这篇文章是关于如何管理RT-Thread中断。边肖觉得很实用，所以分享给大家学习。希望你看完这篇文章能有所收获。让我们和边肖一起看看。
以下是RT-Thread中断管理的学习总结，包括什么是中断，裸机中断和RT-Thread中断有什么区别，RT-Thread如何处理中断，RT-Thread内核提供了哪些与中断相关的接口等等。
从以下几个方面总结RT-Thread中断管理的学习过程。
中断相关概念的描述
什么是中断？中断，顾名思义就是一项正在进行的工作，突然被其他事情打断，使得原本正在进行的工作无法正常继续，但是需要先完成其他事情，才能回来继续原来的工作。
如何通俗地理解中断？想象一下这一幕。周末，你在家里愉快地写代码。突然，你的手机响了。你必须停止工作，记录下编写代码的阶段，然后接听电话。“写代码”是正在进行的工作，“电话铃声”是中断事件。
这个电话是我媳妇打来的。她让你去菜市场买些韭菜和猪肉，晚上在饺子里吃。她不敢听她的话，所以你觉得在菜市场买东西更重要。挂断电话后，你去购物了。当你购物回来，你继续写刚刚没有完成的代码。“菜市场购物”是中断服务程序，是典型的中断处理流程。
关于中断的操作模式和特权级别，Cortex-M处理器有三种状态划分：特权级处理模式、特权级线程模式和用户级线程模式。这三种状态之间的关系如下图所示。
从上图可以看出，中断或异常的服务程序总是处于特权处理模式。另一方面，当RT-Thread系统内核复位并通电时启动的主线程(main thread)以特权线程模式运行。由其他用户创建的线程正在用户级线程模式下运行。
为什么处理器区分特权级别和用户级别？特权，顾名思义，就是指如果处理器在这个级别工作，它会有更高的特权，可以访问一些特殊的寄存器，防止用户级代码访问这些特殊的寄存器，破坏数据。由于其特殊性，中断功能工作在特权级别。
裸机中断和操作系统中断有什么区别？我们在裸机代码中处理硬件中断时，通常只需要编写中断处理函数，简单直接。
然而，随着操作系统的出现，一切都变了，还有很多问题需要考虑。由于操作中运行的线程较多，在中断到来后，需要通知操作系统，将当前运行线程的信息保存到堆栈中，然后处理中断服务程序。处理完中断后，有必要返回处理线程。此时可能涉及到线程切换调度，线程切换本身需要PendSV中断的参与。
因此，在裸机和操作系统中处理中断有着天壤之别。
线程中断处理机制
熟悉Cortex-M MCU的工程师一般都知道芯片的汇编启动文件startup_xxx.s中有一个中断向量表，所有的中断都是通过这个中断向量表来处理的。
当一个中断被异常触发时，处理器将确定它是哪个中断源，然后跳转到一个固定的位置进行处理。每个中断服务程序的地址条目必须放在一个统一的地址，也就是说，它需要被设置到NVIC的中断向量偏移寄存器中。
事实上，无论操作系统是否参与，一旦硬件发送中断和异常，中断的条目就在这个中断向量表中。不同的是，在裸机环境下，直接处理中断服务程序，而在操作系统的情况下，需要先保持线程的运行状态，再处理中断，处理完中断后再恢复线程的运行环境。
硬件中断的优先级最高，任何线程的优先级都低于硬件中断。因此，每当出现硬件中断事件时，系统必须相应地进行处理。
RT-Thread处理中断时，一般有三个阶段：中断前导、中断服务和中断后续，如下图所示。
中断引导程序的主要工作是当发生中断事件时，处理器的硬件会自动将与当前CPU相关的寄存器参数推入中断栈。程序需要调用rt_interrupt_enter()函数给全局变量rt_interrupt_nest加1，用于记录中断的嵌套级别。
用户中断服务程序的主要工作分为两种情况，一种是不切换线程，另一种是切换线程。如果没有线程切换，中断服务程序和中断后续程序完成后，中断的线程将返回。
如果要切换线程，就要调用rt_hw_context_switch_interrupt()函数来切换上下文。该函数主要设置变量rt_interrupt_to_thre。
ad，然后触发PendSV中断。
在这里要注意一下：由于PendSV中断的优先级最低，不能进行中断抢占，因此即使触发了该中断，但由于此时还在用户中断处理函数里面，所以PendSV中断还处于等待阶段，只有退出了中断后续程序，才会进行PendSV中断处理，才会进行线程的上下文切换。所以，线程的上下文切换是不会在用户中断里面进行的，是在中断结束后进行的。
中断后续程序的主要工作是，通知系统内核离开中断状态，通过调用rt_interrupt_leave()函数，将全局变量rt_interrupt_nest进行减1操作，然后从中断栈里面恢复恢复CPU相关的寄存器参数。
这里恢复CPU寄存器参数的时候需要注意，如果在用户中断里面涉及到线程切换，那么这个时候就需要恢复到新的线程CPU寄存器参数，而不是恢复到被中断打断的线程CPU寄存器参数。
RT-Thread操作系统在处理中断的时候，通常采用“上半部分（Top Half）”和“底半部分（Bottom Half）”这种方式。原因在于，操作系统本身不会对中断服务程序的处理时间做任何假设和限制，但为了保证系统的实时性，用户需要保证中断服务程序在尽可能短的时间内完成。
如何理解“上半部分（Top Half）”和“底半部分（Bottom Half）”这种中断处理方式？还是以买菜为例。媳妇来电话让你到菜市场买菜（中断事件），但你考虑到如果长时间中断不写代码，会导致思路断链，为了避免这种情况（避免长时间处理中断服务），完全可以在网上下单购买（短时间的中断处理），生鲜超市收到下单信息（信号量、邮件、消息队列），就会安排快递小哥送货上门，买菜这么耗时的工作就由其他人（其他线程）去完成了。
“上半部分（Top Half）”和“底半部分（Bottom Half）”这种中断处理方式，主要是应用在一些需要耗时处理中断事务的场合，比如数据的接收和处理。通常接收数据的时间比较短，只要把接收到的数据保存下来即可，但处理数据的过程就可能比较耗时，这样就需要分开来处理，上半部分就是接收数据，底半部分就是耗时的数据处理。
RT-Thread中断相关的API函数接口
为了把操作系统和硬件底层的中断异常隔离开来，RT-Thread系统内核把中断和异常封装为一组抽象的接口，具体的函数接口如下图所示。
RT-Thread中断相关的应用示例
RT-Thread中断相关的应用示例，主要是为了验证中断相关的API接口函数，例如全局中断开关的使用示例，通过按键中断示例来验证“上半部分（Top Half）”和“底半部分（Bottom Half）”这种中断处理方式。
全局中断开关示例，主要是为了验证多线程访问同一个变量时，使用开关全局中断的方式对该全局变量进行临界区保护。
按键中断示例主要是为了验证“上半部分（Top Half）”和“底半部分（Bottom Half）”这种中断处理方式。通过按键触发中断事件，在中断服务函数里面发送邮件，通知线程进行相应的处理。
在irq_test.h头文件里面，通过打开相应的宏定义开关，重新编译工程源码，下载到开发板即可验证实验现象，如下图所示。
RT-Thread中断应用的注意事项
中断是一种异常，当系统发生中断异常的时候就必须要进行处理，在RT-Thread实时操作系统里面处理中断的时候，如果不及时处理或对中断处理不当，轻则会造成系统出错或逻辑混乱，重则会导致系统毁灭性地瘫痪。
在处理RT-Thread中断异常的时候，有以下注意事项：
1.中断服务程序工作在特权级处理模式，优先级比任何线程要高，任何线程都不能抢占中断服务程序。
2.在操作系统里面，可以支持中断嵌套，高优先级中断可以抢占低优先级中断，线程的重新调度是在所有中断都处理完之后才重新启动的。
3.在Cortex-M架构里面，中断发生时CPU的寄存器入栈是由硬件自动完成的，中断的前导程序通常只是记录中断的嵌套层数。
4.RT-Thread采用独立的内存空间作为中断栈，而不是采用线程栈作为中断栈，这种方式随着线程的增加，减少内存占用的效果也越明显。
5.建议采用“上半部分（Top Half）”和“底半部分（Bottom Half）”这种方式来处理中断异常，中断服务程序的处理时间应尽可能短。
6.使用全局中断开关是禁止多线程访问临界区最简单的一种方式，这种方式可以应用在任何场合，但要注意这种方式对系统实时性影响巨大，使用不当会破坏系统的实时性能。使用全局中断锁的时间应尽可能短。
7.全局中断开关支持多级中断嵌套使用，每次调用rt_hw_interrupt_enable()函数，可以让系统恢复到关中断之前的状态（这个状态有可能是关中断也有可能是开中断）。
8.中断服务程序是运行在特权处理模式下的，在这种运行模式里面是不能使用挂起当前线程操作的相关函数的，因为中断服务程序的运行环境里面根本不存在线程。
以上就是如何进行RT-Thread中断管理，小编相信有部分知识点可能是我们日常工作会见到或用到的。希望你能通过这篇文章学到更多知识。更多详情敬请关注行业资讯频道。
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