基于ARM9芯片S3C2410異常中斷程序設(shè)計

1、基于ARM9芯片S3C2410異常中斷程序設(shè)計日期：2008-1-16來源：微計算機信息 作者：范書瑞 于明 劉劍飛 蘇彥莽字體：大 中 小 摘要：驗證的代碼詳細分析了基于ARM嵌入式系統(tǒng)的異常處理流程。然后闡明關(guān)鍵字“-irq”的作用，設(shè)計出中斷處理函數(shù)。最后，通過設(shè)置中斷控制寄存器，設(shè)計外部中斷EINT3的初始化程序，并給出主程序流程圖。實踐證明程序運行穩(wěn)定可靠。 關(guān)鍵字：S3C2410異常irq中斷 引言計算機體系結(jié)構(gòu)中，異?；蛘咧袛嗍翘幚硐到y(tǒng)中突發(fā)事件的一種機制，幾乎所有的處理器都提供這種機制。異常主要是從處理器被動接受的角度出發(fā)的一種描述，指意外操作引起的異常。而中斷則帶有向處理器主

2、動申請的意味。但這兩種情況具有一定的共性，都是請求處理器打斷正常的程序執(zhí)行流程，進入特定程序的一種機制。若無特別說明，對“異?！焙汀爸袛唷倍疾蛔鲊栏竦膮^(qū)分。本文結(jié)合經(jīng)過實際驗證的代碼對ARM9中斷處理流程進行分析，并設(shè)計出基于S3C2410芯片的外部中斷處理程序。1.異常中斷響應(yīng)和返回系統(tǒng)運行時，異?？赡軙S時發(fā)生。當一個異常出現(xiàn)以后，ARM微處理器會執(zhí)行以下幾步操作：1) 將下一條指令的地址存入相應(yīng)連接寄存器LR，以便程序在處理異常返回時能從正確的位置重新開始執(zhí)行。2) 將CPSR復(fù)制到相應(yīng)的SPSR中。3) 根據(jù)異常類型，強制設(shè)置CPSR的運行模式位。4) 強制PC從相關(guān)的異常向量地址取下

3、一條指令執(zhí)行，從而跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的異常處理程序處。這些工作是由ARM 內(nèi)核完成的,不需要用戶程序參與。異常處理完畢之后，ARM微處理器會執(zhí)行以下幾步操作從異常返回：1) 將連接寄存器LR的值減去相應(yīng)的偏移量后送到PC中。2) 將SPSR復(fù)制回CPSR中。3) 若在進入異常處理時設(shè)置了中斷禁止位，要在此清除。這些工作必須由用戶在中斷處理函數(shù)中實現(xiàn)。為保證在ARM處理器發(fā)生異常時不至于處于未知狀態(tài)，在應(yīng)用程序的設(shè)計中，首先要進行異常處理。采用的方式是在異常向量表中的特定位置放置一條跳轉(zhuǎn)指令，跳轉(zhuǎn)到異常處理程序。當ARM處理器發(fā)生異常時，程序計數(shù)器PC會被強制設(shè)置為對應(yīng)的異常向量，從而跳轉(zhuǎn)到異常處理程序

4、。當異常處理完成以后，返回到主程序繼續(xù)執(zhí)行。可以認為應(yīng)用程序總是從復(fù)位異常處理程序開始執(zhí)行的，因此復(fù)位異常處理程序不需要返回。2.異常處理程序設(shè)計2.1 異常響應(yīng)流程由于向量表的限制，只能有一條指令B完成32MB范圍內(nèi)的跳轉(zhuǎn)，并不能保證所有的異常處理函數(shù)都位于32MB范圍內(nèi)。為了擴展跳轉(zhuǎn)范圍，需要二次跳轉(zhuǎn)才能把異常處理函數(shù)的地址傳送給PC。異常處理調(diào)用關(guān)系如圖1所示。三星公司網(wǎng)站提供了test2410_r11軟件包，其中2410init.s有如下代碼：HandlerXXXsub sp,sp,#4 ;減少sp，保存跳轉(zhuǎn)地址stmfd sp!,r0 ;將工作寄存器壓入堆棧ldr r0,=Handl

5、eXXX ;將HandleXXX地址放入r0ldr r0,r0 ;將中斷程序入口地址放入r0str r0,sp,#4 ;將中斷程序入口地址壓入堆棧ldmfd sp!,r0,pc ;將工作寄存器和中斷程序入口地址彈出到r0和PC圖1異常處理調(diào)用并且在RAM中定義了存有中斷程序入口地址表_ISR_STARTADDRESS：AREA RamData, DATA, READWRITE _ISR_STARTADDRESSHandleReset # 4HandleUndef # 4HandleSWI # 4HandlePabort # 4HandleDabort # 4HandleReserved # 4

6、HandleIRQ # 4HandleFIQ # 4通常HandlerXXX位于程序入口地址32MB范圍內(nèi)，HandleXXX是以_ISR_STARTADDRESS為基地址的RAM中地址。該代碼主要實現(xiàn)跳轉(zhuǎn)功能，把異常處理程序地址HandleXXX送到PC中。例如產(chǎn)生IRQ中斷時，PC會被強制設(shè)置為0x18，執(zhí)行指令：b HandlerIRQ在HandlerIRQ程序段內(nèi)，處理器做一些必要的處理，就會將_ISR_STARTADDRESS表中存放的IRQ入口地址送入PC，然后開始執(zhí)行相關(guān)中斷程序。由于_ISR_STARTADDRESS表存放在RAM中，后面的C語言程序可以方便地更改相關(guān)中斷服務(wù)程

7、序的內(nèi)容。2.2 異常分支 系統(tǒng)可能存在多個IRQ/FIQ的中斷處理程序。為了從向量表入口處的跳轉(zhuǎn)最終能找到正確的中斷處理程序，需要設(shè)計一套處理機制和方法來實現(xiàn)。可以在ARM的異常向量表之外，增加一張關(guān)聯(lián)中斷控制器的向量表，向量表中的內(nèi)容對應(yīng)每個具體的中斷源，可以協(xié)助跳轉(zhuǎn)到不同的中斷處理程序。當響應(yīng)外設(shè)的一個中斷請求時，首先觸發(fā)ARM核的中斷，進人中斷程序，再通過中斷控制器識別中斷源，使PC能夠自動獲得中斷處理程序的地址。有的芯片支持特殊的硬件分支功能，依據(jù)中斷源自動跳轉(zhuǎn)到向量表的相應(yīng)地址，多數(shù)情況下是用軟件來處理異常分支。在S3C2410體系中，中斷的調(diào)用可以看成是經(jīng)歷了2次“中斷向量表”的

8、查詢。2410init.s中的以下代碼完成功能就是查詢中斷偏移寄存器INTOFFSET，得到當前中斷的中斷號，并根據(jù)中斷號再調(diào)用相關(guān)的中斷服務(wù)程序。IsrIRQ sub sp,sp,#4 stmfd sp!,r8-r9 ldr r9,=INTOFFSET ldr r9,r9 ldr r8,=HandleEINT0 add r8,r8,r9,lsl #2 ldr r8,r8 str r8,sp,#8 ldmfd sp!,r8-r9,pc為了方便C程序使用中斷，將IsrIRQ設(shè)為IRQ的中斷服務(wù)程序。 ldr r0,=HandleIRQ ldr r1,=IsrIRQ str r1,r0其中Hand

9、leEINT0是用戶自己開辟的一塊存儲空間的起始地址，后面按次序存放中斷異常處理程序的地址，也可以理解為二級中斷向量表。IsrIRQ從中斷控制器處獲取中斷源信息，然后再從二級中斷向量表中的對應(yīng)地址單元得到異常中斷處理程序的入口地址，完成異常響應(yīng)的跳轉(zhuǎn)。二級中斷向量表一般位于HandleFIQ的后面，也就是以_ISR_STARTADDRESS0x20為起始地址，這里定義了S3C2410處理器所有中斷源的相關(guān)中斷處理處理程序入口。這種方法的好處是用戶程序在運行過程中能夠動態(tài)改變異常向量。2.3 中斷函數(shù)設(shè)計為了方便高級語言設(shè)計中斷處理函數(shù)，標準的ARM指令編譯器提供了一個用來聲明中斷處理函數(shù)的關(guān)鍵

10、字-irq，使用此關(guān)鍵字聲明的函數(shù)可以被編譯器識別為中斷處理函數(shù)。編譯后的代碼在處理異常事件前保存現(xiàn)場信息，處理異常事件后對現(xiàn)場信息進行恢復(fù)。中斷函數(shù)設(shè)計如下：static void _irq Eint3Int(void) ClearPending(BIT_EINT3);Uart_Printf(EINT3 interrupt is occurred.n); num_int=3;設(shè)置標志位定義中斷處理程序入口地址：#define pISR_EINT3 (*(unsigned *)(_ISR_STARTADDRESS+0x2c)在初始化程序，引用代碼pISR_EINT3=(U32)Eint3Int

11、，即可定義地址_ISR_STARTADDRESS+0x2c內(nèi)容是Eint3Int的地址，外部中斷3產(chǎn)生請求時即可調(diào)用中斷處理函數(shù)Eint3Int。3.外中斷初始化程序設(shè)計S3C2410X的中斷控制寄存器能接收來自56個中斷源的請求。內(nèi)部的外圍模塊和外部管腳產(chǎn)生的多個中斷請求通過中斷控制器沖裁后，向ARM920T核發(fā)出FIQ或者IRQ中斷。ARM內(nèi)核只有2個外部中斷輸入信號nIRQ和nFIQ，在具體嵌入式系統(tǒng)中，需要用中斷控制器管理多個外部中斷源，選擇其中一個中斷，通過nIRQ或nFIQ向ARM內(nèi)核發(fā)出中斷請求，如圖2所示。圖2 FIQIRQ中斷處理過程ARM920T內(nèi)核可以識別正常中斷請求和快

12、速中斷請求兩種類型的外部中斷，中斷的行為模式由中斷控制器來設(shè)置。S3C2410X的中斷控制器包括6類寄存器：中斷源狀態(tài)寄存器、中斷模式寄存器、中斷屏蔽寄存器、優(yōu)先級寄存器、中斷狀態(tài)寄存器，以及中斷偏移寄存器。在初始化程序中，需要選擇相應(yīng)管腳的功能，在此定義GPF3為EINT3模式，通過外部中斷控制寄存器EXTINT0設(shè)定EINT3是下降沿觸發(fā)方式，通過設(shè)置中斷源懸掛寄存器SRCPND、中斷懸掛寄存器INTPND和中斷屏蔽寄存器INTMSK開啟EINT3。中斷模式寄存器和中斷優(yōu)先級寄存器采用系統(tǒng)默認方式。具體代碼實現(xiàn)如下：void Eint_Init(void)rGPFCON = (rGPFCO

13、N & 0x3f0c)|(17);rEXTINT0 = (rEXTINT0 & (0x712) | 0x212; pISR_EINT3=(U32)Eint3Int; 圖3 主程序流程圖rSRCPND = BIT_EINT3; rINTPND = BIT_EINT3;rINTMSK=( BIT_EINT3);如果采用EINT4EINT23之間的中斷源，還需要設(shè)置外部中斷懸掛寄存器EINTPEND和外部中斷掩碼寄存器EINTMASK的相關(guān)位。在C語言的Main()程序中調(diào)用Eint_Init()函數(shù)，即可完成中斷處理的初始化操作。操作流程如圖3所示。若外部下降沿信號接到GPF3管腳，就可以調(diào)用Eint3Int中斷處理函數(shù)。5.結(jié)論本文作者創(chuàng)新點在于采用的異常處理程序設(shè)計方式靈活可靠，可以在系統(tǒng)運行期間動態(tài)修改中斷向量表，利用C語言也可實現(xiàn)中斷處理函數(shù)的動態(tài)配置。在所設(shè)計的鍵盤處理程序中采用該方法，取得了很好地效果，該方