數(shù)字信號(hào)控制器的中斷系統(tǒng)分析與實(shí)現(xiàn)方法

　　引言

　　數(shù)字信號(hào)控制器(Digital Signal Controller, DSC)是將DSP內(nèi)核與MCU接口相結(jié)合的微處理器芯片。DSC同時(shí)具有數(shù)字信號(hào)處理能力和MCU控制接口，并且中斷系統(tǒng)功能非常豐富。中斷是指CPU正在處理某件事情時(shí)，突然發(fā)生的某一外部事件(如一個(gè)電平的變化，一個(gè)脈沖沿的發(fā)生或定時(shí)器的計(jì)數(shù)溢出等)請(qǐng)求CPU迅速去處理，此時(shí)，若條件允許，CPU暫時(shí)中斷當(dāng)前的工作，轉(zhuǎn)去處理所發(fā)生的事件(中斷服務(wù)程序)，處理完后，再回到原來中斷的地方，繼續(xù)原來的工作，這樣一個(gè)完整的過程稱為中斷[2]。外設(shè)在需要時(shí)通過中斷，中止CPU當(dāng)前的工作，進(jìn)行信息交換;這樣可以實(shí)現(xiàn)CPU和多個(gè)外設(shè)同時(shí)工作，提高系統(tǒng)的吞吐率和使用效率[3,4]。因此，中斷具有處理突發(fā)事件、提高CPU的效率、可以實(shí)現(xiàn)多任務(wù)數(shù)據(jù)事件管理等特點(diǎn)。當(dāng)多個(gè)中斷源發(fā)出中斷請(qǐng)求時(shí)，CPU需要選擇接收哪一個(gè)中斷源，這就帶來中斷源選擇問題[5]。

　　解決這個(gè)問題的方法有屏蔽選擇法、優(yōu)先級(jí)選擇法和優(yōu)先屏蔽選擇法三種。屏蔽選擇法主要是通過屏蔽手段將某些中斷源請(qǐng)求與CPU隔離;這種屏蔽中斷方法可以屏蔽系統(tǒng)所有中斷，也可以只屏蔽某個(gè)模塊中斷。屏蔽系統(tǒng)所有中斷意味著系統(tǒng)所有中斷請(qǐng)求CPU都不接受，屏蔽某個(gè)模塊中斷說明只是屏蔽的模塊中斷請(qǐng)求CPU不接受，其它沒屏蔽模塊中斷請(qǐng)求可以進(jìn)入CPU。傳統(tǒng)51芯片采用這種方法，飛思卡爾的MC9S08AW60也采用該種方法。屏蔽選擇法通過屏蔽手段，有效地解決某些中斷源的干擾問題[6]。優(yōu)先級(jí)選擇法通過對(duì)中斷源設(shè)置不同的優(yōu)先級(jí)，當(dāng)多個(gè)中斷源發(fā)出請(qǐng)求時(shí)，優(yōu)先級(jí)高的中斷請(qǐng)求率先進(jìn)入CPU，該中斷處理完成后，次優(yōu)先級(jí)的中斷源進(jìn)入CPU，以此類推[7]。這種方法有效避免了屏蔽選擇法造成的被屏蔽中斷永遠(yuǎn)不能被處理的不足。優(yōu)先屏蔽選擇法同時(shí)具有其他兩種方法的功能，既可屏蔽所有中斷源，又可屏蔽某些模塊中斷源，也可以對(duì)非屏蔽的中斷源進(jìn)行優(yōu)先級(jí)設(shè)置。這種方法既能避免優(yōu)先級(jí)選擇法不能解決某些中斷源的干擾問題，又能有效避免屏蔽選擇法造成的被屏蔽中斷永遠(yuǎn)不能被處理的缺點(diǎn)[8]。該種方法目前逐步被DSC芯片商采用，如MC56F8257芯片就采用這種方法。從上面分析看出，DSC對(duì)中斷處理比51芯片要復(fù)雜，但從另外角度看，DSC中斷帶來更大的靈活性。靈活性與穩(wěn)定性一對(duì)矛盾，本文以MC56F8257為例，從分析DSC中斷系統(tǒng)及其中斷處理技術(shù)入手，闡述其中斷處理方法，并給出處理步驟，為其應(yīng)用提供指導(dǎo)。

　　1 MC56F8257中斷系統(tǒng)

　　MC56F8257共有67個(gè)中斷源、5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)。中斷的請(qǐng)求是通過中斷控制器模塊控制的。中斷控制器模塊由中斷源、優(yōu)先級(jí)設(shè)置和控制部分組成，其框圖如圖1所示，主要用于配置中斷優(yōu)先級(jí)、解析中斷請(qǐng)求，并且將中斷向量交給CPU執(zhí)行。

　　圖1 中斷控制器框圖

　　從圖1可以看出，在中斷請(qǐng)求處理過程中，當(dāng)有多個(gè)中斷源發(fā)出請(qǐng)求(INT1…INTn)時(shí)，首先優(yōu)先級(jí)別譯碼模塊根據(jù)用戶設(shè)置的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行譯碼，譯碼后進(jìn)入相應(yīng)的優(yōu)先級(jí)編碼器進(jìn)行編碼，最后通過控制模塊進(jìn)行優(yōu)先級(jí)的配置?？刂颇K根據(jù)DSP56800E核中的狀態(tài)寄存器SR中的屏蔽等設(shè)置位，對(duì)編碼后的中斷源進(jìn)行處理，處理后的結(jié)果反映在控制寄存器INTC_CTRL中的INT、VAB和IPIC位。

　　INT是中斷位，該位反映內(nèi)核中斷的狀態(tài)。當(dāng)該位值為1時(shí)，有中斷送入內(nèi)核;否則，無中斷送入內(nèi)核。IPIC是中斷優(yōu)先級(jí)位，該位表示送入內(nèi)核的中斷源的優(yōu)先級(jí)，也表示當(dāng)前內(nèi)核所接收的中斷的最高優(yōu)先級(jí)。VAB是中斷向量信號(hào)，也是對(duì)應(yīng)中斷在中斷向量表中的地址的[7:1]位[9]。

　　MC56F8257內(nèi)核為16位增強(qiáng)型DSP56800E，該內(nèi)核處理中斷請(qǐng)求有兩種模式：標(biāo)準(zhǔn)和快速中斷處理模式[10]。MC56F8257標(biāo)準(zhǔn)中斷處理模式具體流程如圖2所示，該模式通過JSR指令，轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序，占用一定數(shù)量的軟件開銷，但所有級(jí)別中斷都支持該模式。一般中斷處理的控制流程圖如圖2所示。

　　圖2 一般中斷處理的控制流程圖

　　快速中斷處理不需要執(zhí)行JSR指令，如圖3所示，而是通過快速中斷向量地址寄存器獲得中斷服務(wù)程序首地址，節(jié)省了軟件資源，但它只能用于中斷優(yōu)先級(jí)為2級(jí)的中斷。具體采用何種模式，應(yīng)根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需要進(jìn)行設(shè)置。

　　2 MC56F8257中斷設(shè)置方法

　　2.1 中斷的關(guān)閉與開放

　　開放MC56F8257中某個(gè)模塊中斷，通常需要開放總中斷及模塊中斷來實(shí)現(xiàn)。這兩部分缺一不可，并且開放總中斷在前，開放模塊中斷在后。同理，關(guān)閉MC56F8257中某個(gè)模塊中斷，需要關(guān)閉總中斷及模塊中斷來實(shí)現(xiàn)，先關(guān)閉模塊中斷，再關(guān)閉總中斷;如果允許中斷嵌套情況，無需關(guān)閉總中斷。

　　老開放MC56F8257總中斷，則清中斷控制寄存器(INTC_CTRL)的INT_DIS位;關(guān)閉總中斷，則置位該位。具體代碼如下：

　　#define EnableInterrupt()

　　INTC_CTRL&=~INTC_CTRL_INT_DIS_MASK

　　#define DisableInterrupt()

　　INTC_CTRL|=INTC_CTRL_INT_DIS_MASK

　　開放或關(guān)閉模塊中斷，需設(shè)置模塊內(nèi)部的控制寄存器的相應(yīng)位。如開放QSCI模塊的接收中斷0，則需置位QSCI控制寄存器1(QSCIx_CTRL1)中的RFIE位;關(guān)閉該中斷，清RFIE位即可。具體代碼如下：

　　#define EnableQSCIReInt(0)

　　QSCI_C1(0)|=(QSCI1_CTRL1_RFIE_MASK)

　　#define DisableQSCIReInt(0)

　　QSCI_C1(0)&=~(QSCI1_CTRL1_RFIE_MASK)

　　2.2 中斷優(yōu)先級(jí)的設(shè)置

　　DSP56800E內(nèi)核支持5級(jí)中斷：LP、0、1、2和3，其優(yōu)先級(jí)別依次升高[11]。最低優(yōu)先級(jí)LP只能由系統(tǒng)SWILP指令產(chǎn)生;0~2優(yōu)先級(jí)用戶可以編程設(shè)置，主要用于外設(shè)和外部中斷請(qǐng)求;級(jí)別3是最高優(yōu)先級(jí)且不可屏蔽。

　　具體設(shè)置某個(gè)中斷源的中斷優(yōu)先級(jí)，可通過設(shè)置中斷優(yōu)先級(jí)寄存器(INTC_IPR0~INTC_IPR7)中的相應(yīng)位來實(shí)現(xiàn)[9]。如設(shè)置QSCI中斷優(yōu)先級(jí)，通過設(shè)置中斷優(yōu)先級(jí)寄存器(INTC_IPR2)中的QSCI0_RCV位實(shí)現(xiàn)，該位具體含義見表1。

　　表1 QSCI的中斷優(yōu)先級(jí)設(shè)置

　　從表1中可以看出，QSCI中斷可配置三個(gè)不同級(jí)別，即優(yōu)先級(jí)0、1和2。如果用戶不配置QSCI中斷的優(yōu)先級(jí)，則系統(tǒng)復(fù)位時(shí)，自動(dòng)分配其優(yōu)先級(jí)為0;但是復(fù)位后，緊接著初始化QSCI模塊，其優(yōu)先級(jí)由0變?yōu)?。

　　2.3 設(shè)置中斷屏蔽

　　通過設(shè)置DSP56800E內(nèi)核中的狀態(tài)寄存器SR的I0、I1位，實(shí)現(xiàn)屏蔽不同級(jí)別優(yōu)先級(jí)中斷，具體設(shè)置如表2所列。

　　表2 中斷屏蔽位的設(shè)置

　　2.4 中斷向量表的定義

　　MC56F8257有67個(gè)中斷源，其向量號(hào)從0～66[9]。每個(gè)中斷源的中斷服務(wù)程序首地址放入中斷向量表中，當(dāng)有中斷請(qǐng)求時(shí)，CPU通過中斷向量號(hào)在中斷向量表中找到其中斷服務(wù)程序的首地址，根據(jù)這個(gè)首地址找到中斷服務(wù)程序，進(jìn)行中斷處理。

　　中斷向量表在FLASH中的位置由向量基地址寄存器(VBA)決定。向量基地址寄存器VBA[12:0]為21位中斷向量表首地址的高13位，低8位自動(dòng)補(bǔ)0。具體到某個(gè)模塊中斷服務(wù)程序首地址在中斷向量表中的位置，由向量基地址寄存器(VBA)及控制寄存器(INTC_CTRL)的VAB位決定;向量基地址寄存器VBA[12:0]為其在中斷向量表地址[20:0]的高13位[20:8]，控制寄存器(INTC_CTRL)的VAB位為其地址的[7:1]，低位補(bǔ)0。

　　系統(tǒng)復(fù)位后，VBA的復(fù)位值為0x0000，系統(tǒng)進(jìn)入復(fù)位中斷(向量號(hào)為0)，相應(yīng)的起始地址在0x00 0000處，這個(gè)過程系統(tǒng)自動(dòng)完成。如果開放某個(gè)模塊中斷，則需要將該模塊中斷服務(wù)程序的首地址加載到中斷向量表中的相應(yīng)位置。具體過程如下：首先建立中斷向量表，沒有開放的模塊中斷，在表中對(duì)應(yīng)位置放入空函數(shù)的首地址(通過JSR isrDummy實(shí)現(xiàn))，開放的模塊中斷，在表中對(duì)應(yīng)位置放入中斷服務(wù)程序的首地址，通常中斷服務(wù)程序由函數(shù)實(shí)現(xiàn)，在這里通過放入具體函數(shù)首地址實(shí)現(xiàn)。如開放QSCI0的接收中斷(向量號(hào)為32)，則其中斷服務(wù)函數(shù)為isrSCI0_Recv，即可通過在向量表中加入JSR isrSCI0_Recv代碼實(shí)現(xiàn)。具體如下：

　　volatile asm void _vect(void);

　　#pragma define_section interrupt_vectors

　　"interrupt_vectors.text"RX

　　#pragma section interrupt_vectors begin

　　volatile asm void _vect(void) {

　　JSRinit_MC56F824x_5x_ISR_HW_RESET

　　/* Interrupt no. 0 (Used) - ivINT_Reset*/

　　JSRisrDummy

　　/* Interrupt no. 1 (Used) - ivINT_COPReset*/

　　JSRisrDummy

　　/* Interrupt no. 2 (Unused) - ivINT_Illegal_Instruction*/

　　

　　JSRisrSCI0_Recv

　　/* Interrupt no. 32 (Used) - ivINT_QSCI0_RxFull*/

　　

　　JSRisrDummy

　　/* Interrupt no. 65 (Unused) - ivINT_GPIO_A*/

　　JSRisrDummy

　　/* Interrupt no. 66 (Unused) - ivINT_LP*/

　　}

　　#pragma section interrupt_vectors end

　　其中，isrDummy的函數(shù)形式如下：

　　void isrDummy(void){

　　}

　　3 MC56F8257中斷設(shè)置過程

　　MC56F8257中斷設(shè)置主要包括關(guān)閉總中斷、設(shè)置中斷屏蔽和開放總中斷三個(gè)過程。中斷的設(shè)置過程在主函數(shù)和中斷服務(wù)程序中都要得到體現(xiàn)，但二者在設(shè)置過程中有所差異。

　　主函數(shù)中的中斷設(shè)置除了包括上述三個(gè)過程外，還包括開放模塊中斷及設(shè)置中斷優(yōu)先級(jí)，具體流程如下：一是關(guān)閉總中斷，目的是實(shí)現(xiàn)后續(xù)各個(gè)模塊中斷設(shè)置過程中不被外界干擾。二是開放模塊中斷，如果需要某個(gè)模塊中斷，可以使能該模塊中斷。三是設(shè)置各模塊中斷優(yōu)先級(jí)，主要應(yīng)用于多個(gè)中斷請(qǐng)求的情況。在這種情況下，根據(jù)應(yīng)用環(huán)境決定各個(gè)模塊中斷優(yōu)先順序，設(shè)置中斷優(yōu)先級(jí)，如果不設(shè)置優(yōu)先級(jí)，則系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生默認(rèn)的優(yōu)先級(jí)。四是設(shè)置中斷屏蔽，通過屏蔽一定級(jí)別的中斷，使系統(tǒng)避免受其干擾。五是開放總中斷，在上述設(shè)置步驟完成后，通過開放總中斷，使其設(shè)置有效。

　　中斷服務(wù)程序中的中斷設(shè)置包括關(guān)閉總中斷、設(shè)置中斷屏蔽和開放總中斷三個(gè)過程。關(guān)閉總中斷和開放總中斷過程同主函數(shù)，設(shè)置中斷屏蔽過程與主函數(shù)類似，但需要注意的是，主函數(shù)與中斷服務(wù)程序中的中斷屏蔽設(shè)置應(yīng)保證所需的中斷不被屏蔽。

　　4 測(cè)試及其分析

　　4.1 測(cè)試條件與環(huán)境

　　現(xiàn)以MC56F8257中的QSCI模塊中斷及CAN模塊中斷為例，說明上述中斷設(shè)置方法及實(shí)施過程，并對(duì)其過程進(jìn)行分析。選用QSCI模塊的QSCI0傳輸數(shù)據(jù)，波特率設(shè)為9 600 bps。CAN模塊接收數(shù)據(jù)，CAN通信頻率為800 kHz。程序編譯調(diào)試環(huán)境為CodeWarrior 10.4,測(cè)試環(huán)境為串口調(diào)試工具SSCOM V2.0。

　　4.2 測(cè)試結(jié)果與分析

　　從不帶中斷優(yōu)先級(jí)、帶中斷優(yōu)先級(jí)和優(yōu)先級(jí)嵌套三個(gè)方面，測(cè)試分析MC56F8257中斷設(shè)置及實(shí)施過程。

　　(1) 不帶中斷優(yōu)先級(jí)

　　開放QSCI0接收中斷，不設(shè)置其中斷優(yōu)先級(jí)，采用系統(tǒng)默認(rèn)優(yōu)先級(jí)2，不屏蔽該級(jí)別中斷，其主函數(shù)和中斷服務(wù)程序中的中斷代碼略——編者注。

　　運(yùn)行程序，從串口調(diào)試工具SSCOM V2.0發(fā)送字符“a”給MC56F8257，MC56F8257的QSCI0中斷接收，并將接收的數(shù)據(jù)發(fā)送給PC機(jī)，最終接收到字符“a”。

　　如果屏蔽QSCI0接收中斷的默認(rèn)優(yōu)先級(jí)為2，其主函數(shù)和QSCI接收中斷服務(wù)程序中的中斷代碼有所不同，相關(guān)代碼略——編者注。

　　測(cè)試條件同上，其結(jié)果為接收不到字符“a”。

　　(2) 帶中斷優(yōu)先級(jí)

　　開放QSCI0接收中斷，設(shè)置其中斷優(yōu)先級(jí)，不屏蔽該級(jí)別中斷，其主函數(shù)和中斷服務(wù)程序中的中斷代碼略——編者注。

　　測(cè)試結(jié)果同樣也能接收到字符“a”。

　　如果屏蔽QSCI0接收中斷的優(yōu)先級(jí)0，其主函數(shù)和QSCI接收中斷服務(wù)程序中的中斷代碼有所不同，具體相關(guān)代碼略——編者注。

　　其測(cè)試結(jié)果同樣是接收不到字符“a”。

　　(3) 優(yōu)先級(jí)嵌套

　　同時(shí)開放QSCI0接收中斷和CAN模塊接收中斷，并且前者優(yōu)先級(jí)高于后者，其主函數(shù)和中斷服務(wù)程序中的中斷代碼略——編者注。

　　運(yùn)行程序，當(dāng)僅有CAN接收中斷請(qǐng)求時(shí)，CAN接收中斷服務(wù)程序接收字符串“CANMessage”，并通過QSCI0將該字符發(fā)送給串口調(diào)試工具。如果在這個(gè)過程中，又有QSCI0接收中斷請(qǐng)求，則CPU暫停CAN接收中斷服務(wù)程序的執(zhí)行，轉(zhuǎn)向QSCI0接收中斷服務(wù)程序處理，從串口調(diào)試工具窗口接收字符“a”，并發(fā)送給串口調(diào)試工具窗口。將QSCI0接收中斷服務(wù)程序執(zhí)行完成后，返回CAN接收中斷服務(wù)程序繼續(xù)執(zhí)行。

　　如果開放QSCI0接收中斷和CAN模塊接收中斷，并且前者優(yōu)先級(jí)低于后者，其主函數(shù)和中斷服務(wù)程序中的中斷代碼略——編者注。

　　運(yùn)行程序，當(dāng)僅有CAN接收中斷請(qǐng)求時(shí)，CAN接收中斷服務(wù)程序接收字符串“CANMessage”，并通過QSCI0將該字符發(fā)送給串口調(diào)試工具。如果在這個(gè)過程中，又有QSCI0接收中斷請(qǐng)求，則CPU不會(huì)響應(yīng)其請(qǐng)求，繼續(xù)執(zhí)行CAN接收中斷服務(wù)程序，繼續(xù)發(fā)送字符串“CANMessage” 給串口調(diào)試工具。

　　結(jié)語

　　本文以MC56F8257為例，分析DSC中斷系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有處理多達(dá)67個(gè)中斷源的能力，并能夠給這些中斷源賦予不同的優(yōu)先級(jí)，實(shí)現(xiàn)中斷嵌套，并提供標(biāo)準(zhǔn)和快速中斷處理兩種模式，這些特點(diǎn)可使該系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用。

　　上述特點(diǎn)也帶來中斷設(shè)置的靈活性，但是如果設(shè)置不當(dāng)，會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤。本文在分析中斷系統(tǒng)的同時(shí)給出其中斷設(shè)置方法及過程，并詳細(xì)分析中斷優(yōu)先級(jí)設(shè)置過程及注意事項(xiàng)。

　　最后，以MC56F8257中的QSCI模塊中斷及CAN模塊中斷為例，從不帶中斷優(yōu)先級(jí)、帶中斷優(yōu)先級(jí)和優(yōu)先級(jí)嵌套三個(gè)方面，分析中斷設(shè)置過程及響應(yīng)結(jié)果，結(jié)果進(jìn)一步驗(yàn)證了MC56F8257中斷處理具有屏蔽及優(yōu)先級(jí)可配置等特點(diǎn)。