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嵌入式中断常见面试题目总结

1. 中断基本概念

Q: 什么是中断？中断的基本工作原理是什么？

中断是一种硬件或软件机制，用于暂停CPU当前执行的程序，转而执行特定的服务程序（中断服务程序），处理完成后再返回原程序继续执行。

基本工作原理：

1. 中断源产生中断请求信号
2. CPU检测到中断请求，完成当前指令执行
3. CPU保存当前程序状态（程序计数器、状态寄存器等）
4. CPU跳转到中断服务程序执行
5. 中断服务程序执行完毕后，恢复之前保存的程序状态
6. 继续执行被中断的程序

Q: 中断的类型有哪些？

1. 按触发源分类：硬件中断：由外部设备触发（定时器、GPIO、通信接口等）软件中断：由软件指令触发（SWI指令、系统调用等）
2. 按优先级分类：可屏蔽中断：可以通过设置中断屏蔽位禁用不可屏蔽中断：不能被禁用，通常用于处理严重错误
3. 按响应时间分类：同步中断：与程序执行同步，如指令执行错误异步中断：与程序执行无关，如外部设备请求
4. 特殊中断类型：异常：由CPU内部错误引起（如除零、非法指令）陷阱：由程序主动触发的中断（如系统调用）故障：可恢复的错误（如缺页异常）

2. 中断处理机制

Q: 中断向量表是什么？它的作用是什么？

中断向量表是一个存储中断服务程序入口地址的数组或表格，每个中断源对应一个表项。

作用：

• 提供中断源与对应服务程序之间的映射关系
• 使CPU能够快速找到并跳转到正确的中断服务程序
• 支持多种中断源的统一管理

在ARM Cortex-M系列中，中断向量表位于内存起始地址，包含复位值、异常处理程序地址和中断服务程序地址。

Q: 中断嵌套是什么？如何实现中断嵌套？

中断嵌套是指在一个中断服务程序执行过程中，允许更高优先级的中断请求打断当前中断服务程序的执行。

实现方法：

1. 设置中断控制器支持优先级
2. 在中断服务程序中重新使能全局中断
3. 保存和恢复中断上下文
4. 使用堆栈保存多层嵌套的状态信息

void UART_IRQHandler(void) {
    // 保存上下文（通常由硬件自动完成）
    
    // 重新使能全局中断，允许更高优先级中断嵌套
    __enable_irq();
    
    // 处理UART中断
    if(UART_GetITStatus(UART1, UART_IT_RXNE) != RESET) {
        // 处理接收中断
    }
    
    // 禁用全局中断，准备退出
    __disable_irq();
    
    // 恢复上下文（通常由硬件自动完成）
}

Q: 什么是中断延迟？有哪些因素会影响中断延迟？

中断延迟是指从中断请求产生到中断服务程序开始执行之间的时间间隔。

影响因素：

1. 硬件因素：CPU时钟频率中断控制器响应时间总线仲裁延迟流水线状态
2. 软件因素：中断优先级设置中断嵌套层次关中断代码段长度操作系统调度策略
3. 其他因素：DMA传输占用总线缓存命中率外设时钟配置

3. 中断优先级与管理

Q: 如何设置和管理中断优先级？

在ARM Cortex-M系列中设置中断优先级：

// NVIC优先级配置示例
void ConfigureInterruptPriority(void) {
    // 配置中断分组（抢占优先级和子优先级的位数分配）
    NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); // 2位抢占优先级，2位子优先级
    
    // 配置UART中断
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1; // 抢占优先级
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;        // 子优先级
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}

优先级管理原则：

• 响应时间要求高的中断设置高优先级
• 避免优先级过于集中，合理分配
• 考虑中断处理时间，短处理时间的中断可以设置较高优先级
• 考虑中断之间的依赖关系

Q: 什么是优先级反转？如何避免？

优先级反转是指低优先级任务持有高优先级任务所需的资源，而中优先级任务抢占低优先级任务，导致高优先级任务被