在8051單片機(jī)系統(tǒng)中，由于其硬件結(jié)構(gòu)的限制，在處理中斷時(shí)僅自動(dòng)保存當(dāng)前寄存器狀態(tài)（如程序計(jì)數(shù)器PC、累加器 ACC、狀態(tài)字 PSW、B寄存器等），而不會(huì)自動(dòng)保護(hù)外部或內(nèi)部 RAM 中的非寄存器變量?jī)?nèi)容。因此，如果發(fā)生中斷嵌套，高優(yōu)先級(jí)中斷服務(wù)程序若修改了某些全局變量或內(nèi)存數(shù)據(jù)，就可能導(dǎo)致低優(yōu)先級(jí)中斷或主程序出現(xiàn)邏輯錯(cuò)誤。

一、問題產(chǎn)生的根源

中斷嵌套機(jī)制：在8051系統(tǒng)中，默認(rèn)支持中斷嵌套，即高優(yōu)先級(jí)中斷可以中斷低優(yōu)先級(jí)中斷的執(zhí)行。

保存機(jī)制有限：中斷進(jìn)入時(shí)，CPU自動(dòng)入棧保存的內(nèi)容僅限于部分SFR（特殊功能寄存器）；而對(duì)于外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（XRAM）或片內(nèi)RAM中的普通變量，系統(tǒng)不會(huì)自動(dòng)保存與恢復(fù)。

資源競(jìng)爭(zhēng)：如果高優(yōu)先級(jí)中斷服務(wù)程序與低優(yōu)先級(jí)服務(wù)程序或主程序共享同一內(nèi)存變量，而高優(yōu)先級(jí)程序?qū)ζ溥M(jìn)行了非原子性的修改，就會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)競(jìng)爭(zhēng)，進(jìn)而造成系統(tǒng)運(yùn)行邏輯錯(cuò)誤，甚至死循環(huán)或系統(tǒng)崩潰。

二、如何避免此類問題？

為保證程序可靠性，開發(fā)過程中應(yīng)特別注意以下幾點(diǎn)策略：

1. 避免在中斷服務(wù)程序中直接訪問共享內(nèi)存

原則上避免高優(yōu)先級(jí)中斷程序訪問或修改非寄存器內(nèi)存中的共享數(shù)據(jù)（包括全局變量、RAM 緩沖區(qū)等）。若必須訪問，應(yīng)采取保護(hù)措施，確保操作具備原子性或操作過程不被打斷。

2. 合理設(shè)計(jì)變量訪問策略

使用 volatile 關(guān)鍵字聲明中斷與主程序之間共享的變量，避免編譯器優(yōu)化帶來的問題。對(duì)于需要在多個(gè)中斷層級(jí)中訪問的全局變量，可設(shè)置訪問權(quán)限控制或采用臨時(shí)副本方式。

3. 臨界區(qū)保護(hù)機(jī)制（軟件層面）

在訪問共享資源之前，臨時(shí)關(guān)閉中斷（或特定中斷），訪問完后立即恢復(fù)，例如：

EA = 0;         // 關(guān)閉總中斷
shared_var++;   // 修改共享變量
EA = 1;         // 恢復(fù)總中斷

注意：上面的例子僅適用于臨時(shí)對(duì)時(shí)間不敏感的非中斷代碼塊。

4. 高優(yōu)先級(jí)中斷中盡量“輕量化”

避免在高優(yōu)先級(jí) ISR 中執(zhí)行復(fù)雜操作，尤其是對(duì)內(nèi)存的讀寫操作，盡量縮短中斷響應(yīng)時(shí)間。可采用標(biāo)志位方式讓主程序或低優(yōu)先級(jí)中斷處理后續(xù)邏輯：

interrupt_flag = 1;  // 設(shè)置標(biāo)志位

5. 共享變量操作封裝為原子操作函數(shù)

如果多個(gè)中斷服務(wù)程序必須操作同一變量，應(yīng)將該操作封裝為“不可打斷”的函數(shù)調(diào)用，或者利用一些編譯器提供的原子指令支持。

6. 使用變量副本

在中斷服務(wù)程序中使用變量副本（Shadow Copy），操作完成后再判斷是否需要更新原變量，以此降低操作沖突。

以上就是英銳恩單片機(jī)開發(fā)工程師分享的51內(nèi)核單片機(jī)避免中斷嵌套引發(fā)內(nèi)存沖突的方法。英銳恩專注單片機(jī)應(yīng)用方案設(shè)計(jì)與開發(fā)，提供8位單片機(jī)、32位單片機(jī)。