读研期间，有幸接触了Stellaris系列的基于ARM Cortex-M3内核的LM3S9B9x微控制器，该微控制器支持中断的嵌套。
中断嵌套是指高优先级的中断能够打断低优先级的中断（反过来不可以），处理完高优先级的中断后，还得回来继续处理低优先级的中断。
中断发生时，下列动作会发生：
入栈（Stacking），即把八个寄存器的值压入堆栈；取向量（Vector fetch），即从向量表中读取中断服务函数的入口地址；更新堆栈指针（stack pointer，SP）、链接寄存器（link register）和程序计数器（Program counter，PC）。
响应中断的第一个动作就是自动保存现场的必要部分，即把八个寄存器的值压入堆栈。如果响应中断时，当前的代码正在使用PSP，则压入PSP，也就是进程堆栈；否则就压入MSP，使用主堆栈。一旦进入中断服务函数，就将一直使用主堆栈，因而所有的嵌套中断也将使用主堆栈。
嵌套中断支持已经内置于Cortex-M3内核以及嵌套向量中断控制器（Nested Vectored Interrupt Controller，NVIC），因而无需使用汇编去写贴皮代码（Wrapper Code），我们所要做的就是为每个中断设置优先级。
NVIC和Cortex-M3微控制器会根据优先级来控制抢占和嵌套行为，因此，在某个中断正在响应时，所有优先级不高于它的中断都不能抢占它，包括自己也不能抢占自己（相同的中断是不允许重入的）。
有了自动入栈和出栈（Unstacking），中断嵌套时，就没有了寄存器数据丢失的风险。然而，必须注意的是，由于所有的中断服务函数都使用主堆栈，当中断嵌套很深时，主堆栈的压力会增大，每嵌套一级，都需要额外的堆栈空间，因而要防止主堆栈被用穿的风险。《ARM Cortex-M3 权威指南》一书指出：堆栈用穿（溢出）是致命的，它会使入栈数据和主堆栈前面的数据区发生混迭，使这些数据被破坏；若在中断服务函数返回前混迭区的数据又被更改了，则堆栈内容被破坏，这样一来，在中断服务函数返回后，系统极可能功能紊乱，甚至造成程序跑飞。
（一） 咬尾中断（Tail-chaining）
当响应某个中断时，又有新的中断发生，但是新发生中断的优先级不够高，那么新的中断就会被挂起（Pending）。那么当中断返回后，系统处理挂起的中断时，如果还是先POP（出栈指令），然后把POP的内容再PUSH（入栈指令）回去，这就成了“砸锅炼铁再铸锅”，白白浪费了CPU时间。Cortex-M3不会傻乎乎地POP这些寄存器，而是继续使用上一个中断已经PUSH好的成果，从而避免了资源浪费。这就好像是一个中断把前一个中断的尾巴咬断了，前前后后只执行了一次入栈/出栈操作。
（二） 晚到的中断（Late Arrivals）
另外一种提高中断性能的机制就是“晚到的中断处理”。当处理器对某一中断的响应还在早期，即入栈阶段，如果此时收到了高优先级中断的请求，则后到的中断会被优先处理，也就是说前面的入栈操作就成了为高优先级中断所做的了，尽管它来的晚，但是由于优先级高而受到偏袒。比如，在响应低优先级的中断#1的早期时，检测到高优先级的中断#2，则只要中断#2没有太晚，就能以“晚到的中断”机制来处理，如下图所示。
当然了，如果中断#2来的太晚，以至于已经执行了中断#1的指令，则按普通的抢占处理，这会需要更多的处理器时间和额外的堆栈空间。在中断#2执行完毕后，再按照前面所述的“咬尾中断”机制来启动中断#1的执行。
参考文献：
1. 《ARM Cortex-M3权威指南》，北京：北京航空航天大学出版社，2009.7
2. 《The Definitive Guide to the ARM Cortex-M3》，Joseph Yiu
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