14.1. 异常与中断的基本概念¶

异常是导致处理器脱离正常运行转向执行特殊代码的任何事件，如果不及时进行处理，轻则系统出错，重则会导致系统毁灭性

瘫痪。所以正确地处理异常，避免错误的发生是提高软件鲁棒性（稳定性）非常重要的一环，对于实时系统更是如此。

异常是指任何打断处理器正常执行，并且迫使处理器进入一个由有特权的特殊指令执行的事件。异常通常可以分成两类：同步

异常和异步异常。由内部事件（像处理器指令运行产生的事件）引起的异常称为同步异常，例如造成被零除的算术运算引发一

个异常，又如在某些处理器体系结构中，对于确定的数据尺寸必须从内存的偶数地址进行读和写操作。从一个奇数内存地址的

读或写操作将引起存储器存取一个错误事件并引起一个异常，（称为校准异常）。

异步异常主要是指由于外部异常源产生的异常，是一个由外部硬件装置产生的事件引起的异步异常。同步异常不同于异步异常

的地方是事件的来源，同步异常事件是由于执行某些指令而从处理器内部产生的，而异步异常事件的来源是外部硬件装置。例

如按下设备某个按钮产生的事件。同步异常与异步异常的区别还在于，同步异常触发后，系统必须立刻进行处理而不能够依然

执行原有的程序指令步骤；而异步异常则可以延缓处理甚至是忽略，例如按键中断异常，虽然中断异常触发了，但是系统可以

忽略它继续运行（同样也忽略了相应的按键事件）。

中断，中断属于异步异常。所谓中断是指中央处理器CPU正在处理某件事的时候，外部发生了某一事件，请求CPU迅速处理，CPU

暂时中断当前的工作，转入处理所发生的事件，处理完后，再回到原来被中断的地方，继续原来的工作，这样的过程称为中断。

中断能打断线程的运行，无论该线程具有什么样的优先级，因此中断一般用于处理比较紧急的事件，而且只做简

单处理，例如标记该事件，在使用 RT-Thread系统时，一般建议使用信号量、消息或事件标志组等标志中断的发

生，将这些内核对象发布给处理线程，处理线程再做具体处理。

通过中断机制，在外设不需要CPU介入时，CPU可以执行其它线程，而当外设需要CPU时通过产生中断信号使CPU立即停止当前

线程转而来响应中断请求。这样可以使CPU避免把大量时间耗费在等待、查询外设状态的操作上，因此将大大提高系统实时性

以及执行效率。

此处读者要知道一点，RT-Thread源码中有许多处临界段的地方， 临界段虽然保护了关键代码的执行不被打断，

但也会影响系统的实时，任何使用了操作系统的中断响应都不会比裸机快。比如，某个时候有一个线程在运行中，并且该线程

部分程序将中断屏蔽掉，也就是进入临界段中，这个时候如果有一个紧急的中断事件被触发，这个中断就会被挂起，不能得到

及时响应，必须等到中断开启才可以得到响应，如果屏蔽中断时间超过了紧急中断能够容忍的限度，危害是可想而知的。所以，

操作系统的中断在某些时候会有适当的中断延迟，因此调用中断屏蔽函数进入临界段的时候，也需快进快出。

RT-Thread的中断管理支持：

开/关中断。

恢复中断。

中断使能。

中断屏蔽。

14.1.1. 中断的介绍¶

与中断相关的硬件可以划分为三类：外设、中断控制器、CPU本身。

外设：当外设需要请求CPU时，产生一个中断信号，该信号连接至中断控制器。

中断控制器：中断控制器是CPU众多外设中的一个，它一方面接收其它外设中断信号的输入，另一方面，它会发出中断信号给

CPU。可以通过对中断控制器编程实现对中断源的优先级、触发方式、打开和关闭源等设置操作。在Cortex-M系列控制器中常

用的中断控制器是NVIC（内嵌向量中断控制器Nested

Vectored Interrupt Controller）。

CPU：CPU会响应中断源的请求，中断当前正在执行的线程，转而执行中断处理程序。NVIC最多支持240个中断，每个中断最多

256个优先级。

14.1.2. 和中断相关的名词解释¶

中断号：每个中断请求信号都会有特定的标志，使得计算机能够判断是哪个设备提出的中断请求，这个标志就是中断号。

中断请求：“紧急事件”需向CPU提出申请，要求CPU暂停当前执行的线程，转而处理该“紧急事件”，这一申请过程称为中断请求。

中断优先级：为使系统能够及时响应并处理所有中断，系统根据中断时间的重要性和紧迫程度，将中断源分为若干个级别，称

作中断优先级。

中断处理程序：当外设产生中断请求后，CPU暂停当前的线程，转而响应中断申请，即执行中断处理程序。

中断触发：中断源发出并送给CPU控制信号，将中断触发器置“1”，表明该中断源产生了中断，要求CPU去响应该中断，CPU暂停

当前线程，执行相应的中断处理程序。

中断触发类型：外部中断申请通过一个物理信号发送到NVIC，可以是电平触发或边沿触发。

中断向量：中断服务程序的入口地址。

中断向量表：存储中断向量的存储区，中断向量与中断号对应，中断向量在中断向量表中按照中断号顺序存储。

临界段：代码的临界段也称为临界区，一旦这部分代码开始执行，则不允许任何中断打断。为确保临界段代码的执行不被中断，

在进入临界段之前须关中断，而临界段代码执行完毕后，要立即开中断。RT-Thread支持中断屏蔽和中断使能。