第5章中斷機制4學時

1、第五章第五章 中斷機制中斷機制w 本章學習目標與要求w 1. 掌握中斷方式的原理，重點掌握中斷優(yōu)先級編碼電路的工作原理；w 2. 理解S3C2410 的中斷系統(tǒng)體系（記住常用的I/O部件的中斷源名稱、優(yōu)先級別）；w 3.掌握中斷控制寄存器的功能、32位地址、讀寫方式、重點是5個寄存器的工作過程；w 4.根據(jù)實例能夠看懂并修改相關(guān)的中斷程序，能夠分析啟動代碼中關(guān)于開關(guān)中斷的編程代碼。概述概述w嵌入式系統(tǒng)的硬件平臺是由微處理器（或微控制器）、存儲器、I/O端口及設(shè)備組成。I/O接口部件是嵌入式系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分。w控制I/O接口部件的方式主要有：程序查詢、中斷控制、DMA方式 等。w中斷技術(shù)主要是

2、用于I/O接口部件與微處理器之間進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)目刂疲鼌f(xié)調(diào)了數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾p方的步調(diào)。中斷方式是中斷方式是I/OI/O端口或部件完成一個端口或部件完成一個I/OI/O操作后，產(chǎn)生一操作后，產(chǎn)生一個信號（中斷信號）給微處理器，微處理器響應(yīng)這個中個信號（中斷信號）給微處理器，微處理器響應(yīng)這個中斷后，停止其當前的程序操作，而轉(zhuǎn)向?qū)嗪?，停止其當前的程序操作，而轉(zhuǎn)向?qū)/OI/O的操作的操作（中斷程序執(zhí)行）：程序計數(shù)器（中斷程序執(zhí)行）：程序計數(shù)器PCPC的值指向的值指向I/OI/O操作要操作要完成的任務(wù)（中斷服務(wù)程序例程、設(shè)備驅(qū)動程序），執(zhí)完成的任務(wù)（中斷服務(wù)程序例程、設(shè)備驅(qū)動程序），執(zhí)行完成后，返回被中

3、斷的地方繼續(xù)執(zhí)行程序。行完成后，返回被中斷的地方繼續(xù)執(zhí)行程序。5.1 5.1 中斷控制方式原理中斷控制方式原理w 嵌入式系統(tǒng)中，微處理器控制I/O端口或部件的數(shù)據(jù)傳送方式有2種：程序查詢方式和中斷方式。 w 程序查詢方式是由微處理器周期性地執(zhí)行一段查詢程序來讀取I/O端口或部件中狀態(tài)寄存器的內(nèi)容，并判斷其狀態(tài)，從而使微處理器與I/O端口或部件在進行數(shù)據(jù)、命令傳送時保持同步。 程序查詢方式的特點w 程序查詢方式下，微處理器的效率是非常低的，因為微處理器要花費大量的時間測試I/O端口或部件的狀態(tài)。并且，I/O端口或部件的數(shù)據(jù)也不能得到實時地處理。 中斷方式特點w 中斷方式是I/O端口或部件在完成了

4、一個I/O操作后，產(chǎn)生一個信號給微處理器，這個信號叫做“中斷請求”，微處理器響應(yīng)這個請求信號，停止其當前的程序操作，而轉(zhuǎn)向?qū)υ揑/O端口或部件進行新的讀/寫操作。w 特點： w 1，實時性能好w 2，調(diào)試復(fù)雜中斷方式控制的I/O操作步驟初始化微處理器中用于中斷方式的寄存器，開放中斷。I/O端口或部件完成數(shù)據(jù)操作后并產(chǎn)生中斷請求信號。當中斷請求信號有效時，微處理器可能處在不可中斷狀態(tài)。等到微處理器允許中斷時，微處理器就保存當前狀態(tài)，停止它現(xiàn)行的操作并開始進行中斷源的識別。在識別出優(yōu)先級最高的中斷源后，微處理器轉(zhuǎn)到對應(yīng)的中斷服務(wù)例程入口，并應(yīng)答中斷，I/O端口或部件收到應(yīng)答信號后，撤消其中斷請求。

5、 微處理器讀入或?qū)懗鰯?shù)據(jù)，當中斷服務(wù)例程結(jié)束后，回到原來的被中斷程序處繼續(xù)執(zhí)行。 中斷源及其識別方法 w 嵌入式系統(tǒng)中，需要采用中斷控制方式的I/O端口或部件有許多，如S3C2410芯片中就有56個中斷源。而通常微處理器能夠提供的中斷請求信號線是有限的，如ARM920T核提供給外部的中斷請求信號線僅有IRQ和FIQ兩根。因此，當有中斷產(chǎn)生時，微處理器就必須通過一定的方式識別出是哪個中斷源發(fā)來的請求信號，以便轉(zhuǎn)向其對應(yīng)的中斷服務(wù)程序例程，這就是中斷源的識別。 向量識別中斷 w 向量識別中斷就是微處理器響應(yīng)中斷后，要求中斷源提供一個地址信息，該地址信息稱為中斷向量（或叫中斷矢量），微處理器根據(jù)中斷

6、向量（矢量）轉(zhuǎn)移到中斷復(fù)位程序處執(zhí)行。所以，中斷向量就是中斷服務(wù)程序的入口地址。w 固定中斷向量：硬件電路實現(xiàn)，當中斷源通過終端請求電路向微處理器發(fā)出中斷申請信號，當滿足中斷響應(yīng)條件時，微處理器在執(zhí)行完當前指令后發(fā)出中斷響應(yīng)信號，執(zhí)行程序。w 可變中斷向量中斷優(yōu)先級仲裁 w 若嵌入式系統(tǒng)中由多個中斷源，則這些中斷源必須要進行中斷優(yōu)先級的排列。所謂優(yōu)先級，指的以下兩層含義：w 若有2個及2個以上的中斷源同時提出中斷請求，微處理器先響應(yīng)哪個中斷源，后響應(yīng)哪個中斷源。w 若1個中斷源提出中斷請求，并得到響應(yīng)后，又有1個中斷源提出中斷請求，后來的中斷源能否中斷前一個中斷源的中斷服務(wù)程序。 菊花鏈中斷優(yōu)

7、先級電路：一個中斷源：2個中斷源：中斷優(yōu)先級編碼電路：INTR INTA5.2 S3C24105.2 S3C2410的中斷系統(tǒng)的中斷系統(tǒng)w 實際上，S3C2410的中斷系統(tǒng)分成兩級，一級是控制內(nèi)部外圍I/O端口或部件、或者芯片外部中斷引腳（EINTn）的中斷控制；另一級是ARM920T核的異常中斷控制，采用了固定向量中斷方式。w S3C2410芯片中的中斷控制器可以支持56個中斷源提出的中斷請求，如表6-1所示。w （表6-1見附錄） （續(xù)） 這些中斷源由芯片內(nèi)部的I/O端口或部件如DMA控制器、UART、IIC、RTC等，以及外部中斷引腳提供。 在這些中斷源中，有些中斷，如串行接口UARTn

8、中斷和外部中斷EINTn中斷對于中斷控制器來說都是共用的。 當S3C2410芯片的內(nèi)部外圍I/O端口或部件提出中斷請求、或者芯片外部中斷引腳（EINTn）收到中斷請求時，中斷控制器經(jīng)過仲裁之后再請求ARM9核的FIQ或IRQ中斷。 S3C2410的中斷系統(tǒng)邏輯圖（續(xù)）w S3C2410芯片中斷控制器支持的56個中斷源，由于其中有些中斷共用中斷請求信號線，因此，實際中斷請求信號有32個。這32個中斷請求的優(yōu)先級仲裁判決機制采用了中斷優(yōu)先級編碼判斷電路原理。其裁決邏輯由7個基本裁決器組成，其中6個一級裁決器和1個二級裁決器。w S3C2410芯片的32個中斷請求信號，在系統(tǒng)復(fù)位初始狀態(tài)下，按照前圖

9、中由上到下的順序，中斷優(yōu)先級由高到低排列，即EINT0中斷優(yōu)先級最高，INT_ADC中斷優(yōu)先級最低。 中斷控制寄存器w 用S3C2410的中斷方式來控制I/O端口或部件操作時，除了要對I/O端口或部件的相應(yīng)寄存器進行初始化設(shè)置外，還需對中斷控制器的5個控制寄存器進行初始化設(shè)置。這5個寄存器是：源未決寄存器、中斷模式寄存器、屏蔽寄存器、優(yōu)先級寄存器、中斷未決寄存器。 源未決寄存器w 源未決寄存器（SRCPND）由32位構(gòu)成，每一位與一個中斷請求信號相關(guān)聯(lián)。當某個中斷源請求中斷服務(wù)時，SRCPND寄存器的相應(yīng)位被置為1，即首先在源未決寄存器中登記。因此，該寄存器記錄了哪個中斷源的請求在等待處理。注

10、意：SRCPND寄存器的每一位由中斷源自動設(shè)置，而不管中斷屏蔽寄存器（INTMASK）中對應(yīng)的位是否被屏蔽。此外，SRCPND寄存器也不受中斷控制器的優(yōu)先級邏輯影響。w 源未決寄存器的每一位定義見附錄中表6-2中斷模式寄存器中斷模式寄存器w S3C2410的中斷模式有2種：FIQ模式和IRQ模式。32位的INTMOD寄存器中每一位都與一個中斷源相關(guān)聯(lián)，確定對應(yīng)的中斷源中斷請求采用哪種模式。如果某位被設(shè)置成1，則相應(yīng)的中斷按FIQ模式處理。若設(shè)置成0，則按IRQ模式處理，該模式又稱為普通中斷模式。（見附錄中表6-3）w 注意：在S3C2410中，只能有一個中斷源在FIQ模式下處理，既INTMOD

11、寄存器中只有一位可以設(shè)置為1。因此，設(shè)計者應(yīng)該將最緊迫的中斷源設(shè)置為FIQ模式使用。 中斷屏蔽寄存器w 中斷屏蔽寄存器（INTMSK）也是由32位組成，每一位與一個中斷源相對應(yīng)。若某位設(shè)置為1，則中斷控制器不會處理該位所對應(yīng)的中斷源提出的中斷請求。否則，如果設(shè)置為0，則對應(yīng)的中斷源提出的中斷請求可以被處理。即使某屏蔽位設(shè)置為1，其對應(yīng)的中斷源產(chǎn)生中斷請求時，相應(yīng)的源未決位將設(shè)置成1。w 見附錄表6-4。 優(yōu)先級判別器w 優(yōu)先級判別寄存器（PRIORITY）是IRQ中斷模式下的中斷優(yōu)先級控制寄存器，每個中斷源在寄存器中有3位對應(yīng)，分別代表ARB_SEL的2位和ARB_MODE的1位。其地址是0

12、x4a00000c，復(fù)位初始狀態(tài)為0 x0000007f。該寄存器每位的含義如表6-5所示。 中斷未決寄存器中斷未決寄存器w INTPND寄存器是32位寄存器，寄存器中的每一位對應(yīng)一個中斷源。只有未被屏蔽且具有最高優(yōu)先級、在源未決寄存器中等待處理的中斷請求可以把其對應(yīng)的中斷未決位置1。因此，INTPND寄存器中只有一位可以設(shè)置為1，同時，中斷控制器產(chǎn)生IRQ信號給ARM920T核。在IRQ的中斷服務(wù)例程里，設(shè)計者可以讀取該寄存器，從而獲知哪個中斷源被處理。w 當INTPND寄存器的一個未決位被設(shè)置為1，只要ARM920T核內(nèi)部的狀態(tài)寄存器PSR中的I標志和F標志被清零，對應(yīng)的中斷服務(wù)例程就可以

13、開始執(zhí)行。INTPND寄存器是可讀寫的，在中斷服務(wù)例程里面必須清除中斷未決位。 （續(xù)）在編程操作INTPND寄存器時，應(yīng)注意以下兩點：如果發(fā)生了FIQ模式的中斷，那么INTPND寄存器中相應(yīng)的位將不會置1，因為INTPND寄存器只對IRQ模式下的中斷有效。 清除INTPND寄存器的中斷未決位時要謹慎。因為，INTPND寄存器是通過寫數(shù)據(jù)位1而對未決位清零的。如果INTPND寄存器為1的位試圖通 過 寫 數(shù) 據(jù) 位 0 來 清 除 ， 那 么 I N T P N D 和INTOFFSET寄存器在某些情況下可能會具有不可預(yù)料的值。因此，切記不要往INTPND寄存器中為1的位寫數(shù)據(jù)位0。清除INTP

14、ND寄存器的未決位最簡捷的方法就是將INTPND寄存器的值寫回到INTPND寄存器里。 S3C2410S3C2410中斷控制的機制中斷控制的機制w 以上5個寄存器是S3C2410中斷控制器中主要的寄存器，在每個中斷源的處理時，設(shè)計者均需根據(jù)要求，通過編程進行初始化設(shè)定，既確定寄存器中每一位設(shè)為0還是設(shè)為1。中斷未決寄存器優(yōu)先級判別器源未決寄存器屏蔽寄存器5.3 5.3 中斷編程實例w 在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計時，為了提高I/O端口或部件處理的實時性，往往采用中斷控制方式。S3C2410芯片中使用了ARM920T核，因此，在完成I/O端口或部件的中斷服務(wù)程序設(shè)計時，除了要了解各中斷控制寄存器的格式外，還

15、必須了解ARM920T核的IRQ異常中斷模式和FIQ異常中斷模式的處理過程。因為，S3C2410芯片的56個中斷源均是按照IRQ中斷模式或FIQ中斷模式處理的。 ARM9中斷響應(yīng)的過程w ARM9微處理器響應(yīng)IRQ異常中斷時，需要完成保護現(xiàn)場及進入IRQ異常模式等操作。所有這些操作描述如下。w 鏈接寄存器R14_irq保存有：被執(zhí)行指令地址4；w 狀態(tài)寄存器SPSR_irq保存有：CPSR寄存器的內(nèi)容w /* 系統(tǒng)進入IRQ中斷模式 */w 狀態(tài)寄存器CPSR的位4:0被賦予：0b10010w /* 系統(tǒng)切換到ARM狀態(tài) */w 寄存器CPSR的位5清0，但位6不變（續(xù)）w /* 設(shè)置IRQ中

16、斷禁止位 */w 寄存器CPSR的位7置1w 如果采用高向量地址配置，那么w PC寄存器被賦予0 xffff0018w 否則w PC寄存器被賦予0 x00000018w 因為，ARM920T核會把當前PC的值保存到R14_irq中，該值在ARM狀態(tài)下，對應(yīng)當前指令后的第2條指令的地址。IRQ中斷返回時，就需要通過下面指令來實現(xiàn)回到斷點下第1條指令處執(zhí)行：w SUBSPC, LR, 4w 同時將SPSR_irq內(nèi)容復(fù)制到當前CPSR中。 中斷編程模式w S3C2410芯片的I/O端口或部件若采用中斷方式控制操作時，其編程的內(nèi)容實際上涉及四部分，既：w 建 立 系 統(tǒng) 中 斷 向 量 表 ， 并 且 設(shè) 置ARM920T核的程序狀態(tài)寄存器CPSR中的F位和I位。一般情況下中斷均需使用數(shù)據(jù)棧，因此，還需建立用戶數(shù)據(jù)棧。這一部分內(nèi)容對應(yīng)的程序指令，通常編寫在系統(tǒng)引導(dǎo)程序中，如3.4節(jié)中的實例。（續(xù)）（續(xù)） 設(shè)置S3C2410芯片中56個中斷源的中斷向量。通常需要利用未決寄存器或地址偏移寄存器來計算，若中斷號還對應(yīng)有子中斷（如中斷號為5時，對應(yīng)EINT8_23），需求出子中斷的地址偏移。 中斷控制初始化。主要是初始化S3C2410芯片內(nèi)部的中斷控制的寄存器。針對某個具體的中斷源，設(shè)置其中斷控制模式、中斷是否屏蔽、中斷優(yōu)先級等。（續(xù)）w 完成I/O端口或部件具體操作功能的中斷服務(wù)