一、中断处理的基本概念
在嵌入式系统中，中断就像是你在专心写代码时突然有人拍你肩膀——系统必须停下当前任务，去处理更紧急的事情。Rust作为一门系统级语言，天生适合嵌入式开发，其中断处理机制既安全又高效。
中断的核心是中断向量表和中断服务函数（ISR）。中断向量表是一张“地图”，告诉CPU发生中断时该跳转到哪里执行；ISR则是具体处理中断的代码。优先级配置则决定哪个中断更重要，可以插队。
二、Rust中的中断向量表实现
在Rust嵌入式开发中（以cortex-m系列为例），中断向量表通常通过#[interrupt]属性和链接脚本定义。下面是一个完整示例：
// 技术栈：cortex-m-rt（Rust嵌入式运行时）
use cortex_m_rt::entry;
use cortex_m_rt::exception;
// 定义中断向量表（部分示例）
#[link_section = ".vector_table.interrupts"]
#[no_mangle]
pub static __INTERRUPTS: [Option<unsafe extern "C" fn()>; 240] = [
Some(exti0), // 外部中断0
Some(usart1), // 串口1中断
// ...其他中断
None; 234 // 预留空位
];
// 中断服务函数
#[interrupt]
fn exti0() {
// 处理外部中断0的逻辑
unsafe { (*GPIOA::ptr()).odr.modify(|_, w| w.odr0().set_bit()); }
}
#[entry]
fn main() -> ! {
loop {}
}
注释说明：
#[link_section]将向量表放在特定内存段（需配合链接脚本）。unsafe extern "C"确保函数符合C ABI，能被硬件调用。
三、中断服务函数的编写要点
Rust的ISR需要关注共享数据安全和延迟处理。下面是一个带优先级和资源共享的示例：
// 技术栈：cortex-m + bare-metal（无OS）
use cortex_m::interrupt::{self, Mutex};
use core::cell::RefCell;
// 全局共享数据（如传感器读数）
static SENSOR_DATA: Mutex<RefCell<u32>> = Mutex::new(RefCell::new(0));
#[interrupt]
fn usart1() {
interrupt::free(|cs| {
// 安全访问共享数据
let data = SENSOR_DATA.borrow(cs).borrow_mut();
*data += 1;
});
// 高优先级任务立即处理
if *data > 100 {
emergency_shutdown();
}
}
关键点：
Mutex和RefCell解决多中断竞争问题。interrupt::free保证原子操作。
四、优先级配置实战
在Cortex-M中，优先级通过NVIC（嵌套向量中断控制器）设置。Rust的cortex-m库提供了简洁的API：
use cortex_m::peripheral::NVIC;
fn configure_priority() {
unsafe {
// 设置串口中断优先级为2（数字越小优先级越高）
NVIC::unmask(interrupt::USART1);
NVIC::set_priority(interrupt::USART1, 2);
}
}
注意事项：
- 优先级位数因芯片而异（如STM32F4支持4位优先级）。
- 某些中断（如NMI）优先级不可配置。
五、应用场景与技术对比
典型场景：
- 实时控制系统（如无人机电机控制）
- 低功耗设备（中断唤醒+快速处理）
Rust优势：
- 所有权机制避免数据竞争
- 零成本抽象不影响性能
缺点：
- 学习曲线较陡（需理解
unsafe和内存模型） - 部分芯片支持库不完善
六、总结与最佳实践
- 安全第一：ISR中尽量少用
unsafe，共享数据必须加锁。 - 性能优化：长任务拆分为“紧急处理+后台队列”。
- 测试要点：用硬件模拟器验证中断嵌套行为。
最后附一个综合示例：
// 技术栈：stm32f4xx-hal（STM32硬件抽象层）
use stm32f4xx_hal::{
interrupt,
pac,
prelude::*,
};
#[interrupt]
fn TIM2() {
let dp = unsafe { pac::Peripherals::steal() };
dp.TIM2.sr.modify(|_, w| w.uif().clear_bit());
// 实际业务逻辑
blink_led();
}
fn main() {
let cp = cortex_m::Peripherals::take().unwrap();
let dp = pac::Peripherals::take().unwrap();
// 初始化时钟、GPIO等...
configure_interrupts(&dp.NVIC);
}
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