Прекъсвания (Interrupts) – вътрешна логика и приоритети

1. Въведение

Прекъсванията (Interrupts) са един от най-важните механизми в микроконтролерите и вградените системи. Те позволяват на процесора да реагира незабавно на външни или вътрешни събития, без да чака текущата програма да завърши.

В тази тема ще разгледаме:

• Какво представляват прекъсванията;

• Как работят вътрешно;

• Как се определят приоритетите;

• Как процесорът превключва между задачи;

• Практически примери и реални приложения.

2. Какво е прекъсване (Interrupt)

Прекъсването е сигнал, който кара процесора временно да спре текущото изпълнение на програмата и да изпълни специална функция – ISR (Interrupt Service Routine).

Основна идея:

• Процесорът изпълнява код;

• Възниква събитие (бутон, таймер, UART и др.);

• Процесорът спира текущия код;

• Стартира ISR функцията;

• След края ѝ се връща обратно.

3. Видове прекъсвания

3.1 Външни прекъсвания

• Бутони;

• Сензори;

• Промяна на пин.

3.2 Вътрешни прекъсвания

• Таймери;

• UART;

• ADC;

• Watchdog.

3.3 Софтуерни прекъсвания

• Генерирани от програма;

• Използват се за тестове и RTOS.

4. Вътрешна логика на прекъсванията

4.1 Как процесорът разбира, че има прекъсване?

Всеки модул:

• Има флаг (Interrupt Flag);

• При събитие → флаг = 1;

• Контролерът проверява:

  • Флаг активен?

  • Разрешено ли е прекъсването?

4.2 Глобално разрешаване

Процесорът има:

• Глобален флаг (GIE);

• Ако GIE = 0 → няма прекъсвания;

• Ако GIE = 1 → приемат се;

5. Процес при възникване на прекъсване

Стъпка по стъпка:

1. Процесорът завършва текущата инструкция;

2. Проверява дали прекъсването е разрешено;

3. Записва:

   • Program Counter;

   • Регистри.

4. Прескача към ISR адрес;

5. Изпълнява ISR функцията;

6. Връща старото състояние;

7. Продължава от мястото на спиране.

6. ISR – Interrupt Service Routine

Какво представлява:

• Специална функция;

• Изпълнява се автоматично;

• Не се извиква ръчно.

Основни правила:

• Да е възможно най-кратка;

• Без delay();

• Без тежки изчисления;

• Само флагове и бързи операции.

7. Приоритети на прекъсванията

7.1 Какво е приоритет?

Когато има няколко прекъсвания:

• По-високият приоритет се изпълнява първи

7.2 Хардуерен приоритет

Процесорът:

• Има таблица с приоритети;

• Някои модули са по-важни.

Пример:

1. Reset;

2. Watchdog;

3. Таймер;

4. UART;

5. GPIO.

7.3 Nested interrupts (Вложени прекъсвания)

Възможно е:

• Докато се изпълнява ISR;

• Да дойде по-висок приоритет;

• Процесорът:

  • Спира текущата ISR;

  • Стартира новата;

  • После се връща.

8. Маскиране на прекъсвания

Какво е маска?

• Временно забраняване;

• Използва се за защита на код.

Пример:

• Критична секция;

• SPI комуникация;

• Запис в памет.

9. Често срещани грешки

• Забравен флаг за изчистване;

• Тежък код в ISR;

• Използване на delay();

• Достъп до shared променливи без volatile;

• Забравено глобално разрешение.

10. Реални приложения

• Бутон за аварийно спиране;

• Таймер за PWM;

• UART комуникация;

• Енкодери;

• Сензори за движение.

11. Добри практики

• ISR = възможно най-кратка;

• Използвай флагове;

• Логиката в main();

• Винаги чисти interrupt flag;

• Използвай volatile.

12. Заключение

Прекъсванията са основен инструмент:

• За бърза реакция;

• За ефективен код;

Разбирането на:

• Вътрешната логика;

• Приоритетите;

• Контролера.

→ Води до стабилни и професионални системи.