第五章中断

第五章中断在上一章的UART接收试验中，我们使用的是查询的方式来实现的，在查询接收期间CPU就只能等待是否有数据传输进来而不能做其他的事情，查询接收占据了CPU的全部可用时间，特别浪费CPU资源。如何把CPU从这种简单而又重复的事件中解脱出来，充分利用CPU的全部有效时间是一个值得深入考虑的问题。对于像UART这种异步发生的事件，现在的CPU一般会采用中断的方式进行处理。所谓中断，即打断CPU目前正在执行的程序而转向执行其他程序的一种CPU运行机制。如图5.1所示。程序A程序A程序B图5.1CPU中断CPU正在执行程序A，但是因为某些事件的发生使得CPU不得不暂时放弃目前的程序A而转向执行程序B，在B程序执行完成之后再重新回来执行程序A。这就是一个中断过程，其中程序A叫做被中断程序，而程序B叫做中断服务程序，引起中断的事件叫做中断源。芯片内部许多部件都可以作为中断源，比如UART，定时器等。LPC213X的中断系统模型如图5.2所示。CPUFIQ使能外设1中断外设i中断外设n中断向量地址寄存器VICVectAddr0VIC控制寄存器VICVectCntl0IRQSlot0向量地址寄存器VICVectAddr15VIC控制寄存器VICVectCntl15IRQSlot15中断使能寄存器VICIntEnable中断使能清零寄存器VICIntEnClearIRQ使能...图5.2LPC213X中断模型从图5.2可以看出，一个中断信号是否可以送到CPU出并让CPU是去处理主要取决于以下几个因素：1、外部设备是否产生了中断；2、中断向量控制器是否给外设分配了中断向量入口；3、FIQ、IRQ是否已经使能。与LPC213X的其他片内外设一样，VIC也是通过寄存器来控制的，VIC中所有的寄存器都为字寄存器，不支持字节和半字的读和写操作。中断的使用步骤如图5.3所示。中断源使能相关中断选择中断类型分配IRQ槽设置中断服务程序地址使能中断图5.3中断使用流程上一章中，我们学习了如何通过UART口来控制LED闪亮的次数，在这一章中我们将学习如何基于UART中断接收数据的方式来控制LED闪亮的速度。5.1使能中断源中断能产生中断的外设叫做中断源，要想使用中断，第一步就要启动中断源的中断使能。外设中断的启动一般都在外设的相关寄存器中设置，经过查询UART的寄存器中，可以找到其有一个中断使能寄存器UxIER。该寄存器的描述如表5.1所示。UxIER描述复位值0RBR中断使能。1：使能RDA中断；0：禁止RDA中断。01THRE中断使能。1：使能THRE中断；0：禁止THRE中断。02Rx线状态中断使能。1：禁止Rx线状态中断；0：禁止Rx线状态中断；该中断状态可从UxLSR[4:1]读出。07:3保留，用户软件不要向这些位写入1。未定义表5.1UxIER寄存器描述从寄存器内容描述中我们可以看到，UART共有两个基本中断和一个混合中断。两个基本中断分别是RBR中断和THRE中断。RBR中断即接收到有效数据中断，当UART接收到有效数据时发生该中断。THRE中断即发送缓冲区空中断，发送完成后产生的中断。还有一个线状态混合中断，对于这个混合中断的具体中断源可以通过UxLSR寄存器查询得到。本章我们将使用中断的方式从UART0接收数据，从UxIER寄存器的描述中可知，要想通过中断的方式从UART接收数据，要将RBR中断使能位置1，即执行以下的语句：U0IER=U0IER|0x01；5.2选择中断类型LPC213X的中断可以分成IRQ和FIQ两种，所谓FIQ，是快速中断请求（FIQ，FastInterruptreQuest）的缩写，而IRQ叫中断请求（InterruptreQuest），两者没有最大的区别在于处理的优先级不等，即当同时发生IRQ和FIQ时，优先响应FIQ，而后再响应IRQ。每一个中断源选择IRQ或者FIQ类型中断是通过中断选择寄存器(InterruptSelectRegister)来选择的，该寄存器记作VICIntSelect，该寄存器的每一位刚控制了一个中断源，各中断源的位置与中断源列表所示相同。向相应的位写入1，则对应的中断分配为FIQ中断，写入0，则为IRQ中断。如表5.2所示。位中断源复位值0WDT01ARM内核02ARM内核03ARM内核04定时器005定时器106UART007UART108PWM009I2C0010SPI0011SPI1（SSP）012PLL013RTC014外部中断0（EINT0）0位中断源复位值15外部中断1（EINT1）016外部中断2（EINT2）017外部中断3（EINT3）018A/D0019I2C1020BOD031：21保留0表5.2中断选择寄存器在本章中我们将UART0的接收中断设置成IRQ类型，查询中断选择寄存器表，我们需要执行一下的程序：VICIntSelect=VICIntSelect&(~(16));注意：快速中断请求（FIQ，FastInterruptreQuest）要求具有最高优先级，如果分配给FIQ的请求多于1个，VIC将中断请求“相或”后向ARM处理器产生FIQ信号。当只有一个中断被分配为FIQ时可实现最短的FIQ等待时间，因为FIQ服务程序只要简单地启动器件的处理就可以了，但如果分配给FIQ级的中断多于1个，FIQ服务程序需要读取FIQ状态寄存器来识别产生中断请求的FIQ中断源。5.3分配中断槽LPC213X的向量中断是通过中断槽(IRQSlot)的方式来实现的，所谓中断槽，就相当于了一个空的接口，这个接口可以连接很多外部设备，同时也可以进行一些属性的设置。LPC213X一共有16个IRQSlot，其中slot0具有最高优先级，而Slot15则为最低优先级。每一个中断槽有两个属性可以设置，分别是VIC控制器寄存器（VICVectCntlx），VIC控制寄存器总共有16个，分别为VICVectCntl0～VICVectCntl015，该寄存器控制的是该IRQSlot连接到哪一个外部设备中和是否使能该IRQSlot。注意：在VICVectCntl寄存器中可以禁止一个向量IRQslot，但不会禁止中断本身，该中断只是由原来的向量形式变为非向量形式。该系列的寄存器描述如表5.3所示。VICVectCntlx描述复位值4..0分配给此优先级向量IRQ中断的中断源编号05该位为1，使能当前优先级的向量IRQ中断。否则为禁止07..6保留未使用0表5.3向量中断控制寄存器如表5.3所示，其[4..0]位应该写入的是中断源编号。中断源，即是能产生中断的外设，在LPC213X中，中断源多达21个，每一个中断源都有一个中断源编号，用来相互区别，如表5.4所示。模块可能产生中断的原因编号WDT看门狗中断（WDINT）0ARM内核保留给软件中断1ARM内核EmbeddedICE,DbgCommRx2ARM内核EmbeddedICE,DbgCommTx3定时器0匹配0-3（MR0,MR1,MR2,MR3）捕获0-3（CR0,CR1,CR2,CR3）4定时器1匹配0-3（MR0,MR1,MR2,MR3）捕获0-3（CR0,CR1,CR2,CR3）5UART0Rx线状态（RLS）发送保持寄存器空（THRE）Rx数据可用（RDA）字符超时指示（CTI）6UART1Rx线状态（RLS）发送保持寄存器空（THRE）Rx数据可用（RDA）字符超时指示（CTI）7PWM0匹配0-6（MR0,MR1,MR2,MR3,MR4,MR5,MR6）8模块可能产生中断的原因编号I2C0SI（状态改变）9SPI0SPI中断标志（SPIF）模式错误（MODF）10SPI1（SSP）TxFIFO至少一半为空（TXRIS）RxFIFO至少一半为满（RXRIS）接收超时条件（RTRIS）接收溢出（RORRIS）11PLLPLL锁定（PLOCK）12RTC计数器增加（RTCCIF）报警（RTCALF）13外部中断外部中断0（EINT0）14外部中断1（EINT1）15外部中断2（EINT2）16外部中断3（EINT3）17A/D0A/D转换器018I2C1SI（状态改变）19BOD掉电检测20表5.4中断源与中断编号本章中，我们将UART0的接收中断分配到IRQSlot2中，查询向量中断控制寄存器，我们要执行一下的程序才能实现：VICVectCntl2=0x20|0x06;其中，VICVectCntl2是我们需要设定的IRQSlot2的向量中断控制寄存器；而0x02是用来VICVectCntl2的第5为设置成1，从使能IRQSlot2的中断；0x06是UART0的中断源编号，从中断源与中断源编号表中可以查询到。此外，每一个IRQSlot还有一个对应的向量地址寄存器，该寄存器保存的是该IRQSlot的中断服务程序的入口地址，即该中断服务的程序名。向量地址寄存器也总共有16个，分别是VICVectAddr0～VICVectAddr15。该系列寄存器的描述如表5.4所示。VICVectAddrx描述复位值[31..0]该向量中断的中断服务程序入口地址0表5.4向量地址寄存器在本章中，我们UART0的中断服务程序是UART0_RcvByte()，所以我们要在我们以及选定的IRQSlot2的向量地址寄存器中VICVectAddr2中写入我们的中断服务程序入口地址UART0_RcvByte()，需要执行下面的程序：VICVectAddr2=(unsignedint)UART0_RcvByte;注意：VICVectAddr2和VICVectCntl2必须成对出现，因为他们是属于同一个IRQSlot的；(unsignedint)UART0_RcvByte的(unsignedint)可以写也可以不写，从程序的健壮性考虑，最好写。如果一个中断被分类成了向量中断，则去中断服务程序的地址将从相应的向量地址寄存器中读取，对于其他没有设置成向量中断的，则从默认向量地址寄存器中读取中断服务程序的入口地址。该寄存器为：VICDefVectAddr，该寄存器描述如表5.5所示。VICDefVectAddr描述复位值[31..0]其他非向量中断的入口地址0表5.5默认向量地址寄存器5.4中断服务程序所谓中断服务程序，就是CPU被中断后转向执行的程序，实际上就是真正实现中断处理功能的程序。在ADS1.2开发环境中，对于处理程序有一定的格式要求。格式一般为：void__irq中断服务程序名(void){}上面的格式中，__irq是ADS1.2中中断服务程序的关键字，在编写中断服务程序的时候一定不可缺少。同时，作为中断服务程序，是没有输入参数也是没有返回值的，所以两个都是void。一般而言，中断服务程序的流程如图5.4所示。中断程序入口查询产生中断的原因中断处理中断源中断结束处理VIC中断结束处理退出中断服务程序图5.4中断服务程序对于ARM处理器而言，同一个外设一般会产生多种中断，所以在中断服务程序中必须首先要找出发生中断的具体原因，然后才根据不同的中断原因进行中断处理，同时因为产生中断发原因很多，在退出中断服务程序之前，必须要根据外设的要求进行中断源中断结束前的处理，比如清除某个寄存器某位或者复位某个寄存器等。在完成了中断源中断结束前处理后，还必须马上进行VIC中断结束处理，在LPC213X中，VIC中断结束处理就要复位VICVectAddr寄存器。本章中使用的UART接收中断处理程序流程如图5.5所示。中断程序入口复位VICVectAddr退出中断服务程序有未处理的中断？接收数据中断或者是超时中断？全部数据接收完？NNNYYY中断原因查询中断处理VIC中断退出处理图5.5UART0接收中断具体的实现程序如下所示：void__irqUART0_RcvByte(void){unsignedcharIIR;IIR=U0IIR;if((IIR&0x01)==0){IIR=IIR&0x0e;if((IIR==0x04)||(IIR==0x0c)){while(U0LSR