《嵌入式ARM技术及应用》课程实验指导书实验6：外部中断实验,(2014.7.10)

地址异常类型进入时的模式

进入时 I 的状态

进入时 F 的状

态

0x00000000复位管理禁止禁止0x00000004未定义指令未定义I F 0x00000008软件中断管理禁止F 0x0000000C 中止（预取）中止I F 0x00000010中止（数据）

中止I F 0x00000014

保留

保留

--

实验三 外部中断实验

一、实验目的

理解ARM 处理器中断原理；

掌握中断服务子程序，中断中现场的保护和恢复以及中断的返回程序的编写方法；

利用中断方式，实现键盘中断流程。

二、实验原理

本实验以键盘中断为例，介绍 ARM 微处理器中断处理过程。设定编程预期的实验现象：系统启动后，按 12345678 任意键，相应的八段数码管就会显示相应的数字。

三、主要实验设备

1．硬件：宿主机、ARM 教学试验箱；

2．软件：Windows 操作系统、ADS1.2集成开发环境。

四、实验内容

1．首先设置中断向量表，见表4.1。

表 4.1 ARM 中断向量表

每当一个中断发生后，ARM 处理器便强制把程序计数器（PC ）指

针置为向量表中对应中断类型所对应的地址值。由于ARM微处理器每个中断向量中只有4个字节的大小，所以通常在中断向量位置存放1条跳转指令或存放1条直接对程序计数器（PC）寄存器赋值的指令，使程序能跳转到相应的异常中断处理程序中执行。如果中断处理程序所在的物理地址小于32MB，可使用B跳转指令；当跳转范围大于32MB 时，需使用LDR指令。对于程序中未使用的中断，可使中断异常跳转到一个只含返回指令的哑函数或跳转到自身标号地址处，以防止中断异常引起系统的混乱。比如：

Undefined_Handler

B Undefined_Handler

下面代码为 ARM 微处理器中断向量表的初始化过程。

B Reset_Handler ; //跳转复位 0x0000,0000 复位管理模式

B Undefined_Handler ; //跳转未定义指令 0x0000,0004 未定义指令未定义模式

B SWI_Handler ; //跳转软件中断 0x0000,0008 软件中断管理模式

B Prefetch_Handler ; //跳转预取指令 0x0000,000

C 预取指令中止模式

B DataAbort_Handler ; //跳转数据异常 0x0000,0010 中止模式

NOP ; //延时保留

B IRQ_Handler ; //跳转 IRQ（中断请求） 0x0000,0018 IRQ

B FIQ_Handler ; // 跳转 FIQ（快速中断请求） 0x0000,001

C FIQ

从表4.1分析可知，NOP 一定不能去掉，必须要保证中断向量表正确建立。

当然，ARM 微处理器中断向量表的初始化工作也可以写成如下形式：

LDR PC，＝Reset_Handler ; //跳转复位 0x0000,0000 复位

管理模式

LDR PC，＝Undef_instrution_Handler ; //跳转未定义指令

0x0000,0004 未定义指令未定义模式

LDR PC，＝SWI_Handler ; //跳转软件中断 0x0000,0008 软件中断管理模式

LDR PC，＝Prefetch_Handler ; //跳转预取指令 0x0000,000C 预取指令中止模式

LDR PC，＝Abort_Handler ; //跳转数据异常 0x0000,0010 中止模式

NOP ; //延时保留

LDR PC，＝IRQ_Handler ; //跳转 IRQ（中断请求）

0x0000,0018 IRQ

LDR PC，＝FIQ_Handler ; // 跳转 FIQ（快速中断请求）

0x0000,001C FIQ

2．中断处理过程

GPIO、堆栈、内存等初始化过程在实验一中已经介绍过，下面重点对中断初始化过程作详细分析：

处理器要对中断进行处理时，需要对CPSR的IRQ和FIQ与

ICMR（中断控制器屏蔽寄存器）相应的中断屏蔽位进行正确的配置：即当CPSR的IRQ、FIQ位为“0”时，ARM 处理器可以响应IRQ、FIQ 中断，如果为“1”时，ARM 处理器将不响应IRQ或FIQ中断。

同样，当ICMR的相应位为“1”时，相应的中断被开启，为“0”时，相应的中断被屏蔽。中断控制器处理中断架构如图4.1所示，该图为某个中断请求进入中断控制器后，被成功响应时的 IRQ 和 FIQ 的流程图。

如果在中断开启的情况下，即中断屏蔽寄存器ICMR相应的位

置“1”时，当中断源产生中断时，中断请求寄存器ICPR相应的中断源所对应位会被设置 1。

发出的中断请求通过中断级别控制寄存器ICLR相应的设置将产生IRQ或FIQ中断，同时该中断请求会发送到IRQ中断请求寄存器ICIP或FIQ中断请求ICFR上。

中断请求将以IRQ或FIQ异常中断方式进行处理。即中断控制器根据中断向量表，跳转到相应的中断服务例程中处理中断请求。

开启IRQ中断，使得ARM处理器可以响应外部中断。图4.1为中断控制器处理功能架构。

图4.1 中断控制器处理功能架构

代码如下：

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

;Enable & Set Interrupt

;***************************/

mrs r1, CPSR ; //读取 CPSR 寄存器值

bic r1, r1,#0x80 ; //将 r1 的位[7]置 0，可以响应 IRQ 中断

msr CPSR_c, r1; //设置 CPSR 寄存器的 I 位为 0，可以响应 IRQ 中断

通过mrs指令，将CPSR（当前程序状态寄存器）的值读取到r1寄存器当中，将r1当中的位CPSR[7]设置为“0”，准备开启IRQ外部中断。通过msr命令，将r1当中的值写入到cpsr寄存器当中，将cpsr[IRQ](CPSR的IRQ)位设置为“0”，使得 ARM 处理器可以响应 IRQ 外部中断。

键盘中断开启过程：

ldr r1, =ICMR ; //读取中断控制屏蔽寄存器

ldr r2, =init_ICMR ; // init_ICMR=0x00000010

str r2,[r1] ; //开启键盘中断，屏蔽其他所有中断

上述代码实际上完成将 init_ICMR 值（0x00000010）送到中断屏蔽寄存器 ICMR 中，实现开启键盘中断响应。表4.2是ICMR中断控制器屏蔽寄存器的位功能表。

表4.2 ICMR中断控制器屏蔽寄存器位功能表

ICMR 寄存器用于开启或者屏蔽相应的中断，当将 ICMR 相应的位设置为“1”时，开启相应的中断，将 ICMR 寄存器相应的位设置

为“0”时，屏蔽响应的中断，比如将 ICMR[4]设置为“1”时，开启键盘中断之后，ARM 处理器就可以响应键盘中断。可以参考《Intel PXA27x Processor Family Developer’s Manual》P25-20页。

3．程序流程图

主程序流程图如图4.2所示。

图 4.2 主程序流程图

从图4.3中断流程图可知，当没有外部中断发生时，程序一直运行在主程序的while循环当中，一旦中断发生，程序运行到中断向量表中，通过中断向量表来判断中断的类型，来判断需要执行哪个中断处理程序。

下面为中断处理程序的 C 语言代码：

__irq void IRQ_Handler(void) //中断处理函数

{

IRQ_Function();

}

一旦外部中断触发时，ARM处理器通过自己的硬件特性，执行到中断向量表，通过触发的中断类型来判断到底执行两个中断处理函数，在这里只打开了键盘中断，属于外部中断，当键盘被按下，便产生键盘中断，程序跳转到IRQ_Handler函数处运行，即__irq void IRQ_Handler 伪代码处，IRQ_Function()流程图如下图所示：

图 4.3 中断服务程序处理流程

在执行中断处理程序时，通过矩阵键盘的寄存器的值，获取之后，对获取到的 i 进行判断。要判断矩阵键盘的哪个值被按下，需要对KPAS 的低 8 位来判断，其中 KPAS 的 0~3 位代表行，KPAS 的 4~7 位代表列被按下。

表4.3 KPAS中断控制器屏蔽寄存器位功能表

中断处理程序：

void IRQ_Function(void)

{

char i;

unsigned short int kbd_buff;

i = KPAS_VALUE; //读取矩阵键盘寄存器当中的值，switch (i)

{ case 0x00: // 键盘的1键被按下

kbd_buff=0x8F79; //

LED_CS2 = kbd_buff; //第一个数码管显示1，其他数码管为灭 LED_CS3 = 0x8F8F; //

break;

case 0x01: //键盘的2键被按下

LED_CS2 = kbd_buff; //第二个数码管显示2，其他数码管为灭 LED_CS3 = 0x8F8F; //

break;

case 0x02: //键盘的3键被按下

kbd_buff=0x8F30; //

LED_CS3 = kbd_buff; //第三个数码管显示3，其他数码管为灭 LED_CS2 = 0x8F8F; //

break;

case 0x10: //键盘的4键被按下

kbd_buff=0x198F; //

LED_CS3 = kbd_buff; //第四个数码管显示4，其他数码管显示为灭

LED_CS2 = 0x8F8F; //

break;

case 0x11: //键盘的5键被按下

kbd_buff=0x8F12;

LED_CS2 = kbd_buff; //第一个数码管显示为5，其他数码管显示为灭

LED_CS3 = 0x8F8F; //

break;

case 0x12: //键盘的6键被按下

kbd_buff=0x028F;

LED_CS2 = kbd_buff; //第二个数码管显示为6，其他数码管显示为灭

LED_CS3 = 0x8F8F; //

break;

case 0x20: //键盘的7键被按下，

LED_CS3 = kbd_buff; //第三个数码管显示为7，其他数码管显示为灭

LED_CS2 = 0x8F8F; //

break;

case 0x21: //键盘的8键被按下

kbd_buff=0x008F; //

LED_CS3 = kbd_buff; //第四个数码管显示为8，其他数码管显示为灭

LED_CS2 = 0x8F8F; //

break;

default: break;

}

结合以上说明，对本实验所提供的汇编源代码进行分析，深入理解针对具体的硬件实现，软件是如何配合工作的。

五、实验总结

1．根据实验结果，总结编程中的要点。

六、预习及思考

1．预习《IntelPXA27x Processor Family Developer’s Manual》。

2．预习《ARM嵌入式系统基础教程》，周立功. 北京航空航天大学大学出版社。

3．ARM 体系结构中有多少种异常中断，它们分别是在什么情况下发生 ?

4．查看 ARM 体系结构的资料，结合本章例子程序，完善中断向量表，为软中断和数据访问中止异常中断编写服务例程，并在程序中适当加入语句令程序产生这两种中断。

5．结合图 4.1，简要阐述中断控制器的工作原理，并分析当以下情

况发生时，各状态寄存器（ICPR，ICIP，ICFP）的数值以及中断如何被响应。

A．ICMR＝1；ICLR＝0；

B．ICMR＝1；ICLR＝1；

C．ICMR＝0；ICLR＝1；

以上设置寄存器的方式仅表示在寄存器中对应中断源的那一位被设置 1 或 0。