中断来了，程序去了哪里？｜单片机动画课 09

第 04 课让主循环不停查看按钮，这叫轮询。但有些事件发生得突然，我们希望 CPU 得到通知，暂时转去处理，再回来继续。中断就是这样一种机制。

先记住一件事：中断并没有凭空多造一个 CPU。它改变的是当前执行的先后顺序。 对于普通单核例子，执行中断服务程序时，原来的主流程暂时停在一旁。

本文以 Uno R3 的普通中断行为建立概念，不展开嵌套中断、RTOS 或多核调度。GIF 为时序示意，非芯片仿真、非实测；各阶段被放慢，不表达真实响应时间。

轮询：我主动去看

轮询像值班员定时看门口。只有执行到读取位置，程序才检查当前输入。两次检查之间发生又消失的短事件，可能没被发现。

中断则像门铃触发通知：硬件检测到已配置的条件，提出中断请求。当中断启用、优先级和处理条件允许时，CPU 转去执行相应的处理代码。

“提出请求”和“已经开始处理”不是同一时刻。处理器可能需要完成当前指令，或者正在处理其他事情；如果中断被屏蔽，请求的记录与后续处理还受具体外设机制约束。不能把动画中的箭头理解成零延迟。

暂时离开，然后返回

中断服务程序常缩写为 ISR。它不是主循环里按顺序调用的下一行，而是由中断机制引导进入的执行入口。

观察橙色高亮：主流程走到一半，中断到来，执行位置转到下方。ISR 完成后，程序回到先前中断点附近继续执行，而不是重新从 setup() 开始。

为了能正确回来，硬件与编译器生成的代码会共同保存、恢复必要的执行上下文。具体保存哪些寄存器、怎样入栈，取决于架构和工具链。这一课先理解“来得了，也回得去”，不把一个框图当作所有芯片的完整内部实现。

ISR 里只记下必要的事

如果 ISR 做很久，主循环就长时间得不到运行机会，还可能影响其他事件的处理。一个常见做法是：ISR 只设置标志，让主循环稍后完成较重的工作。

例如，ISR 写下“有事件待处理”，马上返回。主循环看到标志后，再决定是否更新界面、记录数据或执行其他业务逻辑。

下面是概念片段。共享标志使用 volatile；假设它由 ISR 写入，在主循环读取后还需要用适合该平台的临界区方式领取并清除，不能忽略并发访问问题。

volatile bool pending = false;
void onEvent() {
  pending = true;
}

这个布尔标志只记住“至少发生过一次”。如果主循环还没领取，事件又来了三次，标志仍然只是 true。需要逐次计数时，就要使用合适的计数器或队列，并考虑原子访问、容量和溢出。

volatile 不等于线程锁，也不保证一组读改写操作原子完成。它告诉编译器这个值可能在正常执行路径之外变化，不能据此认为共享数据问题全解决了。

有了中断，就不用消抖了吗？

仍然需要考虑消抖。第 03 课的机械触点可以产生多个边沿，如果把每个边沿都配置为中断，一次按压同样可能产生多次请求。中断不会自动分辨“用户真实想按几次”。

Uno R3 使用 attachInterrupt() 时，常用外部中断引脚是 D2、D3，应通过 digitalPinToInterrupt(pin) 取得对应编号。其他板子的引脚与中断映射可能完全不同。

在普通 AVR ISR 中，millis() 依赖的计时中断不能像主循环中那样继续正常推进，也不应该靠 delay() 在 ISR 里等待。不同平台有各自的 ISR 限制，不能把某个平台的可用调用随意搬过去。

看完再猜

ISR 连续把 pending 设为 true 五次，主循环只看到一次 true，可以据此还原五次事件吗？

不能。这个变量保存的是状态，不是次数。你已经能区分中断请求、处理入口和应用任务了。下一课再把“通知来源”换成计时硬件：时间到了，它怎样产生事件？

资料：Arduino attachInterrupt、Arduino AVR 计时源码、Espressif GPIO 与中断。

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