嵌入式 C：临界区与关中断

更新时间：2026-09-21。嵌入式/裸机视角。位操作的读改写隐患见 寄存器位操作宏。

一句话回答

当主循环和中断服务函数会同时改同一份数据（或同一个寄存器的不同位）时，把这段读改写代码用「关中断」包成临界区：进入时屏蔽中断并记下原来的开关状态，退出时恢复——保证这几条指令不会被中断打断，但临界区要尽量短，否则会延迟中断响应。

一、为什么需要

flags |= BIT(n); 在机器层面是「读—改—写」多条指令。若执行到一半被中断，而 ISR 里也改了 flags，返回后主循环用旧值继续写，就把 ISR 的改动覆盖掉（丢失更新）。

二、ARM Cortex-M 关中断

Cortex-M 用 PRIMASK 屏蔽可屏蔽中断，CPSID i 关、CPSIE i 开。CMSIS 提供：

#include "cmsis_gcc.h"   // 或通过设备头间接包含

uint32_t primask = __get_PRIMASK();   // 保存当前状态
__disable_irq();                      // 关中断
/* ---- 临界区：操作共享变量 ---- */
counter++;
shared_reg |= BIT(2);
/* ---- 结束 ---- */
__set_PRIMASK(primask);               // 恢复（而不是无脑开中断）

封装成宏：

#define ENTER_CRITICAL()  uint32_t _pm = __get_PRIMASK(); __disable_irq()
#define EXIT_CRITICAL()   __set_PRIMASK(_pm)

保存/恢复而不是固定 __enable_irq()，是为了嵌套调用时不会在本应关闭的地方误开。

三、典型用法

void queue_push(uint8_t b) {
    ENTER_CRITICAL();
    buf[head++] = b;          // 主循环/ISR 共享环形缓冲
    head &= (SIZE - 1);
    EXIT_CRITICAL();
}

常见坑

• 临界区太长：在里面做延时、串口打印、复杂运算，导致中断响应被拖、丢字节/丢脉冲。
• 退出时无脑开中断：嵌套临界区里提前打开，破坏外层的保护。
• 只保护写、不保护读：读到一半被改也是撕裂数据，共享对象的读改写都要在临界区内。
• 以为关中断能挡住 NMI/HardFault：PRIMASK 不屏蔽 NMI 和 HardFault，别假设它绝对隔离。
• 多核误用：关本核中断挡不住另一核；多核需要自旋锁/硬件信号量。

总结

主循环与 ISR 共享数据时，用保存 PRIMASK、__disable_irq() 进入、__set_PRIMASK 恢复的临界区包住读改写，保证不被中断打断；临界区务必最短、进出成对，且它只挡可屏蔽中断、不解决多核并发。