过一个帧长度。

线路状态中断的优先级通常低于接收中断，但高于调制解调器中断。ISR 应读取线路状态寄存器（LSR）以获取具体错误类型，并执行相应处理：

• 记录错误计数，用于通信质量统计。
• 清空接收 FIFO 以恢复同步（针对帧错误或中止条件）。
• 通知上层协议栈进行重传或复位。

// 线路状态中断处理片段
if (isrflags & USART_SR_FE) {  // 帧错误
    error_stats.frame_error_count++;
    // 读取 DR 清除错误标志
    (void)READ_REG(usart1.Instance->DR);
    // 可选：复位接收状态机
}
if (isrflags & USART_SR_ORE) { // 溢出错误
    error_stats.overrun_count++;
    // 读取 DR 清除溢出标志
    (void)READ_REG(usart1.Instance->DR);
}

3.5 调制解调器中断（Modem Interrupt）

调制解调器中断用于监测 RS-232 接口的硬件流控信号变化，包括：

• CTS（Clear to Send）： 对端允许发送。
• DSR（Data Set Ready）： 对端设备就绪。
• RI（Ring Indicator）： 振铃指示（通常用于拨号调制解调器）。
• DCD（Data Carrier Detect）： 载波检测。

在嵌入式系统中，调制解调器中断最常用于实现硬件流控（RTS/CTS）。当 CTS 信号变为无效时，发送方应暂停发送；当 CTS 恢复有效时，发送方继续发送。ISR 应读取调制解调器状态寄存器（MSR）以获取变化位，并更新流控状态机。

// 调制解调器中断处理片段
if (isrflags & USART_SR_CTS) {  // CTS 状态变化
    uint16_t msr = READ_REG(usart1.Instance->MSR);
    if (msr & USART_MSR_CTS) {
        // CTS 有效，允许发送
        flow_ctrl.cts_asserted = 1;
    } else {
        // CTS 无效，暂停发送
        flow_ctrl.cts_asserted = 0;
        // 可选：挂起发送任务
    }
}

3.6 中断类型关系与处理流程

下图展示了 UART 中断服务函数中，如何根据中断标识寄存器（IIR）区分并分发四种中断类型：

3.7 中断配置要点总结

在实际项目中，配置 UART 中断时需注意以下要点：