中断详解
|
要想正确地执行2440的外部中断，一般需要完成两个部分内容：中断初始化和中断处理函数。 在具体执行中断之前，要初始化好要用的中断。2440的外部中断引脚EINT与通用IO引脚F和G复用，要想使用中断功能，就要把相应的引脚配置成中断模式，如我们想把端口F0设置成外部中断，而其他引脚功能不变，则GPFCON=(GPFCON & ~0x3) | 0x2。配置完引脚后，还需要配置具体的中断功能。我们要打开某一中断的屏蔽，这样才能响应该中断，相对应的寄存器为INTMSK；还要设置外部中断的触发方式，如低电平、高电平、上升沿、下降沿等，相对应的寄存器为EXTINTn。另外由于EINT4到EINT7共用一个中断向量，EINT8到EINT23也共用一个中断向量，而INTMSK只负责总的中断向量的屏蔽，要具体打开某一具体的中断屏蔽，还需要设置EINTMASK。上面介绍的是最基本的初始化，当然还有一些其他的配置，如当需要用到快速中断时，要使用INTMOD，当需要配置中断优先级时，要使用PRIORITY等。 中断处理函数负责执行具体的中断指令，除此以外还需要把SRCPND和INTPND中的相应的位清零（通过置1来清零），因为当中断发生时，2440会自动把这两个寄存器中相对应的位置1，以表示某一中断发生，如果不在中断处理函数内把它们清零，系统会一直执行该中断函数。另外还是由于前面介绍过的，有一些中断是共用一个中断向量的，而一个中断向量只能有一个中断执行函数，因此具体是哪个外部中断，还需要EINTPEND来判断，并同样还要通过置1的方式把相应的位清零。一般来说，使用__irq这个关键词来定义中断处理函数，这样系统会为我们自动保存一些必要的变量，并能够在中断处理函数执行完后正确地返回。还需要注意的是，中断处理函数不能有返回值，也不能传递任何参数。 为了把这个中断处理函数与在2440启动文件中定义的中断向量表相对应上，需要先定义中断入口地址变量，该中断入口地址必须与中断向量表中的地址一致，然后把该中断处理函数的首地址传递给该变量，即中断入口地址。 下面就是一个外部中断的实例。开发板上一共有四个按键，分别连到了EINT0，EINT1，EINT2和EINT4，我们让这四个按键分别控制连接在B5~B8引脚上的四个LED：按一下键则LED亮，再按一下则灭：
#define _ISR_STARTADDRESS 0x33ffff00
#define U32 unsigned int
#define pISR_EINT0 (*(unsigned *)(_ISR_STARTADDRESS+0x20)) #define pISR_EINT1 (*(unsigned *)(_ISR_STARTADDRESS+0x24)) #define pISR_EINT2 (*(unsigned *)(_ISR_STARTADDRESS+0x28)) #define pISR_EINT4_7 (*(unsigned *)(_ISR_STARTADDRESS+0x30))
#define rSRCPND (*(volatile unsigned *)0x4a000000) //Interrupt request status #define rINTMSK (*(volatile unsigned *)0x4a000008) //Interrupt mask control #define rINTPND (*(volatile unsigned *)0x4a000010) //Interrupt request status
#define rGPBCON (*(volatile unsigned *)0x56000010) //Port B control #define rGPBDAT (*(volatile unsigned *)0x56000014) //Port B data #define rGPBUP (*(volatile unsigned *)0x56000018) //Pull-up control B
#define rGPFCON (*(volatile unsigned *)0x56000050) //Port F control
#define rEXTINT0 (*(volatile unsigned *)0x56000088) //External interrupt control register 0 #define rEINTMASK (*(volatile unsigned *)0x560000a4) //External interrupt mask #define rEINTPEND (*(volatile unsigned *)0x560000a8) //External interrupt pending
static void __irq Key1_ISR(void) //EINT1 { int led; rSRCPND = rSRCPND | (0x1<<1); rINTPND = rINTPND | (0x1<<1); led = rGPBDAT & (0x1<<5); if (led ==0) rGPBDAT = rGPBDAT | (0x1<<5); else rGPBDAT = rGPBDAT & ~(0x1<<5); }
static void __irq Key2_ISR(void) //EINT4 { int led; rSRCPND = rSRCPND | (0x1<<4); rINTPND = rINTPND | (0x1<<4); if(rEINTPEND&(1<<4)) { rEINTPEND = rEINTPEND | (0x1<<4); led = rGPBDAT & (0x1<<6); if (led ==0) rGPBDAT = rGPBDAT | (0x1<<6); else rGPBDAT = rGPBDAT & ~(0x1<<6); } }
static void __irq Key3_ISR(void) //EINT2 { int led; rSRCPND = rSRCPND | (0x1<<2); rINTPND = rINTPND | (0x1<<2); led = rGPBDAT & (0x1<<7); if (led ==0) rGPBDAT = rGPBDAT | (0x1<<7); else rGPBDAT = rGPBDAT & ~(0x1<<7); }
void __irq Key4_ISR(void) //EINT0 { int led; rSRCPND = rSRCPND | 0x1; rINTPND = rINTPND | 0x1; led = rGPBDAT & (0x1<<8); if (led ==0) rGPBDAT = rGPBDAT | (0x1<<8); else rGPBDAT = rGPBDAT & ~(0x1<<8); }
void Main(void) { int light;
rGPBCON = 0x015550; rGPBUP = 0x7ff; rGPFCON = 0xaaaa;
rSRCPND = 0x17; rINTMSK = ~0x17; rINTPND =0x17; rEINTPEND = (1<<4); rEINTMASK = ~(1<<4); rEXTINT0 = 0x20222;
light = 0x0; rGPBDAT = ~light;
pISR_EINT0 = (U32)Key4_ISR; pISR_EINT1 = (U32)Key1_ISR; pISR_EINT2 = (U32)Key3_ISR; pISR_EINT4_7 = (U32)Key2_ISR;
while(1) ;
2440中断分析 中断向量 b HandlerIRQ ;handler for IRQ interrupt 很自然，因为所有的单片机都是那样，中断向量一般放在开头，用过单片机的人都会很熟悉 那就不多说了。 异常服务程序 这里不用中断（interrupt）而用异常（exception），毕竟中断只是异常的一种情况，呵呵 下面主要分析的是“中断异常”说白了，就是我们平时单片机里面用的中断！！！所有有器件 引起的中断，例如TIMER中断，UART中断，外部中断等等，都有一个统一的入口，那就是中断 异常 IRQ ! 然后从IRQ的服务函数里面分辨出，当前究竟是什么中断，再跳转到相应的中断 服务程序。这样看来，ARM比单片机要复杂一些了，不过原理是不变的。 上面说的就是思路，跟着这个思路来接着分析。 HandlerIRQ 很明显是一个标号，我们找到了 HandlerIRQ HANDLER HandleIRQ 这里是一个宏定义，我们再找到这个宏，看他是怎么定义的： MACRO $HandlerLabel HANDLER $HandleLabel $HandlerLabel sub sp,sp,#4 ;decrement sp(to store jump address) stmfd sp!,{r0} ;PUSH the work register to stack(lr does not push because it return to original address) ldr r0,=$HandleLabel ;load the address of HandleXXX to r0 ldr r0,[r0] ;load the contents(service routine start address) of HandleXXX str r0,[sp,#4] ;store the contents(ISR) of HandleXXX to stack ldmfd sp!,{r0,pc} ;POP the work register and pc(jump to ISR) MEND 用 HandlerIRQ 将这个宏展开之后得到的结果实际是这样的 HandlerIRQ sub sp,sp,#4 ;decrement sp(to store jump address) stmfd sp!,{r0} ;PUSH the work register to stack(lr does not push because it return to original address) ldr r0,=HandleIRQ ;load the address of HandleXXX to r0 ldr r0,[r0] ;load the contents(service routine start address) of HandleXXX str r0,[sp,#4] ;store the contents(ISR) of HandleXXX to stack ldmfd sp!,{r0,pc} ;POP the work register and pc(jump to ISR) 至于具体的跳转原理下面再说 好了，这样的话就容易看的多了，很明显， HandlerIRQ 还是一个标号，IRQ异常向量就是跳 转到这里执行的，这里粗略看一下，应该是保存现场，然后跳转到真正的处理函数，那么很容易 发现了这么一句 ldr r0,=HandleIRQ ，没错，我们又找到了一个标号 HandleIRQ ，看来 真正的处理函数应该是这个 HandleIRQ ，继续寻找 AREA RamData, DATA, READWRITE ^ _ISR_STARTADDRESS ; _ISR_STARTADDRESS=0x33FF_FF00 HandleReset # 4 HandleUndef # 4 HandleSWI # 4 HandlePabort # 4 HandleDabort # 4 HandleReserved # 4 HandleIRQ # 4 最后我们发现在这里找到了 HandleIRQ ，^ 其实就是 MAP ，这段程序的意思是，从 _ISR_STARTADDRESS 开始，预留一个变量，每个变量一个标号，预留的空间为 4个字节，也就是 32BIT，其实这里放的是真正 的C写的处理函数的地址，说白了，就是函数指针 - - 这样做的话就很灵活了
接着，我们需要安装IRQ处理句柄，说白了，就是设置处理函数的地址，让PC指针可以正确的跳转。 于是我们在接着的找到安装句柄的语句
; Setup IRQ handler ldr r0,=HandleIRQ ;This routine is needed ldr r1,=IsrIRQ ;if there is not 'subs pc,lr,#4' at 0x18, 0x1c str r1,[r0] 说白了就是将 IsrIRQ 的地址填到 HandleIRQ对应的地址里面，前面说了 HandleIRQ 放的是中断处理的 函数的入口地址，我们继续找 IsrIRQ IsrIRQ sub sp,sp,#4 ;reserved for PC stmfd sp!,{r8-r9} ldr r9,=INTOFFSET ldr r9,[r9] ;读入中断偏移码 ldr r8,=HandleEINT0 ;二级跳转表的首地址 add r8,r8,r9,lsl #2 ;R8=R8+R9X4得到相应的中断入口地址 ldr r8,[r8] str r8,[sp,#8] ;中断入口地址送进SP（第一个代码留出的4字节空间） ldmfd sp!,{r8-r9,pc}
要理解这个代码，得先学学2440的中断系统了，INTOFFSET存放的是当前中断的偏移号，根据偏移就知道 当前是哪个中断源发生的中断。 注意了，我们说的是中断，而不是异常，看看原来的表是啥样子的 ^ _ISR_STARTADDRESS ; _ISR_STARTADDRESS=0x33FF_FF00 HandleReset # 4 HandleUndef # 4 HandleSWI # 4 HandlePabort # 4 HandleDabort # 4 HandleReserved # 4 HandleIRQ # 4 HandleFIQ # 4 HandleEINT0 # 4 HandleEINT1 # 4 HandleEINT2 # 4 HandleEINT3 # 4 ....... 可以看到，前面几个是异常，从 HandleEINT0 就是 IRQ异常的向量存放的地方了，这样就可以理解为 什么上面 IsrIRQ 里面里面要执行那条指令 ldr r8,=HandleEINT0 add r8,r8,r9,lsl #2 道理很简单， HandleEINT0 就是所有IRQ中断向量表的入口，在这个地址上面，加上一个适当的偏移量， INTOFFSET ，那么我们知道现在，到底是哪个IRQ在申请中断了。 至于具体怎么跳转的？ 首先，我们说了，HandleEINT0 开始的一段内存里面，存放的就是中断服务函数的函数指针，ARM的体系 的话，每个指针变量就是占4个字节，这里就解释了，为什么这里为每个标号分配了4个字节的空间，里面 放的就是函数指针！！！下面再看看怎么跳转，继续看 IsrIRQ 里面就实现了跳转了 str r8,[sp,#8] ldmfd sp!,{r8-r9,pc} 其实最核心就是这两句了，先查找到当前中断服务程序的地址，将他放到 R8 里面，然后出栈，弹出给PC 那么PC很自然就跳到中断服务程序了。至于这里的堆栈问题又是一个非常棘手的，需要好好的参透ARM的 中断架构，需要了解的可以自己仔细的阅读《ARM体系结构与编程》里面说的很详细。我们这里的重点 是研究怎么跳转。 最后，我们看看在C代码中是怎么安装终端向量的，例如看按键的外部中断，是怎么具体设置的，参看 /src/keyscan.c 里面的代码 很简单，里面只有3个函数 KeyScan_Test 是按键测试的主函数 Key_ISR 是按键中断服务函数 在 KeyScan_Test里面，我们发现了有这么一句 pISR_EINT0 = pISR_EINT2 = pISR_EINT8_23 = (U32)Key_ISR; 可以理解否？ Key_ISR就是上面提到的按键中断服务函数，函数的名字，代表的就是函数的地址！！！！ 将中断服务函数的地址，注意了，是地址，这是一个 U32型的变量。送到几个变量，我们以pISR_EINT0 作为例子，查看头文件定义，在 2440addr.h 里面找到 // Interrupt vector #define pISR_EINT0 (*(unsigned *)(_ISR_STARTADDRESS+0x20)) _ISR_STARTADDRESS有没有似曾相识的感觉？没错，刚才分析的汇编代码里面就提到了 ^ _ISR_STARTADDRESS ; _ISR_STARTADDRESS=0x33FF_FF00 HandleReset # 4 HandleUndef # 4 ...... 对，地址就是这里，然后 _ISR_STARTADDRESS+0x20 就是跳过前面的异常向量，进入IRQ中断向量的入口 所以说到尾 pISR_EINT0 = (U32)Key_ISR; 完成的操作就是，将 Key_ISR 的地址存放到 HandleEINT0 # 4 这个IRQ向量表里面！！！！ 当按键中断发生的时候，发生IRQ异常中断 当前PC值-4 保存到LR_IRQ里面，然后执行 b HandlerIRQ 然后是执行 HandlerIRQ sub sp,sp,#4 ; 预留一个用来存放PC地址 stmfd sp!,{r0} ; 保存R0，因为下面使用了 ldr r0,=HandleIRQ ; 将HandleIRQ（服务程序）的地址装载到R0 ldr r0,[r0] str r0,[sp,#4] ; 保存到刚才预留的地方 ldmfd sp!,{r0,pc} ; 弹出堆栈，恢复R0，并且将刚才计算好的 HandleIRQ 地址弹出到 PC 堆栈是向下生长的，所以 SUB SP,SP,#4 就相当于 PUSH XX，但是这个XX这个时候并没有用，因为这里 用的是强制移动 SP 指针实现的。然后得到服务程序的地址，再将这个值放回刚才预留的栈的空位上面，最后 就是POP出R0恢复，并且将刚才得到的服务程序的地址送到 PC，那么实现的效果就是跳转到 HandleIRQ 里面了。 接着看刚才是怎么安装的HandleIRQ 的 ; Setup IRQ handler ldr r0,=HandleIRQ ;This routine is needed ldr r1,=IsrIRQ ;if there is not 'subs pc,lr,#4' at 0x18, 0x1c str r1,[r0] 可以看出，这里将 IsrIRQ 的地址的值保存到 HandleIRQ 中，也就是说，上面的 IRQ 服务程序，这个时候实际 上就是指 IsrIRQ ！ 所以接着的事情就是转移到 IsrIRQ 中执行： IsrIRQ sub sp,sp,#4 ; 预留一个值来保存PC stmfd sp!,{r8-r9} ldr r9,=INTOFFSET ; 计算偏移量，下面解释 ldr r9,[r9] ldr r8,=HandleEINT0 add r8,r8,r9,lsl #2 ldr r8,[r8] str r8,[sp,#8] ; 因为保存了2个寄存器R8 R9 ，所以SP下移了8位 ldmfd sp!,{r8-r9,pc} ; 恢复寄存器，弹出到PC，同上面的一样 怎么保存，操作SP，跟最后弹出到PC的部分和上面的例子一样，下面说说中间的计算部分 计算偏移量，其实原理很简单，首先 INTOFFSET 保存着当前是哪个IRQ中断，例如 0代表着 HandleEINT0，1代表 HandleEINT1 ..... 等等，这不是乱来，有一个表的，这个是由 S3C2440 的datasheet说的，自己可以去查看。 然后得到 中断处理函数的向量表，这个表的首地址就是 HandleEINT0，那么很自然的想到，怎么查表？那还不简 单？HandleEINT0 + INTOFFSET 不就完了？基地址加偏移量就得到表中某项了，当然，因为这里是中断处理向量 每一项占用4个字节，所以用lsl #2处理一下，左移2位相当于乘以4，偏移量乘以4，这应该很好理解的。 我们这个例子找到的就是 HandleEINT0 ，将里面的值读出来，里面放的是 HandleEINT0 服务函数的地址，这个 地址怎么来的？是在C程序里面设置的。我们看 keyscan.c 程序，找到一个 void KeyScan_Test(void) 函数， 里面有这么一句： pISR_EINT0 = pISR_EINT2 = pISR_EINT8_23 = (U32)Key_ISR; 这里是安装了3个按键中断服务程序，我们只关注 0号中断，也就是 pISR_EINT0 = (U32)Key_ISR; 这句话什么意思？先看看pISR_EINT0的定义，在 2440addr.h 中定义 #define pISR_EINT0 (*(unsigned *)(_ISR_STARTADDRESS+0x20)) 看到没有？_ISR_STARTADDRESS 不就是刚才说的那个异常向量的入口地址？加上一个 0x20 之后实际上指向的，就是 HandleEINT0 ！！！这么说来，上面的意思就是，将 Key_ISR 处理函数的入口地址，送 到 HandleEINT0 中。 再来看 Key_ISR ，这是一个典型的服务程序，加了_irq 作为编译关键字，告诉编译器，这个函数是中断服务程序 得保存需要的寄存器，免得被破坏。具体可以参考 《ARM体系结构与编程》P283 页的描述。 static void __irq Key_ISR(void) { ....... } 加上 _irq 关键字之后，编译器就会处理好所有的保存动作了，并不需要多关心。但是这个是 ARM-CC 编译器的关 键字，GCC中并没有这个东西，所以GCC处理中断的时候最好还是自己保存一下。 到这里为止，整个中断的过程就解释完毕。分析的过程中确实学习了很多。 |