carloscn/blog

DSP-F2812的中断系统

carloscn opened this issue · 0 comments

carloscn commented

DSP-F2812的中断系统

2014年5月1日，于沈阳化工大学，5号楼

第一次接触中断概念还是在C51单片机中，那时候讲的中断就是很简单的一个功能，LED的点亮，后来在图书馆借书发现真的好多程序在中断中可以执行的。那时候发现啊中断真是个重要的概念。后来我C51就放弃了，很久一段时间我开始接触2812这个概念又一次的出现，或者吧，中断是在MCU中的一个重要的**。X2812的中断系统，我们再一次的学习，现在我就要进行一个整理，算是我对X2812的一个理解。

1. 什么是中断

中断是个通用的概念，任何MCU中都会有中断系统。给举个生活中的简单的例子，我正在打字，然后电话突然响了，然后我停下手中的工作去接电话，然后处理一些事情，电话结束，然后我继续打字。我在举一个软件中断的例子，我写了一段C语言的代码，里面当然有必要的main函数，还有我定义的add()函数，我开始在main函数中赋值，然后就执行了add()函数，以下例子：

#include <stdio.h>

int add(int,int);

void main(void){
	int a,b,c;
	a = 1;
	b = 2;
	c = add(a,b);
	a = 2;
	b = 3;
}
int add(int a,int b){
	int c;
	c = a + b;
	return(c);
}

这是一个非常简单的C语言程序，我们看到我们看到在c = add(a,b);这条语句的时候，程序脱离了main函数转而进行了add函数。这就是个中断。或许我们可以这么理解。本例中中断的触发方式是通过add(a,b)这种方式使程序进入了中断。当然生活中的例子打电话，电话铃响了就是一个触发方式。那么同样的道理，我们的DSP中也有特定的方式触发中断，我们要告诉DSP这里有个中断要执行了。

DSP的中断系统我们需要一部分一部分的理解。首先要明确，DSP的中断系统分为三级CPU级，PIE级，外设级别。这个就像是皇帝办公，CPU当然就是皇帝了，PIE是个太监吧，外设级就像是大臣。大臣一般都是写奏折，奏折上面写了一大堆什么哪里发大水了，有个地方要兴建什么东西啊之类的。写奏折就是为了上表皇帝，让皇帝去处理。但是大臣不可以直接交给皇帝，万一夹了什么暗器之类的伤到皇帝怎么办，而且各种各样的大臣，有什么礼部，文部，各种各样的官员，皇帝是很闹心的。一会儿礼部，一会儿翰林的，一会儿搞礼仪，一会儿搞文化的，是非常非常闹心的。因为各种各样的理由，产生了一个中间级的中断，这个中断就是PIE中断。Peripheral Interrupt Expansion全称就是外围中断扩展，其实就是外设中断的管理器。也就是那个太监。它负责的就是把外设中断传递给CPU中断，也就是大臣们提出请求，然后交给太监，太监们的工作就是分类，排序，然后等皇帝处理完一批，然后再交上去一批。用正常的话翻译过来就是外设中断提出请求交给PIE进行处理，然后再给CPU等待响应。那么我们就来具体研究一下这个中断的过程，每个过程都是怎么进行的！

2. X2812的CPU中断

书中的几句话，写的非常的好。DSP中，申请信号通常是由软件和硬件产生的信号，他们可以使得CPU暂停正在执行的主程序，转而去执行一个中断服务子程序。通常中断申请信号是由外围设备提出的，表示一个特殊的事情已经发生，请求CPU暂停正在执行的程序，去处理响应的紧急的事件。例如，CPU定时器0完成一个周期的计数，就会发出一个周期中断的请求信号，这个信号通知CPU定时器已经完成了一段时间的计时，这个时候可能有些禁忌的情况需要CPU过来处理。

CPU定时器0的中断是个很重要的中断，因为它可以通过计时的方式准确的进入我们的中断子程序，我们在中断子程序中建立一些为我们服务的程序，就能达到相应的要求，我么要会使用定时器中断进行计时操作！

下面我们分别来说说三级中断，从皇帝开始了！

2.1 CPU中断的概述

CPU的中断同F2812一样，有两种方式，一种是软件触发，一种是硬件触发（片内外设或者外围中断信号）。还有种说法，中断分为两种，一种是可屏蔽中断（屌丝级），一种是不可屏蔽中断（大官儿级的），可屏蔽中断就是可以被打断，（CPU如果很忙的话该中断发出信号，CPU可以很不友好的说，你给我等会儿。）可是不可屏蔽中断就不一样了（CPU就说，是的领导，以最快的速度执行。啥都不管了。）不可屏蔽中断就是不可以被屏蔽的中断，一旦中断信号发出了申请，CPU必须无条件的立即执行相应的服务子程序。我只介绍一个不可屏蔽中断：

image-20221203100256288

左面的引脚看到了吧，XNMI_XINT13引脚，通过该引脚可以产生叫做NMI的不可屏蔽中断，该引脚是低电平的时候，CPU就能检验到一个有效的中断请求，然后就进行他的中断服务程序。（领导级别的中断就是不一样，不顾一切的执行，优先级最高了。我们记住这个领导就好了。皇帝都要服从他们的命令，我们就封它为皇太后怎么样，以哀家自称。这个厉害！）

CPU就像是个皇宫，里面有做处理的皇帝，有不可屏蔽的皇太后，还有一群可以被屏蔽的妃子。这群妃子怎么工作呢。妃子有的要求皇帝过来的时候皇帝就会放下手中的事儿去找妃子了。假如皇帝在书房处理大臣们的奏折，这个时候定时器0妃子吵吵了，说非得要皇上过去看她，她病的很严重。皇帝放下手中的笔，把没处理完的奏折小心的放一个特殊的位置，方便下一次的处理。然后就去找定时器0妃子了。皇帝保存好奏折就是保护现场的行为。DSP的CPU会奖一些工作例如ST0，T,AH,AL,PC等寄存器的内容放在堆栈里面。然后才去执行中断。

当然了，后宫的等级制度是很严格的，比如这32个妃子，有32个妃子呢，谁得宠，谁不得宠，谁家背景深厚，都有说道。比如定时器0妃子刚才不叫皇上去她那里吗？这时候皇后说头疼，也发出头疼也发出同样的请求叫皇上去。皇上肯定先去比较重要的那里啊。一般啊，我们认为皇后是比较重要的，皇后是RESET中断。优先级最高了。定时器0妃子就闹心了。只能等皇帝看完皇后再去看妃子。如果皇帝看完皇后了，定时器0妃子还在呼唤皇帝，那么皇帝就去定时器0妃子那里，如果这时候皇后又吵吵腿疼，继续叫皇上。皇上还要留在皇后这里，定时器0妃子只能等着了。。。。（可怜的定时器0妃子，如果我是皇后，我就一直叫着皇帝….你妹的就别想了。不过我们不用担心定时器0妃子，定时器0妃子的等级还是比较高的。）

DSP可屏蔽中断的优先级迎刃而解，CPU的中断是有优先级的。优先级高的先处理。其实皇太后（NMI）也是有优先级的。只不过真的很特殊，她的地位非常尊贵，不可以和其他妃子相提并论，所以我们暂且把皇天后奉在他的寄存器里面，不去管她，让她安心礼佛。如果有一天她出来了， 那么CPU必然无条件的执行皇太后的命令！

2.1.2 CPU中断使能寄存器

使能就是一个按钮呗，按下它就开始运转了。我们通过程序来控制，使能就是个很重要的事儿了。简而言之，使能寄存器，就是个开关寄存器。IER里面包含的开关有很多啊，从INT1到INT14，还有DLOGINT,RTOSINT（仿真有关）相应的位如果设置到它的头上，那么久开始了中断操作。

例子（主函数通常写的）
IER = 0x0000;
意思就是全部禁止

2.1.3 CPU中断标记寄存器

如果举手，上面举的电话铃声响起。来提示CPU要来进行这个中断。再举一个比较详细的例子，学校上课时老师提出问题，然后学生积极举手发言，没有老师的允许同学们是不可以站起来说话的，只有老师点名你你你，才可以进行发言。说的就是这个意思，IFR就是上面使能寄存器对应的标记寄存器，写0就是该中断被屏蔽，写1就是该中断已经举手，准备就绪了。如果这中断举手了，还被CPU命中，那么一拍即合。这个位置就表示CPU是否提出了请求。与上面同样包含INT1----INT14,还有两个仿真。

IFR = 0x0000;

寄存器就算是结束了，然后我们进行下一个话题。就是CPU可屏蔽中断的相应过程。现在还要注意一个问题啊，我们研究的是CPU中断内部的情况，从外边看，PIE和外设中断是不管CPU是怎么处理的，就像是黑盒一样，自己内部做着自己的事儿。PIE只管分配外设的中断给CPU，剩下CPU家事儿自己管理。

image-20221203100434978

这是从PDF上截取的图片很简单吧，开关有两个IFR，IER，然后还有个INTM。INTM算是总闸。不开它啥都白扯。INTM是全局中断，是要开启的。我们要开IFR，IER然后要开的就是全局中断INTM。

CPU开始看到谁举手，也就是IFR检查，然后在在举手里面检查IER是否使能，如果使能就检查全局中断INTM开了没有，如果都开了，那么久开始进行处理。然后IFR就会被自动清0等待其他的响应。这个遵循优先级的原则。我们要注意了。还有个问题，IER,IFR设定范围是INT1----INT12那么INT13，INT14去哪里了？一会儿再说啦！

好了，CPU中断这块就完成了，我们将它封装起来，不管他里面做什么，我们看看需要设置什么。对应了设置，不就能利用好CPU了吗？我们还管他做什么，剩下的就是他自己的事儿了。我们需要设置那个IFR，IER，还有INTM全局中断，可以了。然后注意了，CPU开始执行谁先清它的标志位，如果我们想让这个中断继续执行，那么我们在手动把标志位置回来。就这些了。

2.2 PIE级中断

image-20221203100513428

看到了吗？CPU-TIMER0发出TINT0信号给PIE，PIE控制的是INT1---INT12，所以对于刚才的CPU里面的，INT1---INT12位的设定是因为这个，然而那个多出INT13，INT14分别是TIMER1和TIMER2的位置。看来TIMER1和TIMER2这个应该就是亲王，不需要太监来管理他们的奏折，直接访问CPU。都是自家人嘛。除了TIMER0了还有一些片内外设中断服从PIE管制，什么EV,ADC,SCI,SPI,CAN。他们要时钟，同样也在PIE管辖范围内。那些皇亲国戚咱们就不管了，他们很简单，及时走后门呗，什么亲王，皇太后，我们就不去理会了。咱们研究的是INT1-----INT12的。我们只消记住，CPU-TIMER0是正常的途径，需要PIE的认证

2.2.1 PIE中断的概述

我们刚从皇宫里面出来，了解了皇帝，皇太后，亲王，还有32个妃子。现在我们就要进入太监们的世界，看看太监是怎么工作的。

DSP的世界一共设立了96个大臣，对应的，PIE中有挑出了拔尖儿的12个太监，来管理96个大臣的请求，12个太监就把大臣们的请求放在对应的INT1-----INT12中。太监们把大臣分为8组，每一个太监负责8个大臣。

image-20221203100550076

上面就是名单了，我们可以看到哪个太监负责哪组的哪个大臣。现在定时器0特别想知道负责他的提案的是哪个公公。希望他办事儿快一些。可以从上面的名单看到，TINT0是在INT1太监的第7组放着。TIMER0就开始去找INT1公公，希望他能快一点儿提交自己的奏折。当然了，INT1公公还要负责ADCINT,XINT2，XINT1的，面子蛮大的。所以大臣们还得畏惧他们三分哦。

公公也是有等级的，谁贪上了有大全的公公谁就合适呗。当然最有面子的公公就是INT1，而且公公们在自己的世界执行事例也要按照自己的规矩走，那么就是从大的组往小的组走，INT1公公最厉害，所以啥都得INT1公公先来，它的名单第一个是WAKEINT也就是这个大臣是最先走的，然后是TINT0，INT1公公最后一个PDPINTA，执行完了，INT2公公的T1OFINT才能执行。所以也要注意公公们的三六九等。

公公们也仿造皇宫，实行举手，使能制度，每个公公都有个PIEIERx,PIEIFRx，初次之外还有皇宫控制他们的PIECTRL和他们之间的PIEACK。比如INT9公公持有PIEIER9,PIEIFR9的权利。谁举手就去传递谁给CPU。

1. PIE中断使能寄存器

INTx8-----INTx1，8位。其他的保留，分别对那些大臣使能的。不用多说了吧

2. PIE中断标志寄存器

INTx8-----INTx1，同理。以上是每个公公都有的，下面是共有的。

3. PIE应答寄存器（自己协调同组中断）

这个的作用是响应同组中断，一共是12位，也就是12个公公中有哪个公公要上报皇帝，就要把这个开了，比如：INT1公公要开始上报自己负责的大臣，那么就要应答CPU，告诉CPU我要上报，等CPU说呈上来，那么INT1公公就要按照名单顺序一一上报给皇帝。（INT1那位就被写0）。哪个公公想开下个中断就要等它那位置清0才行。这就是应答寄存器。PIEACK，11~0位，分别为0 ---- 11的公公。

4. PIE控制寄存器

PIEVECT位：15~1位，表示从PIE向量表中取回的向量地址。
ENPIE位：位0，从PIE块取回向量使能。

3. X2812的三级中断系统分析

image-20221203100801532

看这个流程，大概就是从片内外设或者是外部的中断申请一些中断然后传递给PIE级，PIE进行相应的PIEIER和PIEIFR的开关设置，之后，必须要进行ACK应答，才能进入CPU级，CPU根据相应的中断，开始判断IFR和IER，最后INTM开始了CPU的执行。

下面我们来重点讲解一下：

I. 外设级中断

片内外设级中断，也就是包含EV,SCI,SPI,ADC,ECAN等模块，每个模块都有相应的动作来触发中断的产生，可能是周期中断，也可能是比较中断，千变万化。但是每个外设的中断都遵守着固定的准则，每个外设级中断的原理都是相同的，如同PIE，和CPU级的中断，标志位，和使能位的方式来控制。在外设的某个寄存器与该中断的相关标志位被置位1，该外设就向PIE控制器发出一个中断请求。相反，虽然中断事件已经发生了，相应的中断标志位还没有被置位，那么这个中断就不会发生。如果学生想要回答老师的问题，但是没有举手，老师怎么会知道你要回答问题呢。那么上个道理也如同，你举手了，但是不会作答，这个问题还是没有解决。只有你举手了还会做出正确的答案，老师才能认为这个问题结束。所以，我们不但要置位标志位，还要使能使能位。
我们举个例子，TIMER0这个计数寄存器，TIMH:TIM到0的时候，就会发送一个定时器0的中断T0INT事件，CPU定时器0的周期中断。这时候，如果TIMER0TCR的第15位定时器中断标志位TIF被置位1。这个时候如果TIMER0CTLR的第14位，也就是定时器TIE的值是 1的话，则CPU定时器0就会向PIE控制器发出中断请求。当然如果TIE的值是0的话，那么该中断就没有被使能，就不会向PIE发送请求，而且中断标志位一直保持是1，除非通过程序清除。(SCI,SPI不用)

CpuTimer0Regs.TCR.bit.TIF = 1 ;// 清除定时器中断标志位。  写1来清除标志位，写0无效。

中断的标志位是由外设特定的行为产生才被置位的。比如TIMH:TIM到0标志位被置1。比较单元的比较到达那个数，标志位被置1。然后我们能做的就是使能这个寄存器的中断，IE。所以想要进行中断，一半在于这个模块的顺利进行，另一半的权利在于我们手里的IE。但我们的权限要胜于IF，因为我们能将其IF置0；

外设级的中断我们只需要注意的就是IE了。配置那个模块的控制寄存器之类的，还要在初始化的时候将标志位置位。剩下的在于PIE级的。

II. PIE级

当外设产生中断的时候响应的中断标志位级被只为了，中断使能位使能之后，外设就会把中断请求提交给PIE中断，由PIE裁决哪个是重要的那个是不重要的。同样滴， PIE级的中断也有标志位和使能位，但是PIE多了一个应答寄存器，这个ACK相当于一个关卡，因为一个PIE组要管理8个中断，要是同时请求，那么除了优先级可以控制，一起向CPU发送请求，也是会混乱的。所以ACK的存在使得一次放行一个中断，按照优先级来。是个这么原理，加入TIMER0的PIE级中断INT1进行中，ACK的INT1的位（0位）就被置位，并且一直保持着1状态。如果PIE1组内发生了其他的中断请求，则暂时不会被PIE控制器响应并送给CPU，必须等到PIEACK的INT1的位被清0之后才能响应，而且它还得保持请求状态，所以一定要手动复位PIEACK的相关位，是的PIE控制器能够响应同组内的其他中断。对PieCtrl.PIEACK.bit.ACK1 = 1; // 响应PIE组1内的其他中断。

III. CPU级

同样的道理CPU级的也存在着IER和IFR，中断标志位和中断使能位。当一个外设中断通过PIE发送到CPU时,Cpu中断的标志位IFR就会被INTx就会被置位。例如，当CPU中断标志中断T0INT发送CPU时，IFR的第0位INT1就会被置位，然后该状态就会被锁存到IFR中。这是CPU不会马上去执行这个中断，而是检查IER寄存器相关的位使能情况和CPU寄存器ST1中全局中断控制开关INTM的使能情况。如果IER中的相关位被置位，并且INTM的值为0（注意啦，为0），CPU就会响应。

CPU接收到中断请求，并发现可以去响应时，就得暂时停止正在进行的程序，转而执行它的中断服务子程序，但在此时就如同上面所说的，要保护现场，皇上要去找妃子，就要保存好刚刚正在批阅的奏折。执行时CPU就会将相应的IFR位进行清除（清除的是自己的IFR不是外设和PIE的标志位，自己管自己的事儿。）EALLOW被清除，INTM被置位，就是全局中断自动关闭。就是拒绝其他的中断，然后专心进行中断服务子程序，CPU然后会在向量表里面提取出对应的中断向量ISR，转而执行中断服务子程序。CPU的中断标志位的置位和清除是自己完成的。

5. 实现中断的必要步骤

  1. 系统时钟控制方面：
#include <DSP28_Device.h>

void InitSysCtrl(void){
	Uint16 i;
	EALLOW;
	SysCtrlRegs.WDCR = 0x0068;
	SysCtrlRegs.PLLCR = 0xA; 
	for(i = 1; i < 5000; i++){ }
	SysCtrlRegs.HISPCP.all = 0x0001;
	SysCtrlRegs.LOSPCP.all = 0x0002;
	EDIS;
}
  1. GPIO控制方面：
#include <DSP28_Device.h>

void InitGpio(void){
	EALLOW;
	GpioMuxRegs.GPFMUX.bit.XF_GPIOF14 = 0;  // 设置为I/O口
	GpioMuxRegs.GPFDIR.bit.GPIOF14 = 1;  // 设置为输出方向
	GpioDataRegs.GPFSET.bit.GPIOF14 = 1; // 初始化电平
	EDIS;
}
  1. 主函数阶段：
#include <DSP28_Device.h>
void main(void){
	InitSysCtrl();
	DINT;               // CPU级中断 禁止CPU中断也就是关闭INTM
	IER = 0x0000;        // CPU级中断 关闭所有使能和中断标志位
	IFR = 0x0000;
	InitPieCtrl();
	InitPieVectTable();
	InitGpio();
	InitCpuTimers();
	PieCtrl.PIEIER1.bit.INTx7 = 1;  // PIE级中断 ：使能PIE模块中的CPU定时器0的中断
	IER |= M_INT1;
	EINT;
	ERTM;
	ConfigCpuTimer(&CpuTimer0,150,1000000);
	CpuTimer0Regs.TCR.bit.TSS = 1;
	for( ; ;){}
}
  1. 中断阶段
interrupt void TINT0_ISR(void){
	CpuTimer0.InterruptCount++;
	GpioDataRegs.GPFCLEAR.bit.GPIOF14 = 1;
	// ....
	CpuTimer0Regs.TCR.bit.TIF  = 1; // 清除外设中断的标志位
	PieCtrl.PIEACK.bit.ACK1 = 1;
	EINT;
}

补充：

实际上，在主函数中PIE的使能还有一个就是指定ISR服务程序。

EALLOW;
PieVectTable.SCIRXINTA = & SCIRXINTA_ISR;
PieVextTable.SCITXINTA = & SCITXINTA_ISR;
EDIS;

在初始化向量表之后，这样的话我们就可以在主函数中写入中断程序，而不是进入到defultISR文件中写入中断函数，只要我们指定对后面的向量表就一切没有问题。CPU是要从向量表中调回程序的！

中断函数的原理总结完毕了，书本上的知识也就是这么多，PDF对于英文的考验可想而知，毕竟英文读的少些，平时要注重自己英语水平的提升。我们要在实践中保证自己的技能，我们要对自己负责。或许吧，如同这DSP，我们要考究他的根基，才能更深入的明白。再见，X2812的中断！