LPC2000系列中断嵌套设计

LPC2000系列中断嵌套设计

1.中断服务程序的编译器支持

ARM编译器提供为编写FIQ和IRQ中断服务程序而设置的关键字，它们可以用于C函数前，所以可以C编写整个中断服务程序。下面就是一个在Keil ARM编译器环境下的典型例子：void IRQ_Handler __irq

{

// Clear the source of the interrupt

// Additional statements

// Update the VIC by writing to VIC Vector Address Register

}

通过使用__irq关键字，编译器将为上面的函数添加下面的代码

（1）在函数入口处，工作寄存器（包括ATPCS的敏感（易被破坏的）寄存器）被压栈；（2）在函数返回处，出栈上面保存的寄存器；

（3）使用SUBS PC,R14,#4从中断服务程序中返回。这条指令恢复了PC和CPSR。

注意：使用这个关键字的情况下，SPSR_irq没有被保存。这就是使用关键字的方法处理中断不能实现嵌套的一个原因。

2.使用关键字来处理中断嵌套时出现的问题

两个主要的原因都是跟LR_irq和SPSR_irq这两个寄存器有关。如果一个中断服务程序重新使能中断，调用一个子程序，在子程序中发生了中断，这时，子程序的返回地址（保存在LR_irq中）将被破坏。下面我们以一个例子来说明：

void IRQ_Handler __irq

{

//reenable intertupts

......

foo();

//地址A

}

当PC跳转到IRQ_Handler的时候（执行完0x18处的指令后），从ISR返回的地址已经写入LR_irq了。假定它已经压栈(SP_irq)了。现在，foo（）函数被调用，LR_irq的值被foo调用处的下一条指令的地址所覆盖。再进一步假设，在foo函数中运行的时候，一个更高优先级的中断发生了。这时，LR_irq又被返回到foo函数被中断的地方的地址所覆盖，所以这就破坏了返回到IRQ_Handler的地址（即上面的函数中的" 地址A":译者注）。(当用BL指令调用子函数的时候，进人子函数的时候没有保存lr，从子函数退出使用的是mov pc lr这样的方法，如果用这种方法调用子函数，并且在子函数中发生了中断，那么子函数的返回地址就被中断的返回地址覆盖了）还有，使用编译器关键字的时候，SPSR_irq也不会被保存。一个可重入的中断服务程序必须保存IRQ模式的状态信息，切换处理器模式，在转入嵌套C 函数之前保存这个新处理器模式（从IRQ模式切换后的模式，即后面推荐使用的系统模式：译者注）的状态信息。ARM推荐编写可重入中断处理程序的时候选择转入系统模式。转入系统模式的原因在于，一旦在系统模式中，活动的链接寄存器就是LR_sys，这个寄存器将在调用新的子函数之前被压栈。如果真的有更高优先级的中断打断了这个子函数，那么LR_irq的值将被改变（新的中断的返回地址：译者注），但是子函数的返回地址在LR_sys 中安然无恙。

3.中断嵌套的步骤

用汇编语言编写顶层中断服务程序ISR的方法如下：

（1）保存ISR将会使用的寄存器和SPSR_irq；

（2）清中断；

（3）切换到系统模式并开中断（译者认为，开中断在第五步比较好）；

（4）保存系统模式下链接寄存器LR_sys和被调用函数不保存的寄存器；

（5）调用C中断处理函数；

（6）当C中断处理函数返回时，恢复系统模式的寄存器并关中断；

（7）恢复工作寄存器和SPSR_irq；

（6）从IRQ中断处理程序中返回。

4.LPC2000系列中断嵌套处理

ARM的中断管理体系与51系列微控制器不一样。ARM的中断不会自动嵌套，要自己相应代码保护中断寄存器入口的现场，以及后面的回复现场等。ZLG提供的代码中提到了关于中断嵌套现场保护的代码，如下：

NoInt EQU 0x80

USR32Mode EQU 0x10

SVC32Mode EQU 0x13

SYS32Mode EQU 0x1f

IRQ32Mode EQU 0x12

FIQ32Mode EQU 0x11

CODE32

AREA IRQ,CODE,READONL Y

MACRO

$IRQ_Label HANDLER $IRQ_Exception_Function

EXPORT $IRQ_Label ; 输出的标号

IMPORT $IRQ_Exception_Function ; 引用的外部标号

$IRQ_Label

SUB LR, LR, #4 ; 计算返回地址

STMFD SP!, {R0-R3, R12, LR} ; 保存任务环境

MRS R3, SPSR ;保存状态

STMFD SP, {R3,LR}^ ; 保存SPSR和用户状态的SP,注意不能回写

; 如果回写的是用户的SP，所以后面要调整SP NOP

SUB SP, SP, #4*2

MSR CPSR_c, #(NoInt | SYS32Mode) ; 切换到系统模式

BL $IRQ_Exception_Function ; 调用c语言的中断处理程序

MSR CPSR_c, #(NoInt | IRQ32Mode) ; 切换回irq模式

LDMFD SP, {R3,LR}^ ; 恢复SPSR和用户状态的SP,注意不能回写

; 如果回写的是用户的SP，所以后面要调整SP MSR SPSR_cxsf, R3

ADD SP, SP, #4*2

LDMFD SP!, {R0-R3, R12, PC}^ ;

MEND

;/* 以下添加中断句柄，用户根据实际情况改变*/

我们仅需要在下面添加中断句柄即可。

对于中断嵌套的编写，应按以下方式实现：

1、保存当前中断使能寄存器VICIntEnable的值；

2、禁止当前中断；

3、清楚中断逻辑；

4、使能VIC，使之能响应其他中断；

5、中断处理服务程序；

6、恢复保存的中断使能寄存器的值。

中断嵌套中，并不分优先级的高低，高优先级的中断可嵌套低优先级的中断。特别要注意，要明确自己的中断编写，否则可能中断嵌套混乱出错。不建议多层中断嵌套。

例子如下：

/****************************************************************************** **************

* 文件名：VIC_Nesting.c

* 功能：本实验演示中断嵌套现象。程序开启了两个中断：定时器0和外部中断0。定时器0使LED8～LED1闪烁，而外部中断0取反蜂鸣器控制口。分配定时器0中断优先级高于外部中断0的优先级。设置KEY1连接外部中断0。按住KEY1键后全速运行程序，看LED8～LED1能否闪烁，若闪烁，则说明中断嵌套成功。需要在文件IRQ.S末尾添加句柄：* Timer0_Handler HANDLER IRQ_Timer0

* Eint0_Handler HANDLER IRQ_Eint0

* 说明：用跳线帽短接KEY1，BEEP，74HC595_2相关跳线。

* 在产生IRQ中断，进入服务程序之前，IRQ中断将自动禁止，而Fiq中断依然使能，故在IRQ中断下依然要响应Fiq中断。

*

******************************************************************************* **************/

#include "config.h"

#define BEEPCON ((uint32)0x01<<7) // P0.7引脚控制蜂鸣器，低电平蜂鸣#define BEEP_ON() IO0CLR=BEEPCON // P0.7引脚输出低电平，蜂鸣器蜂鸣#define BEEP_OFF() IO0SET=BEEPCON // P0.7引脚输出高电平，蜂鸣器不蜂鸣#define SPI_CS ((uint32)0x01<<20) // P1.20引脚模拟SPI的片选信号

#define SPI_DA TA ((uint32)0x01<<22) // P0.22引脚模拟SPI的数据信号

#define SPI_CLK ((uint32)0x01<<25) // P1.25引脚模拟SPI的时钟信号

#define H_SPI_CS() IO1SET=SPI_CS // SPI的片选信号置高

#define L_SPI_CS() IO1CLR=SPI_CS // SPI的片选信号置低

#define H_SPI_DA TA() IO0SET=SPI_DA TA // SPI的数据信号置高

#define L_SPI_DA TA() IO0CLR=SPI_DATA // SPI的数据信号置低

#define H_SPI_CLK() IO1SET=SPI_CLK // SPI的时钟信号置高

#define L_SPI_CLK() IO1CLR=SPI_CLK // SPI的时钟信号置低

void Timer0_Handler(void);

void Eint0_Handler(void);

uint8 data;

/****************************************************************************** **************

* 函数名称：SendDataTo74HC595()

* 功能：向74HC595发送一字节数据

* 入口参数：data 要发送的数据

* 出口参数：无

* 注意：发送数据时，高位先发送

******************************************************************************* **************/

void SendDataTo74HC595(uint8 data)

{

uint8 i;

L_SPI_CS(); // SPI_CS=0

for(i=0;i<8;i++) // 发送8位数据（1个字节）{

L_SPI_CLK(); // SPI_CLK=0

/* 设置SPI_DA TA输出值*/

if((data & 0x80)!=0)

H_SPI_DA TA(); // SPI_DATA=1

else

L_SPI_DA TA(); // SPI_DATA=0

data<<=1; // 将要发送的1字节数据左移一位

H_SPI_CLK(); // SPI_CLK=1

}

H_SPI_CS(); // SPI_CS=1

}

/****************************************************************************** **************

* 函数名称：IRQ_Timer0()

* 功能：Timer0中断服务函数，LED8～LED1闪烁

* 入口参数：无

* 出口参数：无

******************************************************************************/ void IRQ_Timer0(void)

{

uint32 bak;

bak=VICIntEnable; // 备份当前VICIntEnable的值VICIntEnClr=(1<<4)|(1<<14); // 禁止当前优先级中断及低优先级中断VICVectAddr=0x00; // 清除中断逻辑，以便VIC可以响应

更高优先级IRQ中断

/* LED8～LED1闪烁*/

if(data==0x00)

data="0xff";

else

data="0x00";

SendDataTo74HC595(data);

T0IR=0x01; // 清除Timer0中断标志

VICIntEnable=bak;

}

/****************************************************************************** **************

* 函数名称：IRQ_Eint0()

* 功能：外部中断0中断服务函数，取反蜂鸣器控制口，允许中断嵌套

* 入口参数：无

* 出口参数：无

******************************************************************************* **************/

void IRQ_Eint0(void)

{

uint32 bak;

bak=VICIntEnable; // 备份当前VICIntEnable的值VICIntEnClr=1<<14; // 禁止当前中断

VICVectAddr=0x00; // 清除中断逻辑，以便VIC可以响应更高优先级IRQ中断IRQEnable(); // 使能IRQ中断

/* 取反蜂鸣器控制口*/

if((IO0PIN & BEEPCON)==0)

BEEP_OFF();

else

BEEP_ON();

/* 等待外部中断信号恢复为高电平，清除EINT0中断标志*/

while((EXTINT & 0x01)!=0)

{

EXTINT=0x01;

}

VICIntEnable=bak;

}

/****************************************************************************** **************

* 函数名称：main()

* 功能：初始化定时器0，设置定时器0中断和外部中断0

******************************************************************************* **************/

int main(void)

{

PINSEL0&=~((uint32)0x03<<14); // 将P0.7引脚选择为GPIO功能

IO0DIR|=BEEPCON; // 设置P0.7为输出

BEEP_OFF(); // 蜂鸣器禁止蜂鸣

PINSEL1&=~((uint32)0x03<<0); // 将P0.16引脚选择为EINT0功能PINSEL1|=0x00000001;

PINSEL1&=~((uint32)0x03<<12); // 设置P0.22引脚为GPIO

PINSEL2&=~((uint32)0x01<<3); // 设置P1.20和P1.25引脚为GPIO IO0DIR|=SPI_DATA; // 设置P0.22，P1.20，P1.25引脚为输出IO1DIR|=(SPI_CS | SPI_CLK);

/* Timer0初始化*/

T0TC=0; // 定时器设置为0

T0PR=0; // 时钟不分频

T0MCR=0x03; // 设置T0MR0匹配后复位T0TC，并产生中断标志T0MR0=Fpclk/10; // 0,1秒定时

T0TCR=0x01; // 启动定时器

IRQEnable(); // 使能IRQ中断

data=0x00;

/* 初始化Timer0、Eint0中断（使用向量IRQ）*/

VICIntSelect=0x00000000; // 设置所有中断分配为IRQ中断VICVectCntl0=0x20 | 4; // 分配Timer0中断到向量中断0 VICVectAddr0=(uint32)Timer0_Handler; // 设置中断服务程序地址VICVectCntl1=0x20 | 14; // 分配EINT0中断到向量中断1 VICVectAddr1=(uint32)Eint0_Handler; // 设置中断服务程序地址

T0IR=0x01; // 清除Timer0中断标志

EXTINT=0x01; // 清除EINT0中断标志

VICIntEnable=(1<<4)|(1<<14); // 使能Timer0、EINT0中断

while(1); // 等待中断

return 0;

}