3) Interrupts

什麼是 Interrupts?

當你在工作的時候，突然電話鈴聲響起，於是你把手邊工作停下來、接電話、講電話，然後回來繼續剛剛工作 －－ 這就是所謂的中斷 (Interrupt)，而電話便是中斷源。
在微控制器中，中斷的來源有很多，諸如 Reset, 外部中斷, Timer, USART, EEPROM, ADC 等。比如，當 Timer Overflow 時可以引發中斷，當 USART 收到資料或資料傳輸完畢時可以引發中斷…
跟人一樣，在遇到中斷的時候，微控制器的 CPU 也會把手邊的工作停下來，然後跳到預設的位址 (接電話)，接著執行一段程式 (講電話)，執行完後回來繼續進行剛剛的工作。
在發生中斷的時候，CPU 會老老實實的做這幾個動作：

1. 執行當前的指令
2. 把下一個指令的位址 push 到 stack 上，停止程式的正常流程，然後
3. 跳到預設的位址，這個位址稱為中斷向量表，是由 MCU 製造商預先定義好的。 在中斷向量表中，每個中斷都有一個 entry，就看發生什麼中斷，CPU 就跳到哪個 entry。通常每個 entry 裏只是一條 JMP xxxx 的指令，會讓 CPU 輾轉跳到一段稱為中斷服務函式 (Interrupt Service Routine, ISR) 的副程式。
4. 接著執行中斷服務函式
5. 當執行完中斷服務函式後，再從 stack 上 pop 出指令的位址，並從它離開的地方繼續執行程式

電腦比人強的地方，在於它的記憶力好，沒健忘症，當 CPU 處理完中斷後，一定會回去進行原來的工作，除非程式開發者疏忽了把 ISR 寫成跳不出來的無窮迴圈。

Interrupt vectors

底下這張是 ATmega328 的中斷向量表：

當中斷觸發時，CPU 會跳到預設的位址，例如當 ADC 轉換完成時會引發 ADC 中斷，CPU 這時就會跳到 0x002A 這個位址 (vector 22 所在的位址) 去執行指令。如前面說的，通常中斷向量表的每個 entry 裏只是一條 JMP xxxx 的指令，會讓 CPU 輾轉跳到中斷服務函式 (ISR)。
底下是中斷向量表典型的設定:

以上面的程式為例，當發生 reset 中斷時，MCU 執行的第一條指令是 jmp RESET，因此會跳到 0x0033 的位址，亦即主程式的起始位置。假如是 ADC 中斷，MCU 會先跳到中斷向量表 0x002A 的位址，之後輾轉跳到 ADC 這個中斷服務函式。

Interrupt Service Routine (ISR)

在 Arduino 的程式中，要寫 ISR 是很簡單的一件事。你不需要自己設定中斷向量表，只要會使用 ISR() 這個巨集指令就可以了，例如:

這表示這個是處理 ADC 轉換的中斷服務函式，將來當 ADC 轉換完成時會引發中斷，CPU 就會來執行這個中斷服務函式。
底下這張表列出了 ATmega328 的所有中斷向量:

Vector	說明
INT0_vect	External Interrupt Request 0
INT1_vect	External Interrupt Request 1
PCINT0_vect	Pin Change Interrupt Request 0
PCINT1_vect	Pin Change Interrupt Request 1
PCINT2_vect	Pin Change Interrupt Request 2
WDT_vect	Watchdog Time-out Interrupt
TIMER2_COMPA_vect	Timer/Counter2 Compare Match A
TIMER2_COMPB_vect	Timer/Counter2 Compare Match B
TIMER2_OVF_vect	Timer/Counter2 Overflow
TIMER1_CAPT_vect	Timer/Counter1 Capture Event
TIMER1_COMPA_vect	Timer/Counter1 Compare Match A
TIMER1_COMPB_vect	Timer/Counter1 Compare Match B
TIMER1_OVF_vect	Timer/Counter1 Overflow
TIMER0_COMPA_vect	TimerCounter0 Compare Match A
TIMER0_COMPB_vect	TimerCounter0 Compare Match B
TIMER0_OVF_vect	Timer/Couner0 Overflow
SPI_STC_vect	SPI Serial Transfer Complete
USART_RX_vect	USART Rx Complete
USART_UDRE_vect	USART, Data Register Empty
USART_TX_vect	USART Tx Complete
ADC_vect	ADC Conversion Complete
EE_READY_vect	EEPROM Ready
ANALOG_COMP_vect	Analog Comparator
TWI_vect	Two-wire Serial Interface
SPM_READY_vect	Store Program Memory Read

▲ ATmega328 中斷向量表，可在 <avr/iom328p.h> 中找到。

延伸閱讀

• Wikipedia 百科全書: Interrupt