《STM8S系列單片機(jī)原理與應(yīng)用》課件第6章

第6章STM8中斷控制系統(tǒng)

6.1CPU與外設(shè)通信方式概述

6.2STM8S中斷系統(tǒng)6.1CPU與外設(shè)通信方式概述6.1.1查詢方式查詢方式包括查詢輸入方式和查詢輸出方式。所謂查詢輸入方式，是指CPU讀外設(shè)數(shù)據(jù)前，先查詢外設(shè)是否處于準(zhǔn)備就緒狀態(tài)，即外設(shè)是否已將數(shù)據(jù)輸出到CPU的數(shù)據(jù)總線上。查詢輸出方式是指CPU向外設(shè)輸出數(shù)據(jù)前，先查詢外設(shè)是否處于空閑狀態(tài)，即外設(shè)是否可以接收CPU輸出的數(shù)據(jù)。下面以CPU向外設(shè)輸出數(shù)據(jù)為例，簡要介紹查詢傳輸方式的工作過程。當(dāng)CPU需要向外設(shè)輸出數(shù)據(jù)時(shí)，先將控制命令(如外設(shè)的啟動命令)寫入外設(shè)的控制端口，然后不斷讀取外設(shè)的狀態(tài)口，當(dāng)發(fā)現(xiàn)外設(shè)處于空閑狀態(tài)后，就將數(shù)據(jù)寫入外設(shè)的數(shù)據(jù)口，完成數(shù)據(jù)的輸出過程。可見，查詢方式硬件開銷少、傳輸驅(qū)動程序簡單，但缺點(diǎn)是CPU占用率高，原因是在外設(shè)未準(zhǔn)備就緒或處于非空閑狀態(tài)前，CPU一直處于查詢狀態(tài)，不能執(zhí)行其他操作。任何時(shí)候CPU只能與一個(gè)外設(shè)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。6.1.2中斷通信方式采用中斷傳輸方式可以克服查詢傳輸方式存在的缺陷。當(dāng)CPU需要向外設(shè)輸出數(shù)據(jù)時(shí)，將啟動命令寫入外設(shè)控制口后，就繼續(xù)執(zhí)行隨后的指令序列，而不是被動等待。當(dāng)外設(shè)處于空閑狀態(tài)，可以接收數(shù)據(jù)時(shí)，由外設(shè)向CPU發(fā)出允許數(shù)據(jù)傳送的請求信號—中斷請求信號，如果滿足中斷響應(yīng)條件，CPU將暫停執(zhí)行隨后的指令序列，轉(zhuǎn)去執(zhí)行預(yù)先安排好的數(shù)據(jù)傳送程序—中斷服務(wù)程序，CPU響應(yīng)外設(shè)中斷請求的過程稱為中斷響應(yīng)。在數(shù)據(jù)傳送完成后，CPU再返回?cái)帱c(diǎn)處繼續(xù)執(zhí)行被中斷了的程序，這個(gè)過程稱為中斷返回。可見，在這種方式中，CPU發(fā)出控制命令后，將繼續(xù)執(zhí)行控制命令后的指令序列，而不是通過讀取外設(shè)的狀態(tài)信息來確定外設(shè)是否處于空閑狀態(tài)，這不僅提高了CPU的利用率，而且能同時(shí)與多個(gè)外設(shè)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換—合理安排相應(yīng)中斷的優(yōu)先級以及同優(yōu)先級中斷的查詢順序。因此，中斷傳輸方式是CPU與外設(shè)之間最常見的一種數(shù)據(jù)傳輸方式。

1．中斷源在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，把引起中斷的事件稱為中斷源。在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，常見的中斷源有：

(1)外部中斷，如MCU某些特定引腳電平變化(由高到低或由低到高)引起的中斷。

(2)各類定時(shí)/計(jì)數(shù)器溢出中斷，即定時(shí)時(shí)間到或計(jì)數(shù)器滿中斷。

(3)?EEPROM或FlashROM操作(擦除、寫入)結(jié)束中斷。

(4)?AD轉(zhuǎn)換結(jié)束中斷。

(5)串行發(fā)送結(jié)束中斷。

(6)串行接收有效中斷。

(7)電源掉電中斷。

2．中斷優(yōu)先級當(dāng)多個(gè)外設(shè)以中斷方式與CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)，就可能遇到兩個(gè)或兩個(gè)以上外設(shè)中斷請求同時(shí)有效的情形。在這種情況下，CPU先響應(yīng)哪一外設(shè)的中斷請求呢？這就涉及中斷優(yōu)先級問題。一般來說，為了能夠處理多個(gè)中斷請求，中斷控制系統(tǒng)均提供中斷優(yōu)先級控制。有了中斷優(yōu)先級控制后，在有多個(gè)中斷請求同時(shí)有效時(shí)，可先響應(yīng)高優(yōu)先級的中斷請求，并且高優(yōu)先級中斷請求可中斷低優(yōu)先級中斷的處理進(jìn)程，從而可以實(shí)現(xiàn)中斷嵌套。

3．中斷開關(guān)為避免某一個(gè)處理過程被中斷，中斷控制器給每一個(gè)中斷源都設(shè)置了一個(gè)中斷請求屏蔽位，用于屏蔽(即禁止)相應(yīng)中斷源發(fā)出的的中斷請求。當(dāng)某一個(gè)中斷源的中斷請求處于禁止?fàn)顟B(tài)時(shí)，即使該中斷請求有效，CPU也不響應(yīng)。此外，還設(shè)有一個(gè)總的中斷請求屏蔽位，當(dāng)該位處于禁止?fàn)顟B(tài)時(shí)，CPU忽略所有中斷源的中斷請求，相當(dāng)于中斷源的總開關(guān)。

4．中斷處理過程中斷處理過程涉及中斷查詢和響應(yīng)兩個(gè)方面。下面結(jié)合STM8S中斷控制系統(tǒng)逐一介紹。6.2STM8S中斷系統(tǒng)6.2.1中斷源及其優(yōu)先級

STM8S支持32個(gè)中斷，中斷服務(wù)程序的入口地址稱為中斷向量，放在地址為8000H～807FH之間的存儲區(qū)域，每個(gè)中斷向量占用4個(gè)字節(jié)，共計(jì)4?×?32(即128)字節(jié)，其內(nèi)容為“82H,VTee,VThh,VTll”[1]。其中，82H為中斷操作碼，隨后三個(gè)字節(jié)為中斷服務(wù)程序入口地址。因此，STM8S中斷服務(wù)程序可放在16MB線性地址空間內(nèi)的任意一個(gè)存儲區(qū)中。

[1]

在應(yīng)用程序中，并不是把24位中斷入口物理地址直接填入對應(yīng)的中斷向量表中，而是在中斷向量段內(nèi)用DC.L偽指令“DC.L{82000000H+中斷入口地址標(biāo)號}”的形式，經(jīng)編譯后自動生成對應(yīng)的中斷向量表(詳見第5章內(nèi)容)。

STM8S支持的32個(gè)中斷向量中包含了兩個(gè)不可屏蔽中斷事件(復(fù)位中斷RESET、軟件中斷TRAP)；一個(gè)不可屏蔽的最高優(yōu)先級硬件中斷源TLI；可屏蔽中斷，包括I/O引腳外部中斷EXTI以及內(nèi)嵌的多個(gè)外設(shè)中斷，如定時(shí)/計(jì)數(shù)器溢出中斷、捕獲中斷、發(fā)送結(jié)束中斷、接收有效中斷等，如表6-1所示。表6-1STM8S中斷源及其中斷向量表不可屏蔽中斷事件(復(fù)位中斷RESET、軟件中斷TRAP)、硬件頂級中斷源TLI(由PD_CR2[7]位控制)不受RIM、SIM指令控制，即使中斷未開放，CPU也依然能響應(yīng)這類中斷請求。除不可屏蔽中斷(軟件中斷TRAP、頂級中斷TLI)外，每一個(gè)中斷均具有3個(gè)優(yōu)先級(原因是10級已分配給主程序，剩余的01、00、11三個(gè)優(yōu)先級分配給可屏蔽中斷源)，分別由ITC_SPRx(中斷控制器軟件優(yōu)先級寄存器)定義，每兩位對應(yīng)一個(gè)中斷源，如表6-2所示。該寄存器在復(fù)位后初值為FFH，即所有中斷的優(yōu)先級都處于最高級。STM8內(nèi)核CPU中斷源優(yōu)先級可用圖6-1描述。表6-2軟件優(yōu)先級寄存器圖6-1STM8中斷源優(yōu)先級排列順序在表6-2中：(1)每兩位對應(yīng)一個(gè)中斷源，其含義如表6-3所示。表6-3中斷源優(yōu)先

(2)?ITC_SPR1寄存器中的VECT0SPR[1:0]對應(yīng)頂級中斷TLI，即PD7引腳中斷，其中斷優(yōu)先級被系統(tǒng)強(qiáng)制置為11(最高級)，不可更改，且屬于不可屏蔽中斷，即TLI中斷有效時(shí)，可中斷優(yōu)先級為3的任意一個(gè)可屏蔽中斷源的中斷服務(wù)程序。

(3)不可屏蔽中斷事件RESET、TRAP優(yōu)先級被默認(rèn)為11(最高)，因此沒有軟件優(yōu)先級寄存器位與之對應(yīng)。一旦這兩個(gè)中斷有效，CPU響應(yīng)后CC寄存器內(nèi)的中斷優(yōu)先級標(biāo)志I1、I0位自動置1。正因如此，ITC_SPR1寄存器的b1、b0對應(yīng)TLI，即0號中斷，而不是復(fù)位中斷RESET；同理，TC_SPR1寄存器的b3、b2對應(yīng)AWU，即1號中斷，而不是軟件中斷TRAP；ITC_SPR8寄存器的b3、b2對應(yīng)29號中斷。即ITC_SPR8～I(xiàn)TC_SPR1定義了30個(gè)中斷源(編號為0～29，其中25～29中斷號保留，沒有定義)的優(yōu)先級，而ITC_SPR8寄存器的高4位沒有定義。

(4)優(yōu)先級10最低，分配給主程序使用。因此，不允許將中斷優(yōu)先級設(shè)為10。如果將某一個(gè)中斷優(yōu)先級設(shè)為10，為使對應(yīng)中斷請求得到響應(yīng)，STM8CPU將保留該中斷源先前的優(yōu)先級。換句話說，當(dāng)前中斷優(yōu)先級設(shè)置操作無效。

(5)當(dāng)兩個(gè)或兩個(gè)以上可屏蔽中斷源具有相同的軟件優(yōu)先級時(shí)，硬件查詢順序如表6-1所示，即1號中斷(自動喚醒中斷AWU)優(yōu)先級最高，CLK中斷次之，而24號中斷(FLASH)優(yōu)先級最低。未被響應(yīng)的中斷請求處于等待狀態(tài)。

(6)對于RESET、TRAP、TLI不可屏蔽源來說，復(fù)位中斷RESET級別最高，只要復(fù)位中斷RESET有效，任何時(shí)候CPU均可響應(yīng)。而當(dāng)TRAP(軟件中斷)、TLI(頂級硬件中斷)同時(shí)有效時(shí)，CPU先響應(yīng)TRAP中斷請求，如圖6-2所示。圖6-2STM8CPU中斷處理流程

TLI中斷源級別比可屏蔽中斷源高，換句話說，當(dāng)CPU響應(yīng)了某個(gè)軟件優(yōu)先級為3的可屏蔽中斷時(shí)，依然能響應(yīng)TLI中斷請求；此外在TLI中斷服務(wù)程序中，不允許執(zhí)行軟件中斷指令TRAP。當(dāng)然在TRAP軟件中斷服務(wù)程序中，CPU不可能響應(yīng)TLI中斷請求，這是因?yàn)閮烧邇?yōu)先級相同，不能嵌套。不同優(yōu)先級中斷嵌套如圖6-3所示。從圖6-3中不難看出，IT0、IT3、IT4軟件優(yōu)先級為3(最高)，IT1軟件優(yōu)先級為2(次之)，IT2軟件優(yōu)先級為1(最低)，且規(guī)定同優(yōu)先級硬件查詢順序?yàn)镮T0、IT1、IT2、IT3、IT4。圖6-3中斷嵌套示意圖當(dāng)中斷按圖6-3所示順序有效時(shí)，CPU響應(yīng)過程如下：在執(zhí)行主程序MAIN時(shí)，IT2中斷(優(yōu)先級為1)有效，CPU響應(yīng)IT2中斷請求，執(zhí)行IT2中斷服務(wù)程序；在執(zhí)行IT2中斷服務(wù)程序過程中，IT1中斷(優(yōu)先級為2)有效，CPU響應(yīng)IT1中斷請求，掛起IT2中斷服務(wù)程序(即實(shí)現(xiàn)了中斷嵌套)；在執(zhí)行IT1中斷服務(wù)程序過程中，IT4中斷(優(yōu)先級為3)有效，CPU響應(yīng)IT4中斷請求，掛起IT1中斷服務(wù)程序(再次嵌套)；在執(zhí)行IT4中斷服務(wù)程序過程中，IT3中斷(優(yōu)先級為3)有效，CPU不響應(yīng)IT3中斷請求，原因是IT3與IT4優(yōu)先級相同，不能嵌套；在執(zhí)行IT4中斷服務(wù)程序中遇到TRAP指令，CPU立即響應(yīng)TRAP中斷請求，掛起IT4中斷服務(wù)程序，原因是TRAP屬于不可屏蔽中斷請求，級別更高；在執(zhí)行軟件中斷過程中，盡管IT0有效(優(yōu)先級為3)，但CPU同樣不響應(yīng)，這是因?yàn)樗鼘儆诳善帘沃袛?，級別比TRAP低。在TRAP中斷服務(wù)執(zhí)行結(jié)束后，返回IT4中斷服務(wù)程序繼續(xù)執(zhí)行；從IT4返回后，先執(zhí)行IT0的中斷請求(盡管IT3比IT0先有效，但在執(zhí)行IT4中斷服務(wù)返回指令時(shí)，CPU發(fā)現(xiàn)IT0、IT3同時(shí)有效，同優(yōu)先級中斷硬件查詢順序是IT0在前)；IT0執(zhí)行結(jié)束后，響應(yīng)IT3的中斷請求；在IT3執(zhí)行結(jié)束后，返回IT1中斷服務(wù)程序；在IT1執(zhí)行結(jié)束后，返回IT2中斷服務(wù)程序；在IT2執(zhí)行結(jié)束后，返回主程序MAIN。復(fù)位后，寄存器CC中當(dāng)前中斷優(yōu)先級I1、I0為11(3級，最高)，除軟件中斷TRAP、復(fù)位中斷RESET、TLI(非屏蔽中斷)外，所有中斷功能都被禁止。因此，在主程序中完成了相應(yīng)存儲單元(RAM)與外設(shè)初始化后，要執(zhí)行RIM(復(fù)位中斷)指令，開放中斷功能。6.2.2中斷響應(yīng)條件與處理過程

1.中斷響應(yīng)條件對于可屏蔽中斷來說，當(dāng)某一個(gè)中斷請求出現(xiàn)時(shí)，只有滿足下列條件，CPU才會響應(yīng)。

(1)對應(yīng)中斷必須處于允許狀態(tài)。

(2)該中斷優(yōu)先級(由ITC_SPRx寄存器對應(yīng)位定義)必須高于當(dāng)前正在執(zhí)行的中斷服務(wù)程序的優(yōu)先級(記錄在寄存器CC的I1、I0位)。如果不滿足以上這兩個(gè)條件，中斷請求標(biāo)志將被鎖存，排隊(duì)等待。

2.中斷處理過程在所有中斷源中，除復(fù)位中斷RESET外，CPU響應(yīng)了某一個(gè)中斷請求后，均按如下步驟處理：

(1)當(dāng)前指令執(zhí)行結(jié)束后，掛起當(dāng)前正在執(zhí)行的程序。

(2)把CPU內(nèi)核寄存器中的程序計(jì)數(shù)器PC(3字節(jié))、索引寄存器X(2字節(jié))、索引寄存器Y(2字節(jié))、累加器A、條件碼寄存器CC共計(jì)9個(gè)字節(jié)順序壓入堆棧保存。

(3)把對應(yīng)中斷的軟件優(yōu)先級I1、I0位的內(nèi)容復(fù)制到條件碼寄存器CC的對應(yīng)位，阻止同級以及更低優(yōu)先級中斷請求。

(4)從中斷向量表中取出對應(yīng)中斷源入口地址并裝入PC，執(zhí)行中斷服務(wù)程序的第一條指令。

(5)中斷服務(wù)程序結(jié)束后執(zhí)行IRET指令返回，從堆棧中依次彈出CC、A、Y、X以及斷點(diǎn)處的PC指針，繼續(xù)運(yùn)行被中斷了的源程序。可見在STM8內(nèi)核MCU中，CPU響應(yīng)中斷請求后，自動保護(hù)了斷點(diǎn)(PC指針)與現(xiàn)場(寄存器A、CC、X及Y)。因此，堆棧要足夠深，以避免溢出。6.2.3外中斷源及其初始化

1．外中斷源

STM8S支持6個(gè)外部中斷源，包括PA、PB、PC、PD、PE口中斷和PD7引腳的頂級外部中斷，最多有37個(gè)外中斷輸入端。

(1)?PA口：PA6～PA2引腳，共5個(gè)中斷輸入引腳，相或后作為一個(gè)外中斷源EXTI0。

(2)?PB口：PB7～PB0引腳，共8個(gè)中斷輸入引腳，相或后作為一個(gè)外中斷源EXTI1。

(3)?PC口：PC7～PC0引腳，共8個(gè)中斷輸入引腳，相或后作為一個(gè)外中斷源EXTI2。

(4)?PD口：PD6～PD0引腳，共7個(gè)中斷輸入引腳，相或后作為一個(gè)外中斷源EXTI3。

(5)?PE口：PE7～PE0引腳，共8個(gè)中斷輸入引腳，相或后作為一個(gè)外中斷源EXTI4。

(6)?PD7引腳，即頂級中斷源TLI(一個(gè)不可屏蔽中斷源——通過PD_CR2寄存器的b7位可禁止PD7引腳的中斷輸入功能，只是其優(yōu)先級被硬件固定設(shè)為11，不能更改，此外不允許在TLI中斷服務(wù)程序中使用TRAP軟件中斷指令)。

STM8S外中斷標(biāo)志對程序員不透明，無論采用何種觸發(fā)方式，CPU在響應(yīng)了外中斷請求后都會自動清除外中斷標(biāo)志。

2．外中斷控制及其初始化順序?qū)XTI_CR1、EXTI_CR2進(jìn)行寫操作時(shí)，對TLI來說，必須保證PD7中斷處于禁止?fàn)顟B(tài)(通過設(shè)置I/O引腳控制寄存器實(shí)現(xiàn))；對PA～PE口外中斷來說，必須保證寄存器CC中的I1、I0位為11(保證不響應(yīng)可屏蔽中斷的請求)。因此，最好在復(fù)位后按如下順序初始化外中斷。

(1)初始化GPIO引腳控制寄存器Px_DDR和Px_CR1寄存器，選擇懸空或上拉輸入方式。

(2)初始化外中斷控制寄存器EXTI_CR1、EXTI_CR2寄存器的相應(yīng)位，選擇對應(yīng)外中斷輸入端口的觸發(fā)方式(同一個(gè)I/O口上的外中斷輸入線只能處于同一種觸發(fā)方式，這是因?yàn)镾TM8外中斷控制寄存器EXTI_CR1、EXTI_CR2以I/O口為控制單位，而不是引腳)。

EXTI_CR1的b1b0位控制PA口引腳外中斷觸發(fā)方式，b3b2位控制PB口引腳外中斷觸發(fā)方式，b5b4位控制PC口引腳外中斷觸發(fā)方式，b7b6位控制PD口PD6～PD0引腳外中斷觸發(fā)方式。

EXTI_CR2的b1b0位控制PE口引腳外中斷觸發(fā)方式，b3b2位控制PD7引腳(TL)外中斷觸發(fā)方式，而b7～b4位保留。外中斷觸發(fā)方式控制位的取值含義如下：①?00：下降沿與低電平觸發(fā)(對于低電平觸發(fā)的外中斷，在中斷返回前必須確保引腳恢復(fù)為高電平狀態(tài)，或禁止該引腳中斷，否則會出現(xiàn)“一次請求多次響應(yīng)”現(xiàn)象)。在MCU控制系統(tǒng)中，一般盡量避免將外中斷定義為低電平觸發(fā)方式。對于低電平維持時(shí)間大于其中斷服務(wù)程序執(zhí)行時(shí)間的觸發(fā)信號，最好采用上下沿觸發(fā)方式。在下沿觸發(fā)時(shí)，執(zhí)行低電平期間對應(yīng)的操作；在上沿觸發(fā)時(shí)，取消低電平期間執(zhí)行的操作。這樣就可以將電平觸發(fā)方式轉(zhuǎn)化為邊沿觸發(fā)方式，而無須在中斷服務(wù)程序中查詢并等待低電平觸發(fā)信號消失。②?01：上升沿觸發(fā)。③?10：下降沿觸發(fā)。④?11：上升沿、下降沿均可觸發(fā)(雙沿觸發(fā))。

(3)初始化相應(yīng)外部中斷軟件優(yōu)先級控制寄存器ITC_SPRx，設(shè)置對應(yīng)外中斷的優(yōu)先級(設(shè)為1、0、3級)。

(4)初始化I/O引腳配置寄存器Px_CR2，開放引腳的中斷輸入功能。

(5)執(zhí)行RIM指令，復(fù)位中斷優(yōu)先級，開放CPU的中斷功能。

3．同一個(gè)I/O口不同引腳中斷識別同一個(gè)引腳的多個(gè)外部中斷源共用同一個(gè)中斷入口地址，被視為同一個(gè)中斷源，而STM8SI/O引腳中斷標(biāo)志又不透明，當(dāng)I/O口上只允許一個(gè)引腳具有中斷輸入功能時(shí)，那么只要該中斷源有效，則可以肯定對應(yīng)外中斷輸入引腳出現(xiàn)了中斷請求。當(dāng)同一個(gè)I/O口上多個(gè)引腳中斷輸入同時(shí)有效時(shí)，只能通過讀I/O引腳輸入寄存器(Px_IDR)來判別是哪一個(gè)引腳引發(fā)的中斷。其判別方法是允許相應(yīng)I/O口中斷前，先將I/O引腳輸入寄存器(Px_IDR)的內(nèi)容保存到RAM的某一個(gè)單元中，進(jìn)入中斷服務(wù)程序后將Px_IDR與先前保存的內(nèi)容進(jìn)行異或，就可以判定到底是哪一個(gè)引腳出現(xiàn)了中斷請求。

;中斷服務(wù)程序入口處

LDA,Px_IDR ;讀相應(yīng)I/O口輸入寄存器Px_IDR

XORA,shadow_Px_IDR ;?I/O口輸入寄存器當(dāng)前狀態(tài)與先前保護(hù)的狀態(tài)異或

MOVshadow_Px_IDR,Px_IDR ;保存當(dāng)前I/O引腳的狀態(tài)，以備下次中斷有效時(shí)比較;判別累加器A變化位，從而確定哪一個(gè)引腳出現(xiàn)了中斷請求

BCPA,#80H

JREQNEXT

;不為0，說明b7為1

NEXT:中斷有效到中斷響應(yīng)延遲時(shí)間較長，采用該方法檢測同一個(gè)I/O口不同的引腳中斷輸入是否有效時(shí)，輸入信號的時(shí)間不能太快，否則可能出現(xiàn)漏檢現(xiàn)象。6.2.4中斷服務(wù)程序結(jié)構(gòu)在ST匯編中，必須通過“interrupt”偽指令定義相應(yīng)中斷服務(wù)程序入口地址標(biāo)號，然后在中斷入口地址表中填入對應(yīng)的中斷服務(wù)程序入口地址標(biāo)號。例如，PortA外部中斷EXTI0的中斷號為IRQ03，因此PortA口外中斷服務(wù)程序結(jié)構(gòu)如下：

InterruptEXTI0 ;中斷入口服務(wù)程序定義偽指令

EXTI0.L ;中斷入口地址標(biāo)號類型一律定