Cortex-M 中断模型为什么好用

和老派的 8 位单片机比，Cortex-M 的中断设计干净得多：中断向量表在内存里硬件映射，响应时自动压栈 R0–R3、R12、LR、PC、xPSR 八个寄存器，退出时自动出栈，C 函数里写中断服务程序根本不用考虑寄存器保护。这就是你在 STM32 上写中断能像写普通函数一样轻松的底层原因。

Cortex-M 的中断延迟是硬件固定的：从中断触发到进入 ISR，典型 12 个周期。这个数字是设计芯片时就定死的，不是软件优化出来的——这就是实时性的根基。
Cortex-M 中断与定时器配图：中央芯片周围辐射波形与时钟脉冲
Cortex-M 把中断响应做成硬件管线，软件只需要写好服务函数

理解中断模型，要先搞清楚两件事：谁在打断谁、优先级怎么排。硬件外设触发中断信号，NVIC 裁决后通知内核挂起当前代码、跳转到对应 ISR，执行完再回来。整个过程对你的主循环透明。

NVIC：中断优先级与嵌套

NVIC 是嵌套向量中断控制器的缩写，是 Cortex-M 内核的一部分。它干两件事：挂起中断请求、按优先级裁决。Cortex-M 的优先级数字越小优先级越高（和直觉相反，记牢），而且它把优先级分成“抢占优先级”和“子优先级”两层——抢占优先级高的 ISR 可以打断正在执行的低优先级 ISR，实现中断嵌套。

// NVIC 优先级分组（STM32 HAL 示例）
HAL_NVIC_SetPriorityGrouping(NVIC_PRIORITYGROUP_4);
// 全部 4 bit 给抢占优先级，共 16 级

// 配置外部中断线 0：抢占优先级 2，子优先级 0
HAL_NVIC_SetPriority(EXTI0_IRQn, 2, 0);
HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI0_IRQn);
优先级设计原则
  • 紧急中断最高看门狗、硬件错误、紧急停机信号给最高优先级。
  • 时间敏感次之编码器输入捕获、PWM 周期中断给次高。
  • 普通外设最低串口接收、按键消抖给最低优先级。
  • 子优先级管并列两个同抢占优先级中断同时到，子优先级高的先执行。

外部中断 EXTI 实战

EXTI 是 STM32 的外部中断控制器，把 GPIO 引脚的电平变化转化成中断信号。最常见的用法是按键唤醒：平时 MCU 睡在低功耗模式，按键一按，EXTI 中断把它叫醒处理任务。

void EXTI0_IRQHandler(void) {
  if (__HAL_GPIO_EXTI_GET_IT(GPIO_PIN_0) != RESET) {
    __HAL_GPIO_EXTI_CLEAR_IT(GPIO_PIN_0);
    // 按键按下：加一个软消抖
    if (HAL_GetTick() - lastKeyTick > 50) {
      keyPressed = 1;
      lastKeyTick = HAL_GetTick();
    }
  }
}

写 EXTI ISR 有两个铁律：进来第一件事是清中断标志位，不然退出后会立刻再次触发；ISR 里不要做耗时操作，按键检测这种事只设标志位，主循环里再处理。

定时器时基与 PWM 输出

定时器是 MCU 里最万能的外设：定时中断、PWM 输出、输入捕获、编码器解码全靠它。基础用法是让它按固定频率触发更新中断，当系统心跳用——比如每 1ms 进一次中断，给软件定时器做时基。

// 配置定时器 2：1MHz 计数频率，1000 分频 → 1ms 周期
htim2.Init.Prescaler = 72 - 1;        // 72MHz / 72 = 1MHz
htim2.Init.Period = 1000 - 1;         // 1MHz / 1000 = 1kHz
HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim2);

// 更新中断回调
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim) {
  if (htim->Instance == TIM2) {
    sysTickMs++;           // 系统毫秒计数
    if (sysTickMs % 1000 == 0) heartbeatToggle();
  }
}

// PWM：驱动 LED 呼吸灯
htim3.Init.Period = 1000 - 1;         // 1ms PWM 周期
htim3.Init.Prescaler = 72 - 1;
HAL_TIM_PWM_Start(&htim3, TIM_CHANNEL_1);
// 改 CCR1 寄存器就能调占空比，从 0 到 1000 线性扫

PWM 的本质就是：计数器从 0 数到 Period，数到 CCR 值时输出翻转，数到 Period 时复位。改 CCR 就改占空比，LED 呼吸灯、电机调速、舵机角度全是这个原理。