4. 定时器中断触发机制：溢出中断、比较匹配中断、输入捕获中断、PWM中断

在车载MCU实时系统中，定时器中断是驱动任务调度、信号测量与波形生成的核心机制。不同的中断触发方式对应不同的硬件事件，理解其触发原理与配置差异，是实现高精度实时响应的前提。本章详细解析四种基本定时器中断的触发条件、典型应用场景及配置要点。

4.1 溢出中断（Overflow Interrupt）

溢出中断是最基础的定时器中断类型。当定时器计数器（如TIMx_CNT）从最大值（如0xFFFF）递增到0x0000时，硬件自动置位溢出标志位（如TIM_SR_UIF），若使能了溢出中断，则触发中断服务程序。

• 触发条件：计数器达到自动重装载值（ARR）后回零。
• 典型应用：周期性任务调度、系统心跳（SysTick替代方案）、软件定时器基准。
• 配置要点：设置预分频器（PSC）与自动重装载值（ARR）确定溢出周期；注意溢出中断优先级不宜过低，避免影响系统节拍。

4.2 比较匹配中断（Compare Match Interrupt）

比较匹配中断允许在计数器达到预设的特定值时触发中断，比溢出中断更灵活。每个定时器通道独立配置比较值（如TIMx_CCRx），当CNT与CCR相等时产生中断。

• 触发条件：计数器值等于通道比较寄存器值。
• 典型应用：单次定时、多路不同周期事件、PWM占空比更新、步进电机脉冲控制。
• 配置要点：可配置输出比较模式（如翻转、强制高/低、PWM模式）；多通道可独立设置比较值，实现多时间点触发。

4.3 输入捕获中断（Input Capture Interrupt）

输入捕获中断用于测量外部信号的频率、周期、脉宽或相位差。当外部信号在捕获引脚上产生指定边沿（上升沿/下降沿）时，硬件将当前计数器值锁存到捕获寄存器（TIMx_CCRx）并触发中断。

• 触发条件：外部输入信号边沿（上升沿、下降沿或双边沿）。
• 典型应用：轮速传感器脉冲测量、曲轴位置信号解码、超声波回波时间测量、PWM输入信号解调。
• 配置要点：需设置捕获通道、边沿极性、预分频（数字滤波）；注意捕获中断响应时间直接影响测量精度。

4.4 PWM中断（PWM Interrupt）

PWM中断并非独立的中断类型，而是基于比较匹配或溢出中断的组合应用。在PWM输出模式下，当计数器达到比较值（占空比事件）或达到重装载值（周期事件）时，均可触发中断。

• 触发条件：PWM周期更新事件（溢出中断）或占空比匹配事件（比较匹配中断）。
• 典型应用：动态调整PWM占空比、多通道PWM同步更新、故障保护响应（如过流时立即关闭PWM输出）。
• 配置要点：通常使能更新中断（UEV）用于周期同步，使能比较中断用于占空比调整；注意中断服务程序中修改CCR值时需考虑影子寄存器更新时机。

4.5 四种中断触发机制对比

4.6 中断触发机制与实时响应关系

不同的中断触发方式对CPU的实时响应要求不同。溢出中断和比较匹配中断由定时器内部事件触发，响应时间可预测；输入捕获中断由外部信号触发，响应延迟直接影响测量精度；PWM中断则需在严格的时间窗口内完成寄存器更新，否则会导致波形畸变。

在车载系统中，建议按以下原则配置中断优先级：

1. 输入捕获中断：优先级最高，避免丢失边沿事件。
2. PWM中断（占空比更新）：次高优先级，确保波形完整性。
3. 比较匹配中断：中等优先级，用于精确时间控制。
4. 溢出中断：较低优先级，作为系统节拍基准。

4.7 代码示例：四种中断配置框架

以下代码展示了在STM32系列MCU上配置四种定时器中断的核心步骤，采用HAL库风格，实际车载项目中需根据具体MCU型号调整寄存器地址。

/* 定时器基础配置（以TIM2为例） */
TIM_HandleTypeDef htim2;

void MX_TIM2_Init(void)
{
    TIM_ClockConfigTypeDef sClockSourceConfig = {0};
    TIM_MasterConfigTypeDef sMasterConfig = {0};

    htim2.Instance = TIM2;
    htim2.Init.Prescaler = 7999;          // 预分频：80MHz / 8000 = 10kHz
    htim2.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
    htim2.Init.Period = 9999;             // 自动重装载值：10kHz / 10000 = 1Hz
    htim2.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;
    htim2.Init.AutoReloadPreload = TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_ENABLE;
    HAL_TIM_Base_Init(&htim2);

    /* 溢出中断使能 */
    HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim2);

    /* 比较匹配中断配置（通道1） */
    TIM_OC_InitTypeDef sConfigOC = {0};
    sConfigOC.OCMode = TIM_OCMODE_TOGGLE;
    sConfigOC.Pulse = 5000;               // 比较值：5000 ticks
    sConfigOC.OCPolarity = TIM_OCPOLARITY_HIGH;
    sConfigOC.OCFastMode = TIM_OCFAST_DISABLE;
    HAL_TIM_OC_ConfigChannel(&htim2, &sConfigOC, TIM_CHANNEL_1);
    HAL_TIM_OC_Start_IT(&htim2, TIM_CHANNEL_1);

    /* 输入捕获中断配置（通道2） */
    TIM_IC_InitTypeDef sConfigIC = {0};
    sConfigIC.ICPolarity = TIM_INPUTCHANNELPOLARITY_RISING;
    sConfigIC.ICSelection = TIM_ICSELECTION_DIRECTTI;
    sConfigIC.ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1;
    sConfigIC.ICFilter = 0;
    HAL_TIM_IC_ConfigChannel(&htim2, &sConfigIC, TIM_CHANNEL_2);
    HAL_TIM_IC_Start_IT(&htim2, TIM_CHANNEL_2);

    /* PWM中断配置（通道3） */
    sConfigOC.OCMode = TIM_OCMODE_PWM1;
    sConfigOC.Pulse = 2500;               // 25% 占空比
    HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim2, &sConfigOC, TIM_CHANNEL_3);
    HAL_TIM_PWM_Start_IT(&htim2, TIM_CHANNEL_3);
}

/* 中断服务函数示例 */
void TIM2_IRQHandler(void)
{
    HAL_TIM_IRQHandler(&htim2);
}

/* 溢出中断回调 */
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
    if (htim->Instance == TIM2) {
        // 系统节拍处理
    }
}

/* 比较匹配中断回调 */
void HAL_TIM_OC_DelayElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
    if (htim->Instance == TIM2 && htim->Channel == HAL_TIM_ACTIVE_CHANNEL_1) {
        // 单次定时事件处理
    }
}

/* 输入捕获中断回调 */
void HAL_TIM_IC_CaptureCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
    if (htim->Instance == TIM2 && htim->Channel == HAL_TIM_ACTIVE_CHANNEL_2) {
        uint32_t capture = HAL_TIM_ReadCapturedValue(htim, TIM_CHANNEL_2);
        // 处理捕获值
    }
}

/* PWM中断回调（更新事件） */
void HAL_TIM_PWM_PulseFinishedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
    if (htim->Instance == TIM2 && htim->Channel == HAL_TIM_ACTIVE_CHANNEL_3) {
        // 占空比更新完成处理
    }
}

4.8 车载应用场景总结