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1、第五章 中断机制w嵌入式系统的硬件平台是由微处理器 （或微控制器）、存储器、I/O端口 及设备组成。I/O接口部件是嵌入式 系统的关键组成部分。 w控制I/O接口部件的方式主要有：程 序查询、中断控制、DMA方式 等。 w中断技术主要是用于I/O接口部件与 微处理器之间进行数据传输的控制， 它协调了数据传输的双方的步调。5.1 中断控制方式原理w 嵌入式系统中，微处理器控制I/O端口或部件 的数据传送方式有2种：程序查询方式和中断 方式。 w 程序查询方式是由微处理器周期性地执行一 段查询程序来读取I/O端口或部件中状态寄存 器的内容，并判断其状态，从而使微处理器 与I/O端口或部件在进行数据
2、、命令传送时保 持同步。 程序查询方式的特点w 程序查询方式下 ，微处理器的效 率是非常低的， 因为微处理器要 花费大量的时间 测试I/O端口或部 件的状态。并且 ，I/O端口或部件 的数据也不能得 到实时地处理。 中断方式特点w 中断方式是I/O端口或部件在完成了一 个I/O操作后，产生一个信号给微处理 器，这个信号叫做“中断请求”，微处 理器响应这个请求信号，停止其当前的 程序操作，而转向对该I/O端口或部件 进行新的读/写操作。 w 特点： w 1，实时性能好 w 2，调试复杂图w 中断的形象示意：中断方式控制的I/O操作步骤初始化微处理器中用于中断方式的寄存器，开放 中断。 I/O端口
3、或部件完成数据操作后并产生中断请求 信号。 当中断请求信号有效时，微处理器可能处在不可 中断状态。等到微处理器允许中断时，微处理器 就保存当前状态，停止它现行的操作并开始进行 中断源的识别。 在识别出优先级最高的中断源后，微处理器转到 对应的中断服务例程入口，并应答中断，I/O端 口或部件收到应答信号后，撤消其中断请求。微处理器读入或写出数据，当中断服务例程结 束后，回到原来的被中断程序处继续执行。 中断源及其识别方法 w 嵌入式系统中，需要采用中断控制方式 的I/O端口或部件有许多，如S3C2410芯 片中就有56个中断源。而通常微处理器 能够提供的中断请求信号线是有限的， 如ARM920T
4、核提供给外部的中断请求 信号线仅有IRQ和FIQ两根。因此，当有 中断产生时，微处理器就必须通过一定 的方式识别出是哪个中断源发来的请求 信号，以便转向其对应的中断服务程序 例程，这就是中断源的识别。 向量识别中断 w 向量识别中断就是微处理器响应中断后 ，要求中断源提供一个地址信息，该地 址信息称为中断向量（或叫中断矢量） ，微处理器根据中断向量（矢量）转移 到中断复位程序处执行。所以，中断向 量就是中断服务程序的入口地址。中断优先级仲裁 w 若嵌入式系统中由多个中断源，则这 些中断源必须要进行中断优先级的排 列。所谓优先级，指的以下两层含义 ： w 若有2个及2个以上的中断源同时提 出中断
5、请求，微处理器先响应哪个中 断源，后响应哪个中断源。 w 若1个中断源提出中断请求，并得到 响应后，又有1个中断源提出中断请求 ，后来的中断源能否中断前一个中断 源的中断服务程序。 5.2 S3C2410的中断系统w 实际上，S3C2410的中断系统分成两级， 一级是控制内部外围I/O端口或部件、或 者芯片外部中断引脚（EINTn）的中断控 制；另一级是ARM920T核的异常中断控 制，采用了固定向量中断方式。 w S3C2410芯片中的中断控制器可以支持56 个中断源提出的中断请求，如表6-1所示 。 w （表6-1见附录） （续）这些中断源由芯片内部的I/O端口或部 件如DMA控制器、UA
6、RT、IIC、RTC等， 以及外部中断引脚提供。在这些中断源中，有些中断，如串行 接口UARTn中断和外部中断EINTn中断对 于中断控制器来说都是共用的。当S3C2410芯片的内部外围I/O端口或 部件提出中断请求、或者芯片外部中断引 脚（EINTn）收到中断请求时，中断控制器 经过仲裁之后再请求ARM9核的FIQ或IRQ中 断。 S3C2410的中断系统逻辑图（续）w S3C2410芯片中断控制器支持的56个中断源， 由于其中有些中断共用中断请求信号线，因 此，实际中断请求信号有32个。这32个中断 请求的优先级仲裁判决机制采用了中断优先 级编码判断电路原理。其裁决逻辑由7个基本 裁决器组
7、成，其中6个一级裁决器和1个二级 裁决器。 w S3C2410芯片的32个中断请求信号，在系统复 位初始状态下，按照前图中由上到下的顺序 ，中断优先级由高到低排列，即EINT0中断优 先级最高，INT_ADC中断优先级最低。 中断控制寄存器w 用S3C2410的中断方式来控制I/O端口或 部件操作时，除了要对I/O端口或部件 的相应寄存器进行初始化设置外，还需 对中断控制器的5个控制寄存器进行初 始化设置。这5个寄存器是：源未决寄 存器、中断模式寄存器、屏蔽寄存器、 优先级寄存器、中断未决寄存器。 源未决寄存器w 源未决寄存器（SRCPND）由32位构成，每一 位与一个中断请求信号相关联。当某
8、个中断 源请求中断服务时，SRCPND寄存器的相应位 被置为1，即首先在源未决寄存器中登记。因 此，该寄存器记录了哪个中断源的请求在等 待处理。注意：SRCPND寄存器的每一位由中 断源自动设置，而不管中断屏蔽寄存器（ INTMASK）中对应的位是否被屏蔽。此外， SRCPND寄存器也不受中断控制器的优先级逻 辑影响。 w 源未决寄存器的每一位定义见附录中表6-2中断模式寄存器 w S3C2410的中断模式有2种：FIQ模式和IRQ 模式。32位的INTMOD寄存器中每一位都与 一个中断源相关联，确定对应的中断源中 断请求采用哪种模式。如果某位被设置成 1，则相应的中断按FIQ模式处理。若设置
9、 成0，则按IRQ模式处理，该模式又称为普 通中断模式。（见附录中表6-3） w 注意：在S3C2410中，只能有一个中断源 在FIQ模式下处理，既INTMOD寄存器中只 有一位可以设置为1。因此，设计者应该 将最紧迫的中断源设置为FIQ模式使用。 中断屏蔽寄存器w 中断屏蔽寄存器（INTMSK）也是由32位 组成，每一位与一个中断源相对应。若 某位设置为1，则中断控制器不会处理 该位所对应的中断源提出的中断请求。 否则，如果设置为0，则对应的中断源 提出的中断请求可以被处理。即使某屏 蔽位设置为1，其对应的中断源产生中 断请求时，相应的源未决位将设置成1 。 w 见附录表6-4。 优先级判别
10、器w 优先级判别寄存器（PRIORITY）是IRQ 中断模式下的中断优先级控制寄存器， 每个中断源在寄存器中有3位对应，分 别代表ARB_SEL的2位和ARB_MODE的1位 。其地址是0x4a00000c，复位初始状态 为0x0000007f。该寄存器每位的含义如 表6-5所示。 中断未决寄存器w INTPND寄存器是32位寄存器，寄存器中的每一位 对应一个中断源。只有未被屏蔽且具有最高优先 级、在源未决寄存器中等待处理的中断请求可以 把其对应的中断未决位置1。因此，INTPND寄存 器中只有一位可以设置为1，同时，中断控制器 产生IRQ信号给ARM920T核。在IRQ的中断服务例 程里，设
11、计者可以读取该寄存器，从而获知哪个 中断源被处理。 w 当INTPND寄存器的一个未决位被设置为1，只要 ARM920T核内部的状态寄存器PSR中的I标志和F标 志被清零，对应的中断服务例程就可以开始执行 。INTPND寄存器是可读写的，在中断服务例程里 面必须清除中断未决位。 （续）在编程操作INTPND寄存器时，应注意以下两点： 如果发生了FIQ模式的中断，那么INTPND寄存 器中相应的位将不会置1，因为INTPND寄存器 只对IRQ模式下的中断有效。清除INTPND寄存器的中断未决位时要谨慎。 因为，INTPND寄存器是通过写数据位1而对未 决位清零的。如果INTPND寄存器为1的位试
12、图 通过写数据位0来清除，那么INTPND和 INTOFFSET寄存器在某些情况下可能会具有不 可预料的值。因此，切记不要往INTPND寄存器 中为1的位写数据位0。清除INTPND寄存器的未 决位最简捷的方法就是将INTPND寄存器的值写 回到INTPND寄存器里。 S3C2410中断控制的机制w 以上5个寄存器是S3C2410中断控制器中主要 的寄存器，在每个中断源的处理时，设计者 均需根据要求，通过编程进行初始化设定， 既确定寄存器中每一位设为0还是设为1。中 断 未 决 寄 存 器优 先 级 判 别 器源 未 决 寄 存 器屏 蔽 寄 存 器5.3 中断编程实例w 在嵌入式系统设计时，
13、为了提高 I/O端口或部件处理的实时性，往往采 用中断控制方式。S3C2410芯片中使用 了ARM920T核，因此，在完成I/O端口或 部件的中断服务程序设计时，除了要了 解各中断控制寄存器的格式外，还必须 了解ARM920T核的IRQ异常中断模式和 FIQ异常中断模式的处理过程。因为， S3C2410芯片的56个中断源均是按照IRQ 中断模式或FIQ中断模式处理的。 ARM9中断响应的过程w ARM9微处理器响应IRQ异常中断时，需要完成保护 现场及进入IRQ异常模式等操作。所有这些操作描 述如下。 w 链接寄存器R14_irq保存有：被执行指令地址4 ； w 状态寄存器SPSR_irq保存
14、有：CPSR寄存器的内容 w /* 系统进入IRQ中断模式 */ w 状态寄存器CPSR的位4:0被赋予：0b10010 w /* 系统切换到ARM状态 */ w 寄存器CPSR的位5清0，但位6不变（续） w /* 设置IRQ中断禁止位 */ w 寄存器CPSR的位7置1 w 如果采用高向量地址配置，那么 w PC寄存器被赋予0xffff0018 w 否则 w PC寄存器被赋予0x00000018 w 因为，ARM920T核会把当前PC的值保存到R14_irq 中，该值在ARM状态下，对应当前指令后的第2条 指令的地址。IRQ中断返回时，就需要通过下面指 令来实现回到断点下第1条指令处执行：
15、 w SUBSPC, LR, 4 w 同时将SPSR_irq内容复制到当前CPSR中。 中断编程模式w S3C2410芯片的I/O端口或部件若采用中 断方式控制操作时，其编程的内容实际 上涉及四部分，既： w 建立系统中断向量表，并且设置 ARM920T核的程序状态寄存器CPSR中的F 位和I位。一般情况下中断均需使用数据 栈，因此，还需建立用户数据栈。这一 部分内容对应的程序指令，通常编写在 系统引导程序中，如3.4节中的实例。（续）设置S3C2410芯片中56个中断源的中断向量。 通常需要利用未决寄存器或地址偏移寄存器来 计算，若中断号还对应有子中断（如中断号为 5时，对应EINT8_23
16、），需求出子中断的地址 偏移。中断控制初始化。主要是初始化S3C2410芯片 内部的中断控制的寄存器。针对某个具体的中 断源，设置其中断控制模式、中断是否屏蔽、 中断优先级等。（续）w 完成I/O端口或部件具体操作功能的中断服务 程序。中断服务程序中，在返回之前必须对 中断未决寄存器（INTPND）的相应未决位进 行清除操作。 w 上述四部分的程序，第一部分应属于系统引 导程序完成的功能。用户在开发嵌入式系统 时若使用的是现成硬件平台，则用户对第一 部分的程序通常不需要进行编写，因为现成 的硬件平台已带有系统引导程序，用户主要 需编写的是后三部分的程序。 中断实例w 完成一个S3C2410芯片中断源的中断控 制程序的编写，需要完成上述的四部分 编程内容。第一部分的实际上是引导程 序的部分功能，已经在第三讲介绍。下 面介绍其他几部分的编程内容。 w 实例详见附录中的实例。
