劉彥文清華大學(xué)出版社嵌入式系統(tǒng)原理及接口技術(shù)第7章

1、第7章 IO端口及中斷控制器 本章重點(diǎn)本章重點(diǎn): S3C2410A I/O端口概述；I/O端口控制；I/O端 口特殊功能寄存器；I/O端口程序舉例。在I/O端 口特殊功能寄存器中，除了講述GPAGPH對(duì)應(yīng) 的寄存器外，還講述了雜項(xiàng)控制寄存器、與外部 中斷有關(guān)的寄存器等內(nèi)容。 S3C2410A中斷控制器概述；中斷控制器操作、 中斷源及中斷優(yōu)先權(quán)產(chǎn)生模塊；中斷控制器特殊 功能寄存器；中斷程序舉例。 7.1 I/O端口概述 7.1.1 I/O端口概 I/O端口概述 n S3C2410A有117個(gè)多功能輸入/輸出端口引腳，分為 如下8個(gè)端口： 端口A（GPA）：23個(gè)輸出引腳的端口； 端口B（GPB）

2、：11個(gè)輸入/輸出引腳的端口； 端口C（GPC）：16個(gè)輸入/輸出引腳的端口； 端口D（GPD）：16個(gè)輸入/輸出引腳的端口； 端口E（GPE）：16個(gè)輸入/輸出引腳的端口； 端口F（GPF）：8個(gè)輸入/輸出引腳的端口； 端口G（GPG）：16個(gè)輸入/輸出引腳的端口； 端口H（GPH）：11個(gè)輸入/輸出引腳的端口。 n初始引腳狀態(tài)在7.3.1節(jié)各引腳配置寄存器中，以信號(hào) 名帶有下劃線來(lái)表示。 其他寄存器概述 n在7.3.2節(jié)，講述了特殊功能寄存器中的另外一些寄存 器，這些寄存器控制某些時(shí)鐘信號(hào)、外部中斷請(qǐng)求信 號(hào)的方式、外部中斷屏蔽與否等等。包括：雜項(xiàng)控制 寄存器MISCCR、DCLK控制寄存

3、器DCLKCON、外部中 斷控制寄存器EXTINT0EXTINT2、外部中斷濾波寄存 器EINTFLT2和EINTFLT3、外部中斷屏蔽寄存器 EINTMASK、外部中斷登記寄存器EINTPEND和通用狀 態(tài)寄存器GSTATUS0GSTATUS4。每個(gè)寄存器的具體 含義見(jiàn)7.3.2節(jié)。 7.1.2 與I/O端口及其他寄存器相關(guān)的S3C2410A引 腳信號(hào) 與I/O端口相關(guān)的S3C2410A引腳信號(hào) n端口A端口H的數(shù)據(jù)寄存器GPADATGPHDAT， 與S3C2410A的117個(gè)引腳相關(guān)，每個(gè)引腳可以 設(shè)置的具體功能及對(duì)應(yīng)的引腳信號(hào)見(jiàn)7.3.1節(jié)。 與其他寄存器相關(guān)的S3C2410A引腳信號(hào)

4、雜項(xiàng)控制寄存器MISCCR 在雜項(xiàng)控制寄存器MISCCR中，對(duì)下述引腳規(guī)定 了它們的信號(hào)方式： SCKE、SCLK1和SCLK0引腳信號(hào)，S3C2410A輸 出，在Power_OFF模式用于保護(hù)SDRAM。在寄 存器MISCCR中規(guī)定了它們輸出信號(hào)的方式，見(jiàn) 表7-24，參考表5-4。 nRSTOUT為外部設(shè)備Reset引腳信號(hào)， S3C2410A輸出，由nRESET rGPBCON = 0 x155559; rGPBUP = 0 x7ff; rGPCCON = 0 xaaaa55aa; rGPCUP = 0 xffff; rGPDCON = 0 xaaaaaaaa; rGPDUP = 0 x

5、ffff; rGPECON = 0 xaaaaaaaa; rGPEUP = 0 xffff; rGPFCON = 0 x55aa; rGPFUP = 0 xff; rGPGCON = 0 xff4affb9; rGPGUP = 0 xffff; rGPGDAT = rGPGDAT rGPHCON = 0 x2afaaa; rGPHUP = 0 x7ff; 【例7.1】以下舉例程序中，端口E、端口F作為普 通I/O端口使用，其中端口E的GPE3引腳輸出控 制一個(gè)LED指示燈、GPE4引腳輸出控制一個(gè)蜂 鳴器，如圖7.2所示；端口F用作并行數(shù)據(jù)輸入， 若端口F對(duì)應(yīng)的引腳上有一位是低電平時(shí)，則蜂 鳴

6、器發(fā)聲，LED燈亮。 (見(jiàn)參考書(shū)P243） 7.5 中斷控制器概述 n S3C2410A片內(nèi)的中斷控制器，接收來(lái)自56個(gè) 中斷源的中斷請(qǐng)求。這些中斷源由S3C2410A外 部中斷請(qǐng)求引腳和片內(nèi)外設(shè)提供。片內(nèi)外設(shè)包 括DMA控制器、UART、IIC等。在這些中斷源 中，UARTn的INT_ERRn、INT_RXDn和 INT_TXDn經(jīng)過(guò)邏輯或以后送到中斷控制器，作 為INT_UARTn。EINT4EINT7、 EINT8EINT23經(jīng)過(guò)邏輯或以后送到中斷控制器， 作為EINT4_7、EINT8_23。 n當(dāng)從片內(nèi)外設(shè)和外部中斷請(qǐng)求引腳接收到多個(gè) 中斷請(qǐng)求時(shí)，中斷控制器經(jīng)過(guò)仲裁處理后，向 ARM

7、920T內(nèi)核請(qǐng)求FIQ或IRQ中斷。 n仲裁處理取決于硬件優(yōu)先權(quán)邏輯，并且仲裁結(jié) 果寫(xiě)入中斷登記寄存器INTPND（interrupt pending register）。用這種方法可以幫助用戶(hù)， 告知在多個(gè)中斷請(qǐng)求源中，哪一個(gè)經(jīng)過(guò)仲裁并 送到ARM920T內(nèi)核。 圖7.3是中斷處理示意圖。 n有了中斷請(qǐng)求，請(qǐng)求源的保存可以分為兩種。一種是 帶子請(qǐng)求寄存器的，如UARTn的INT_ERRn、 INT_RXDn和INT_TXDn，有了中斷請(qǐng)求，請(qǐng)求源要保 存在子源登記寄存器SUBSRCPND中；另一種是不帶子 請(qǐng)求寄存器的，如INT_DMA3，有了中斷請(qǐng)求，請(qǐng)求 源要保存在源登記寄存器SRCPN

8、D中。對(duì)于帶子請(qǐng)求寄 存器的，還要檢查中斷子屏蔽寄存器INTSUBMSK是否 對(duì)某一個(gè)子請(qǐng)求源進(jìn)行了屏蔽，只有不屏蔽，才能在 源登記寄存器SRCPND中對(duì)應(yīng)位置1。之后，一個(gè)或多 個(gè)中斷請(qǐng)求要判斷是否被屏蔽；是IRQ模式還是FIQ模 式；如果是IRQ模式還要判斷多個(gè)中斷請(qǐng)求的優(yōu)先權(quán)； 最后以IRQ或FIQ請(qǐng)求送ARM920T內(nèi)核。 n外部中斷EINT4EINT7、EINT8EINT23的請(qǐng) 求，要在外部中斷登記寄存器EINTPEND中保存， 檢查外部中斷屏蔽寄存器EINTMASK是否屏蔽， 如果不屏蔽，才能送到源登記寄存器SRCPND的 對(duì)應(yīng)位EINT4_7、EINT8_23。 n中斷控制器用

9、到的S3C2410A引腳信號(hào)有 EINT0EINT23和nBATT_FLT。 7.6 中斷控制器操作、 中斷源及中斷優(yōu)先權(quán) 7.6.1 中斷控制器操作 程序狀態(tài)寄存器（PSR）中的F位和I位 如果ARM920T CPU中的PSR的F位被設(shè)置為1， CPU不接受來(lái)自中斷控制器的快速中斷請(qǐng)求 （Fast Interrupt Request，F(xiàn)IQ）。同樣，如果 I位被設(shè)置為1，CPU不接受來(lái)自中斷控制器的中 斷請(qǐng)求（Interrupt Request，IRQ）。因此，通 過(guò)清除PSR的F位或I位為0，同時(shí)設(shè)置中斷屏蔽 寄存器INTMSK的對(duì)應(yīng)位為0，送到中斷控制器 的中斷請(qǐng)求才能被處理。 中斷模式

10、 ARM920T有2種類(lèi)型的中斷模式：FIQ或IRQ， 所有的中斷源在中斷請(qǐng)求時(shí)，要確定該中斷源 被設(shè)置成哪一種模式。中斷模式寄存器 INTMOD中的每1位，指示一個(gè)中斷源被設(shè)置成 了哪一種模式。所有中斷源中，只有1個(gè)可以設(shè) 置成FIQ模式。 中斷登記寄存器 nS3C2410A中有兩個(gè)中斷登記寄存器，一個(gè)是源登記寄 存器SRCPND，另一個(gè)是中斷登記寄存器INTPND。這 兩個(gè)登記寄存器指示一個(gè)中斷請(qǐng)求是或否被登記（記 錄）。當(dāng)多個(gè)中斷源同時(shí)請(qǐng)求中斷服務(wù)時(shí)，寄存器 SRCPND多個(gè)對(duì)應(yīng)位被設(shè)置成1。與此同時(shí)，經(jīng)過(guò)仲裁 處理后，寄存器INTPND中僅僅1位被自動(dòng)地設(shè)置為1。 如果多個(gè)中斷被屏蔽，

11、這些中斷源同時(shí)請(qǐng)求中斷服務(wù) 時(shí)，寄存器SRCPND中的對(duì)應(yīng)位仍被設(shè)置為1，但是不 引起寄存器INTPND值的改變。當(dāng)寄存器INTPND中的1 位被設(shè)置為1時(shí)，如果這1位對(duì)應(yīng)IRQ請(qǐng)求，并且PSR中 的I位為0；或者這1位對(duì)應(yīng)FIQ請(qǐng)求，并且PSR中的F位 為0，就會(huì)進(jìn)入相應(yīng)的中斷服務(wù)程序。 n寄存器SRCPND和INTPND能被讀或?qū)?，中斷?務(wù)程序必須清除相應(yīng)的登記位，方法是通過(guò)寫(xiě)1 到SRCPND的對(duì)應(yīng)位，能夠?qū)⒃撐磺?。然后再 寫(xiě)1到INTPND的對(duì)應(yīng)位，能夠?qū)NTPND的對(duì)應(yīng) 位清0。 n中斷登記寄存器（interrupt pending register）， 也譯作中斷未決寄存器。

12、 中斷屏蔽寄存器 n中斷屏蔽寄存器INTMSK中的某1位被設(shè)置為1， 指示對(duì)應(yīng)的中斷已經(jīng)被屏蔽（禁止）。如果寄 存器INTMSK中的某1位為0，這1位對(duì)應(yīng)的中斷 源產(chǎn)生的中斷請(qǐng)求，通常將被服務(wù)。 n如果寄存器INTMSK中的某1位為1，并且該位對(duì) 應(yīng)的中斷源產(chǎn)生了中斷請(qǐng)求，源登記寄存器 SRCPND中對(duì)應(yīng)的源登記位將被置1。 7.6.2 中斷源 中斷控制器支持56個(gè)中斷源，如表7-38所示。 7.6.3 中斷優(yōu)先權(quán)產(chǎn)生模塊 n用于32個(gè)中斷請(qǐng)求的優(yōu)先權(quán)邏輯由7個(gè)仲裁器 （arbiter）組成，其中6個(gè)為第一級(jí)仲裁器，一 個(gè)為第二級(jí)仲裁器，如圖7.4所示。 n在圖7.4中，每個(gè)仲裁器，根據(jù)優(yōu)先權(quán)

13、寄存器 PRIORITY中的1位仲裁模式控制（ARB_MODE） 和2位選擇控制信號(hào)（ARB_SEL）中的值，以如 下方式，處理連接在仲裁器上的6個(gè)中斷請(qǐng)求， 參見(jiàn)表7-39(P247)。 圖7.4 7.7 中斷控制器特殊功能寄存器 n中斷控制器特殊功能寄存器可以分為兩組，一組 由源登記寄存器、中斷模式寄存器、中斷屏蔽寄 存器、優(yōu)先權(quán)寄存器和中斷登記寄存器組成。另 一組由中斷偏移寄存器、子源登記寄存器和中斷 子屏蔽寄存器組成。 n來(lái)自中斷源的所有中斷請(qǐng)求，都要在源登記寄存 器中被登記（記錄）。根據(jù)中斷模式寄存器，它 們被分為兩組：快速中斷請(qǐng)求FIQ和中斷請(qǐng)求 IRQ。對(duì)于同時(shí)來(lái)的多個(gè)IRQ請(qǐng)求

14、，仲裁器依優(yōu) 先權(quán)寄存器的設(shè)置進(jìn)行仲裁。 源登記寄存器 n源登記寄存器SRCPND由32位組成，其中每1位 與1個(gè)中斷源相對(duì)應(yīng)。 n源登記寄存器SRCPND地址為0 x4A000000，可 讀寫(xiě)，Reset值為0 x00000000，具體含義見(jiàn)表 7-40。 中斷模式寄存器 n中斷模式寄存器INTMOD由32位組成，它們中 的每一位對(duì)應(yīng)一個(gè)中斷源。中斷模式寄存器 INTMOD地址為0 x4A000004，可讀寫(xiě)，Reset值 為0 x00000000，具體含義見(jiàn)表7-41。 中斷屏蔽寄存器 n中斷屏蔽寄存器INTMSK由32位組成，它們中的 每1位對(duì)應(yīng)1個(gè)中斷源。 n中斷屏蔽寄存器INTMSK

15、地址為0 x4A000008， 可讀寫(xiě)，Reset值為0 xFFFFFFFF，具體含義見(jiàn)表 7-42。 優(yōu)先權(quán)寄存器 n優(yōu)先權(quán)寄存器PRIORITY，地址為0 x4A00000C， 可讀寫(xiě)，Reset值為0 x7F，具體含義見(jiàn)表7-43。 中斷登記寄存器 n中斷登記寄存器INTPND地址為0 x4A000010， 可讀寫(xiě)，Reset值為0 x00000000，具體含義見(jiàn) 表7-44。 中斷偏移寄存器 n中斷偏移寄存器INTOFFSET中的值是偏移值， 表明了IRQ模式的哪一個(gè)中斷請(qǐng)求記錄在 INTPND寄存器中。 n中斷偏移寄存器INTOFFSET地址為0 x4A000014， 只讀，Rese

16、t值為0 x00000000，具體含義見(jiàn)表 7-45。 子源登記寄存器 n子源登記寄存器（sub source pending register） SUBSRCPND中的每1位，指示對(duì)應(yīng)的子中斷源 有無(wú)中斷請(qǐng)求。 n子源登記寄存器SUBSRCPND地址為 0 x4A000018，可讀寫(xiě)，Reset值為0 x00000000， 具體含義見(jiàn)表7-46。 中斷子屏蔽寄存器 n中斷子屏蔽寄存器（interrupt sub mask register）INTSUBMSK 11位中的每1位，對(duì)應(yīng)1 個(gè)子中斷源。 n中斷子屏蔽寄存器INTSUBMSK地址為 0 x4A00001C，可讀寫(xiě)，Reset值為0

17、x7FF，具體 含義見(jiàn)表7-47。 7.8 中斷程序舉例 【例7.2】對(duì)于某公司生產(chǎn)的S3C2410X開(kāi)發(fā)板， 假設(shè)4個(gè)開(kāi)關(guān)分別連接到S3C2410X（S3C2410X 與S3C2410A功能完全相同）芯片的 GPF0/GPF2/GPG3/GPG11 4個(gè)引腳，這4個(gè)引腳 設(shè)置為中斷請(qǐng)求引腳，與中斷請(qǐng)求和中斷處理 相關(guān)的內(nèi)容有： 中斷初始化 中斷初始化函數(shù)中與本例對(duì)應(yīng)的C語(yǔ)言代碼如下： rGPFCON|=20|24; /設(shè)置GPF0、GPF2為EINT0、EINT2功能 rGPGCON|=26|222; /設(shè)置GPG3、GPG11為EINT11、EINT19功能 rINTMOD=0; / 中斷

18、模式寄存器設(shè)置為0，所有中斷均為IRQ類(lèi)型 rEXTINT0|=40|48; / 設(shè)置EINT0、EINT2上升沿觸發(fā) rEXTINT1|=412; / 設(shè)置EINT11上升沿觸發(fā) rEXTINT2|=412; / 設(shè)置EINT19上升沿觸發(fā) rEINTMASK / EINT11、EINT19對(duì)應(yīng)屏蔽位置0，允許服務(wù) rINTMSK / EINT0、EINT2、EINT8_23對(duì)應(yīng)屏蔽位置0，允許服務(wù) / 假定中斷優(yōu)先權(quán)寄存器的值使用已經(jīng)設(shè)定過(guò)的值， / 此處不再設(shè)置 中斷請(qǐng)求 一旦這4個(gè)中斷請(qǐng)求引腳出現(xiàn)一個(gè)或多個(gè)中斷請(qǐng)求，則： 如果EINT0或EINT2有請(qǐng)求，源登記寄存器SRCPND0 或

19、SRCPND2被自動(dòng)置1； 如果EINT11或EINT19有請(qǐng)求，外部中斷登記寄存器 EINTPEND11或EINTPEND19被自動(dòng)置1，并且源登 記寄存器SRCPND5被自動(dòng)置1； 由于這些中斷都沒(méi)有被屏蔽，經(jīng)過(guò)優(yōu)先權(quán)仲裁器，優(yōu)先 權(quán)最高的中斷請(qǐng)求，在中斷登記寄存器INTPND中的對(duì) 應(yīng)位被置1，中斷偏移寄存器INTOFFSET中自動(dòng)被設(shè)置 相應(yīng)的偏移量； 作為IRQ請(qǐng)求送ARM920T內(nèi)核； ARM920T CPU的當(dāng)前程序狀態(tài)寄存器CPSR中如果I位 為0時(shí)，表示允許IRQ中斷，當(dāng)前正在執(zhí)行的指令執(zhí)行 結(jié)束后，CPU響應(yīng)IRQ請(qǐng)求。 中斷響應(yīng) n在中斷響應(yīng)過(guò)程，ARM920T CPU自

20、動(dòng)完成以下操作： 將PC的值，保存到IRQ方式下的連接寄存器LR中，返回 時(shí)用； 將當(dāng)前程序狀態(tài)寄存器CPSR內(nèi)容保存到IRQ方式下的保 留程序狀態(tài)寄存器 SPSR中； 強(qiáng)制設(shè)置程序狀態(tài)寄存器的方式位CPSR4:0為10010， 系統(tǒng)進(jìn)入IRQ方式； 強(qiáng)制設(shè)置程序狀態(tài)寄存器的T狀態(tài)位CPSR5為0，系統(tǒng) 進(jìn)入ARM狀態(tài)； 強(qiáng)制設(shè)置程序狀態(tài)寄存器的IRQ禁止位CPSR7為1，禁 止CPU再次響應(yīng)IRQ請(qǐng)求； 通常（沒(méi)采用高向量地址配置）將IRQ異常入口地址 0 x00000018送程序計(jì)數(shù)器PC。此后程序從0 x00000018 處執(zhí)行，分支到IRQ中斷服務(wù)程序。 n發(fā)生異常后，異常入口地址及這

21、些地址中存放 的指令見(jiàn)表7-48，表中對(duì)應(yīng)IRQ的入口地址 0 x00000018內(nèi)，存放的是分支指令B HandlerIRQ，HandlerIRQ通常是IRQ中斷服務(wù) 程序的入口地址。 n然而，由于表7-48中分支指令B的分支范圍為 32MB，當(dāng)中斷服務(wù)程序在內(nèi)存中保存后，如 果首地址離異常入口地址較遠(yuǎn)，超過(guò)32MB時(shí)， 需要增加一段代碼。這段代碼應(yīng)該與異常入口 地址較近，并且能夠分支到異常（中斷）服務(wù) 程序。例如對(duì)于中斷請(qǐng)求IRQ，有以下代碼： HandlerIRQ ;標(biāo)號(hào)，程序入口， ;由0 x00000018中B HandlerIRQ ;指令分支到此處 SUB SP,SP,#4 ;修改

22、棧指針，在棧頂留出4 ;字節(jié)空間，后續(xù)指令 ;STR R0,SP,#4將R0內(nèi)容填入 STMFD SP!,R0 ;保存工作寄存器R0內(nèi)容 LDR R0,=HandleIRQ ;取出保存HandleIRQ異常向量的表地址 LDR R0,R0 ;表地址的內(nèi)容，即HandleIRQ地址，送R0 STR R0,SP,#4 ;R0的值，即HandleIRQ地址，存堆棧 LDMFD SP!,R0,PC ;恢復(fù)工作寄存器R0內(nèi)容；出棧 ;HandleIRQ地址到PC，實(shí)現(xiàn)分支 n上述代碼中的HandleIRQ是IRQ中斷服務(wù)程序的 入口地址，各異常（中斷）服務(wù)程序的入口地 址在異常向量表中已經(jīng)定義。 ;異常

23、向量表 HandleReset # 4 ;Reset異常服務(wù)程序入口地址，占4字節(jié) HandleUndef # 4 HandleSWI # 4 HandlePabort # 4 HandleDabort # 4 HandleReserved # 4 HandleIRQ # 4 ;IRQ中斷服務(wù)程序入口地址，占4字節(jié) HandleFIQ # 4 中斷向量表 n進(jìn)入IRQ中斷服務(wù)程序后，要區(qū)分是哪個(gè)中斷源 提出了請(qǐng)求，并且應(yīng)該轉(zhuǎn)到對(duì)應(yīng)的服務(wù)程序。 n中斷登記寄存器INTPND的32位對(duì)應(yīng)的32個(gè)中斷 源，有32段服務(wù)程序與之相對(duì)應(yīng)。用32段服務(wù) 程序中每段程序的起始地址，可以建立一個(gè)表， 稱(chēng)為中斷向量表。中斷向量表如下： ;中