第六讲 中断控制器(1).ppt

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1、1TM第六讲第六讲 中断控制器及编程中断控制器及编程 当当有有事事件件来来临临时时，必必须须中中断断当当前前cpu运运算算来响应突发事件！来响应突发事件！当当等等待待一一个个事事件件时时，是是一一直直查查询询还还是是事事件件来了告诉我一声？来了告诉我一声？中中断断是是MCU的的核核心心，因因为为几几十十个个中中断断要要处理，还要做得很好！处理，还要做得很好！2TM2内容提要内容提要61 中断的基本概念中断的基本概念62 中断控制器中断控制器63 中断实例中断实例3TM36.1 基本概念基本概念nARM中断的入口在哪里？中断的入口在哪里？(中断向量表中断向量表)nS3C2440有有60个中断源，

2、怎么分发和处理？个中断源，怎么分发和处理？n当有多个中断同时发生时怎么办？当有多个中断同时发生时怎么办？4TM46.1.1中断入口中断入口n所有所有ARM都一样，主要有七个都一样，主要有七个 n复位复位:reset 0 x0n未定义指令未定义指令:undef 0 x4n软件中断：软件中断：swi 0 x8n指令预取中止指令预取中止:pabort 0 xc n数据预取中止：数据预取中止：dabort 0 x10n普通中断：普通中断：irq 0 x18 n快速中断：快速中断：fiq 0 x1c5TM56.1.2 中断分发和处理中断分发和处理n所有外围接口的中断是挂到所有外围接口的中断是挂到irq或

3、或fiq上的上的n用到什么中断你使能什么中断用到什么中断你使能什么中断n总开关在：总开关在：CPSR寄存器的寄存器的I位和位和F位位n次开关在次开关在INTMASK寄存器寄存器n还有接口中与中断相关的寄存器还要注意设还有接口中与中断相关的寄存器还要注意设置！置！6TM66.1.2 中断分发与处理中断分发与处理思路：先登记（思路：先登记（pending）-按优先级选中（执行的）按优先级选中（执行的）-完了再顺序执行后面的完了再顺序执行后面的-7TM76.1.2 中断分发与处理中断分发与处理n登记：登记：rSRCPND寄存器中相关位置位寄存器中相关位置位n优先级排序规则：设置寄存器或默认的优先级排

4、序规则：设置寄存器或默认的n最高的优先级的，最高的优先级的，rINTPND置位，置位，rINTOFFSET置位置位n产生产生IRQ或或IRQ中断中断8TM86.1.2 中断分发与处理中断分发与处理n以以IRQ为例，为例，IRQ中断服务程序该干什么？中断服务程序该干什么？9TM96.1.2 中断分发与处理中断分发与处理n首先跳到首先跳到0 x18,即硬件将程序计数器（即硬件将程序计数器（R15或或PC）设置为）设置为0 x18,开始从开始从0 x18这里取指令。这里取指令。n大家想下看，大家想下看，0 x18这里放一条什么指令？这里放一条什么指令？n我们的我们的start.s中是怎么做的？中是怎

5、么做的？10TM106.1.2 中断分发与处理中断分发与处理n首先首先0 x18 bHandlerIRQ;nHandlerIRQ HANDLER HandleIRQ;n等价于：等价于：HandlerIRQ subsp,sp,#4 ;sp=sp-4 stmfdsp!,r0 ;sp=sp 4;sp=r0;ldr r0,=HandleIRQ;r0=HandleIRQ这个标号的地址这个标号的地址ldr r0,r0;r0 的值赋给的值赋给 r0,HandleIRQ 存放的值存放的值-r0 str r0,sp,#4;r0的值放到的值放到 sp+4 ldmfd sp!,r0,pc;sp-r0,sp=sp+4

6、;sp-pc;sp=sp+4;.HandleIRQ#4;0 x33ffff18 11TM116.1.2 中断分发与处理中断分发与处理nHandleIRQ=0 x33ffff18;nHandleIRQ里面放的是什么？里面放的是什么？n假设假设*(HandleIRQ)=(void*)isr_IRQ;n为什么会跳到为什么会跳到isr_IRQ函数中？函数中？12TM126.1.2 中断分发与处理中断分发与处理nstart.s 中的中的isr_IRQ:nIsrIRQ subsp,sp,#4 stmfdsp!,r8-r9ldrr9,=INTOFFSETldrr9,r9ldrr8,=HandleEINT0a

7、ddr8,r8,r9,lsl#2 ;ADD R0,R2,R3,LSL#1;R0=R2+(R3 1)/user add.ldrr8,r8strr8,sp,#8ldmfdsp!,r8-r9,pc13TM136.1.2 中断分发与处理中断分发与处理n假如我们想挂载假如我们想挂载isr_uart中断服务程序，该怎中断服务程序，该怎么做？么做？n*(某一地址某一地址)=(unsigned int)(void*)isr_uart;?isr_uart就是地址。就是地址。n某一地址我事先定义好，看某一地址我事先定义好，看uart中断在中断在rINTOFFSET第几位？若是第第几位？若是第n位，位，则等则等 于

8、于 开始地址开始地址+nspsr_irq,pc-lr;lr到底是什么呢？到底是什么呢？19TM196.1.2 中断分发与处理中断分发与处理n保存寄存器，保存寄存器，spsr_irq,lr_irq是是irq自己的物自己的物理寄存器；理寄存器；n其他的诸如其他的诸如r0-r8等，你用到哪个需要保存哪等，你用到哪个需要保存哪个个n需要保存到需要保存到r13_irq(sp)空间中，空间中，stmfd sp!,r0-r2,lr;20TM206.1.2 中断分发与处理中断分发与处理n还原现场还原现场:ldmfd sp!,r0-r2,lr subs pc,lr,#0 x4 ;cpsr 怎么恢复的？怎么恢复的

9、？21TM216.1.2 中断分发与处理中断分发与处理n保存现场保存现场-关中断关中断-处理事件处理事件-打开中打开中断断-恢复现场恢复现场n讲完保存现场、恢复现场，下面讨论打开和讲完保存现场、恢复现场，下面讨论打开和关中断关中断n一般一般rINTMASK寄存器全部寄存器全部Mask 掉掉22TM226.1.2 中断分发与处理中断分发与处理n处理事件开头或结尾往往要干一件事情，即处理事件开头或结尾往往要干一件事情，即清中断；清中断；n对于对于s3c2440来说，主要是清来说，主要是清rINTSRC和和rINTPND寄存器相应位寄存器相应位n若不清中断会发生什么？若不清中断会发生什么？23TM2

10、36.2 中断控制器中断控制器24TM248.1.2 命名规则命名规则(1)标识符的标识符的名称名称要简明，能够表达出确切的含义，可要简明，能够表达出确切的含义，可以使用完整的单词或通常可以理解的缩写。以使用完整的单词或通常可以理解的缩写。（2）如果在命名中使用特殊约定或缩写，则要进行）如果在命名中使用特殊约定或缩写，则要进行注释说明。注释说明。（3）对于变量命名，一般不取单个字符）对于变量命名，一般不取单个字符,例如例如i、j、k.（4）函数名函数名一般以大写字母开头；所有一般以大写字母开头；所有常量名常量名字母字母统一用大写。统一用大写。25TM258.1.3 注释说明注释说明注释有助于程

11、序员理解程序的整体结构，也便于以后注释有助于程序员理解程序的整体结构，也便于以后程序代码的维护与升级。常用的规则如下：程序代码的维护与升级。常用的规则如下：n（1）注释语言必须准确、简洁且容易理解）注释语言必须准确、简洁且容易理解;n（2）程序代码源文件头部应进行注释说明）程序代码源文件头部应进行注释说明;n（3）函数头部应进行注释；）函数头部应进行注释；n（4）程序中所用到的特定含义的常量、变量，在声）程序中所用到的特定含义的常量、变量，在声明时都要加以注释明时都要加以注释；26TM26n（5）对于宏定义、数据结构声明，如果其命）对于宏定义、数据结构声明，如果其命名不是充分自注释的，也要加以

12、注释。名不是充分自注释的，也要加以注释。n（6）如果注释单独占用一行，与其被注释的）如果注释单独占用一行，与其被注释的内容进行相同的缩进方式，一般将注释与其内容进行相同的缩进方式，一般将注释与其上面的代码用空行隔开上面的代码用空行隔开 n（7）程序代码修改时，其注释也要及时修改，）程序代码修改时，其注释也要及时修改，一定要保证代码与注释保持一致。一定要保证代码与注释保持一致。27TM27命名规则示例：命名规则示例：28TM288.2 嵌入式嵌入式C程序设计中的位运算程序设计中的位运算n在嵌入式程序设计中，在嵌入式程序设计中，位操作位操作是最常用的运是最常用的运算之一，因为在很多情况下要对算之一

13、，因为在很多情况下要对寄存器中的寄存器中的某位或某个管脚进行操作某位或某个管脚进行操作，这些都需要用位，这些都需要用位操作来完成。操作来完成。29TM298.2.1 按位与操作按位与操作n按按位与运算符位与运算符“&”是把参与运算的两个操作是把参与运算的两个操作数所对应的各个二进制位进行按位相与。只数所对应的各个二进制位进行按位相与。只有当对应的两个二进制位全为有当对应的两个二进制位全为1时，结果才为时，结果才为1，否则为，否则为0。参与运算的两个操作数以补码。参与运算的两个操作数以补码形式出现。形式出现。30TM30n例如例如7&3，补码分别为，补码分别为0000 0111与与0000 00

14、11 按位与运算后结果为按位与运算后结果为0000 0011等于十等于十进制的进制的3。按位与操作可以实现将特定的。按位与操作可以实现将特定的位清位清零零，也可以用于提取出某数的指定位。，也可以用于提取出某数的指定位。31TM318.2.2按位或操作按位或操作n按位或操作运算符按位或操作运算符“|”是把参与运算的两个是把参与运算的两个操作数对应的各个二进制位进行按位相或。操作数对应的各个二进制位进行按位相或。对应的两个二进制位中只要有一个为对应的两个二进制位中只要有一个为1，结果，结果就为就为1，当两个对应的二进制位都为，当两个对应的二进制位都为0时，结时，结果位为果位为0。参与运算的两个操作

15、数均以补码形。参与运算的两个操作数均以补码形式出现。式出现。32TM32n例如例如7|3，7的补码为的补码为0000 0111，3的补码为的补码为0000 0011，结果为，结果为0000 0111。按位与操作。按位与操作可以实现将特定位的可以实现将特定位的置位置位操作，也可以用于操作，也可以用于提取出某数的指定位。提取出某数的指定位。33TM338.2.3 按位异或操作按位异或操作n按位异或运算符按位异或运算符“”是将参与运算的两个操是将参与运算的两个操作数对应的各个二进制位进行相异或，当对作数对应的各个二进制位进行相异或，当对应的两个二进制位相异时，结果位为应的两个二进制位相异时，结果位为

16、1，相同，相同时为时为0。参与运算的两个操作数均以补码形式。参与运算的两个操作数均以补码形式出现。出现。34TM34n例如例如7 3，7的补码为的补码为0000 0111，3的补码的补码为为0000 0011，结果为，结果为0000 0100。35TM35应用举例：应用举例：n通过通过3次异或操作将寄存器次异或操作将寄存器rPDATAE中的内中的内容与变量容与变量tmp的值进行交换。的值进行交换。36TM36nrPDATAE=rPDATAE tmpntmp=tmp rPDATAE nrPDATAE=rPDATAE tmp37TM378.2.4 取反操作取反操作n取反运算符取反运算符“”实现对参

17、与运算的操作数对实现对参与运算的操作数对应的各个二进制位按位求反。取反运算符应的各个二进制位按位求反。取反运算符“”具有右结合性。所有具有右结合性。所有1变为变为0，0变为变为138TM38n。例如。例如(0101 1001)=1010 0110。在程序。在程序中主要用于将操作数的某位或某些位取反，中主要用于将操作数的某位或某些位取反，为其他操作提供数据准备。为其他操作提供数据准备。39TM398.2.5 移位操作移位操作n移位操作分为左移操作与右移操作。左移运移位操作分为左移操作与右移操作。左移运算符算符“”实现将实现将“”左边的操作数的各左边的操作数的各个二进制位向左移动个二进制位向左移动

18、“”实现将实现将“”左边的操作左边的操作数的各个二进制位向右移动数的各个二进制位向右移动“”右边操作右边操作数所指定的位数。对于空位的数所指定的位数。对于空位的补齐补齐方式，无方式，无符号数与有符号数是有区别的。对无符号数符号数与有符号数是有区别的。对无符号数进行右移时，低位丢弃，高位用进行右移时，低位丢弃，高位用0补齐，其值补齐，其值相当于除以：相当于除以：2“右移位数右移位数”次方次方 41TM418.3 嵌入式嵌入式C程序设计中的几点说明程序设计中的几点说明n8.3.1 volatile限制符限制符n8.3.2 地址强制转换与多级指针地址强制转换与多级指针n8.3.3预处理的使用预处理的

19、使用42TM428.3.1 volatile限制符限制符nvolatile的本意为的本意为“暂态的暂态的”或或.“易变的易变的”，该说明符起到该说明符起到抑制编译器优化抑制编译器优化的作用。的作用。n如果在声明时用如果在声明时用“volatile”关键进行修饰，关键进行修饰，遇到这个关键字声明的变量，编译器对访问遇到这个关键字声明的变量，编译器对访问该变量的代码就不再进行优化，从而可以提该变量的代码就不再进行优化，从而可以提供供特殊地址的稳定访问特殊地址的稳定访问，特别是，特别是存储器映像存储器映像（memory-mapped）外设端口）外设端口类型。类型。43TM438.3.2 地址强制转换

20、与多级指针地址强制转换与多级指针 n地址强制转换地址强制转换n在在C程序设计中，绝对地址程序设计中，绝对地址0 x0FA00只是被只是被当成一个整型数，如果要把它当成一个地址当成一个整型数，如果要把它当成一个地址来使用就需要进行地址强制转换。来使用就需要进行地址强制转换。n如定义一个整形指针如定义一个整形指针int*p，然后把绝对地，然后把绝对地址址0 x0FA00转换成一个整形的地址值赋给这转换成一个整形的地址值赋给这个整形指针，个整形指针，p=(int*)0 x0FA00。44TM44n因此在嵌入式程序设计中，经常可以可以看因此在嵌入式程序设计中，经常可以可以看到寄存器用如下方式进行定义：

21、到寄存器用如下方式进行定义：n#define rPCONA(*(volatile unsigned*)0 x1D20000)n#define rPDATA(*(volatile unsigned*)0 x1D20004)45TM45n多级指针多级指针46TM468.3.3预处理的使用预处理的使用n在源流程序被编译器处理之前在源流程序被编译器处理之前,编译预处理器编译预处理器首先对源程序中的预处理命令进行展开或处首先对源程序中的预处理命令进行展开或处理。理。n预处理命令书写格式为以预处理命令书写格式为以“#”开头开头，占单独，占单独书写行，语句尾不加分号。书写行，语句尾不加分号。47TM47n宏

22、定义宏定义(#define)(1).不带参数的宏不带参数的宏 不带参数的宏定义的一般形式为：不带参数的宏定义的一般形式为：n#define 宏名宏名 宏体宏体48TM48n(2).带参数的宏定义带参数的宏定义n带参数的宏定义一般形式为：带参数的宏定义一般形式为：n#define 宏名宏名(参数表参数表)宏体宏体49TM49(3).宏定义与函数宏定义与函数50TM50带参宏与函数的区别带参宏与函数的区别 51TM51n文件包含文件包含(#include)n文件包含的功能是使得一个源文件可以将另文件包含的功能是使得一个源文件可以将另一个源文件的内容全部包含进来，它的一般一个源文件的内容全部包含进来

23、，它的一般形式为：形式为：n#include“文件名文件名”/先搜索当前目录，再搜先搜索当前目录，再搜索标准目录，可以指定目录索标准目录，可以指定目录#include/直接按标准目录搜索直接按标准目录搜索52TM52n/*头文件头文件test.h*/n#define SQR(x)(x)*(x)n#define CUBE(x)(x)*(x)*(x)n#define QUAD(x)(x)*(x)*(x)*(x)53TM53n/*源文件源文件 test.c*/n#include n#include e:qiutietest.h /指定目录，包含头文件指定目录，包含头文件n#define MAX_PO

24、WER 10nvoid main()n int n;nprintf(numbert exp2t exp3t exp4n);nprintf(-t-t-t-n);nfor(n=1;n=MAX_POWER;n+)nprintf(%2dt%3dt%4dt%5dn,n,SQR(n),CUBE(n),QUAD(n);n54TM54n程序运行结果程序运行结果 55TM55n条件编译条件编译n(1).形式形式1：#ifdef 标识符标识符程序段程序段1#else程序段程序段2#endif 56TM56n(2).形式形式2n#ifndef 标识符标识符n程序段程序段1n#elsen程序段程序段2n#endif

25、57TM57n(3).形式形式3n#ifdef 表达式表达式1程序段程序段1n#elif 表达式表达式2程序段程序段2n#elsen 程序段程序段3n#endif 58TM588.4嵌入式嵌入式C程序设计格式程序设计格式n8.4.1 可重入函数可重入函数n8.4.2 中断处理程序中断处理程序n8.4.3 模块化程序设计模块化程序设计 59TM598.4.1 可重入函数可重入函数 n如果某个函数可以被多个任务并发使用，而如果某个函数可以被多个任务并发使用，而不会造成数据错误，我们就说这个函数具有不会造成数据错误，我们就说这个函数具有可重入性（可重入性（reentrant）。n一个可重入的函数简单

26、来说就是一个可重入的函数简单来说就是可以被中断可以被中断的函数的函数。60TM60满足下列条件的函数多数是不可重入的：满足下列条件的函数多数是不可重入的：n（1）函数体内使用了静态的数据结构；）函数体内使用了静态的数据结构；n（2）函数体内调用了）函数体内调用了malloc()或者或者free()函函数；数；n（3）函数体内调用了标准）函数体内调用了标准I/O函数。函数。61TM61可重入函数的编写规则可重入函数的编写规则第一，不要使用第一，不要使用全局变量全局变量。因为别的代码很可能覆盖这些变量。因为别的代码很可能覆盖这些变量值。值。第二，在和硬件发生交互的时候，切记执行类似第二，在和硬件发

27、生交互的时候，切记执行类似disinterrupt()之类的操作，就是之类的操作，就是关闭硬件中断关闭硬件中断。完成交互记得打开中断，。完成交互记得打开中断，在有些系列上，这叫做在有些系列上，这叫做“进入进入/退出核心退出核心”或者用或者用OS_ENTER_KERNAL/OS_EXIT_KERNAL来描述。来描述。第三，不能调用任何不可重入的函数。第三，不能调用任何不可重入的函数。第四，谨慎使用第四，谨慎使用堆栈堆栈。还有一些规则，都是很好理解的，总之，时刻记住一句话：保还有一些规则，都是很好理解的，总之，时刻记住一句话：保证中断是安全的！证中断是安全的！62TM62n通俗的来讲吧：由于通俗的

28、来讲吧：由于中断是可能随时发生的中断是可能随时发生的，断点，断点位置也是无法预期的。所以必须保证每个函数都具位置也是无法预期的。所以必须保证每个函数都具有不被中断发生，压栈，转向有不被中断发生，压栈，转向ISR，弹栈后继续执，弹栈后继续执行影响的稳定性。也就是说具有不会被中断影响的行影响的稳定性。也就是说具有不会被中断影响的能力。既然有这个要求，你提供和编写的每个函数能力。既然有这个要求，你提供和编写的每个函数就不能拿公共的资源或者是变量来使用，因为该函就不能拿公共的资源或者是变量来使用，因为该函数使用的同时，数使用的同时，ISR（中断服务程序）也可（中断服务程序）也可能能会去会去修改或者是获

29、取这个资源，从而有可能使中断返回修改或者是获取这个资源，从而有可能使中断返回之后，这部分公用的资源已经面目全非。之后，这部分公用的资源已经面目全非。63TM63可重入性中断可重入性中断n如果希望在处理中断时仍能响应其他中断请求以此来缩短中断延时，就必须如果希望在处理中断时仍能响应其他中断请求以此来缩短中断延时，就必须设计可重人性中断。可重入性中断是处理多个中断的一种方法，但它也同时带来设计可重人性中断。可重入性中断是处理多个中断的一种方法，但它也同时带来新的问题。在新的问题。在IRQ中断模式中，如果直接重新允许了中断模式中，如果直接重新允许了IRQ中断，此时因为执行一中断，此时因为执行一条条B

30、L指令而将子程序返回的地址保存在指令而将子程序返回的地址保存在LR_irq中，而在此间中断发生了。新来中，而在此间中断发生了。新来的中断会将其返回地址装入的中断会将其返回地址装入LR_irq中，此时旧中断子程序的返回地址必将被覆中，此时旧中断子程序的返回地址必将被覆盖从而导致系统紊乱。盖从而导致系统紊乱。但是仍不能排除在保存但是仍不能排除在保存LR之前中断发生的可能性。之前中断发生的可能性。要解决要解决LR_irq被破坏的被破坏的问题，就必须切换处理器的模式，常见的是切换到问题，就必须切换处理器的模式，常见的是切换到SVC处理模式。处理模式。在在SVC模式模式中，通过中，通过BL调用子程序时会

31、将返回地址保存在调用子程序时会将返回地址保存在LR_SVC之中。此时新中断发生之中。此时新中断发生(因为它会将返回地址保存到因为它会将返回地址保存到LR_irq而不是而不是LR_SVC)，不会破坏旧中断中子程序，不会破坏旧中断中子程序返回地址了。有了基于上述的原理分析再来编写可重入性中断的代码就思路清晰返回地址了。有了基于上述的原理分析再来编写可重入性中断的代码就思路清晰了。但是为了保证处理的高效性，尽可能地及早允许中断以缩短延时，在保存完了。但是为了保证处理的高效性，尽可能地及早允许中断以缩短延时，在保存完LR_irq和和SPSR_irq后，就马上切换到后，就马上切换到SVC模式中并重新允许

32、中断，如图模式中并重新允许中断，如图4所示所示(虚线是压栈保存，实线是弹栈恢复虚线是压栈保存，实线是弹栈恢复)。64TM64n可重入函数可以使用局部变量，也可以使用可重入函数可以使用局部变量，也可以使用全局变量。全局变量。n如果使用全局变量，则应通过关中断、信号如果使用全局变量，则应通过关中断、信号量（即量（即P、V操作）等手段对其加以保护操作）等手段对其加以保护 65TM65示例解析：示例解析：n分析下面的函数是否具有可重入性分析下面的函数是否具有可重入性 nstatic int tmp;nvoid swap(int*a,int*b)nntmp=*a;n*a=*b;n*b=tmp;n66TM

33、66nvoid swap(int*a,int*b)nnint tmp;ntmp=*a;n*a=*b;n*b=tmp;n67TM67在操作系统中，通过信号量机制使得函数具有可重入性：在操作系统中，通过信号量机制使得函数具有可重入性：nstatic int tmp;nvoid swap(int*a,int*b)nn申请信号量操作申请信号量操作ntmp=*a;n*a=*b;n*b=tmp;n释放信号量操作释放信号量操作 n68TM688.4.2 中断处理程序中断处理程序在编写中断服务程序时需要满足如下要求：在编写中断服务程序时需要满足如下要求：n（1）不不能向中断服务程序能向中断服务程序传递参数传递

34、参数；n（2）中断服务程序）中断服务程序没有返回值没有返回值；n（3）中断服务程序应要）中断服务程序应要尽可能短尽可能短，来减少中，来减少中断服务程序的处理时间，保证实时系统的性断服务程序的处理时间，保证实时系统的性能。能。69TM698.4.3 模块化程序设计模块化程序设计n嵌入式嵌入式C程序设计主要采用模块化设计方法，程序设计主要采用模块化设计方法，将系统内的任务进行合理的划分，将具有同将系统内的任务进行合理的划分，将具有同一属性或相同类别的代码归为一类组成模块，一属性或相同类别的代码归为一类组成模块，每个模块的功能相对独立。每个模块的功能相对独立。n将整个软件系统分为多个模块，编程思路就将整个软件系统分为多个模块，编程思路就会很清晰。会很清晰。70TM70嵌入式系统软件模块划分嵌入式系统软件模块划分