S3C2440中斷體系結(jié)構(gòu)

1）ARM體系CPU的7種工作模式

用戶模式（usr）：ARM處理器正常的程序執(zhí)行狀態(tài)

快速中斷模式（fiq）：用于高速數(shù)據(jù)傳輸或通道處理

中斷模式（irq）：用于通用的中斷處理

管理模式（svc）：操作系統(tǒng)使用的保護(hù)模式

數(shù)據(jù)訪問終止模式（abt）：當(dāng)數(shù)據(jù)或指令預(yù)取終止時進(jìn)入該模式，可用于虛擬存儲及存儲保護(hù)

系統(tǒng)模式（sys）：運行具有特權(quán)的操作系統(tǒng)任務(wù)

未定義指令中止模式（und）：當(dāng)未定義的指令執(zhí)行時進(jìn)入該模式，可用于支持硬件協(xié)處理器的軟件仿真

除用戶模式外，其他6種工作模式都屬于特權(quán)模式，大多數(shù)程序運行于用戶模式，進(jìn)入特權(quán)模式是為了處理中斷、異常，或者訪問被保護(hù)的系統(tǒng)資源。

ARM體系的CPU有以下兩個工作狀態(tài)

ARM狀態(tài)：此時處理器執(zhí)行32位的字對齊的ARM指令

Thumb狀態(tài)：此時處理器執(zhí)行16位的、半字對齊的Thumb指令

ARM920T有31個通用的32位寄存器和6個程序狀態(tài)寄存器。這37個寄存器分為7組，如下圖所示：

圖中R0-R15可以直接訪問，這些寄存器除了R15外都是通用寄存器，既可以保存地址也可以保存數(shù)據(jù)。

R13稱為棧指針寄存器，通常用于保存棧指針

R14稱為程序連接寄存器（LR），當(dāng)執(zhí)行BL子程序調(diào)用指令時，R14得到R15（程序計數(shù)器PC）的備份。

而當(dāng)發(fā)生中斷或異常時，對應(yīng)的R14_svc，R14_irq，R14_abt或R14_und中保存R15的返回值

R15是程序計數(shù)器

快 速中斷模式有7個備份寄存器R8_fiq-R14_fiq，這使得進(jìn)入快速中斷模式執(zhí)行很大部分程序時（不改變R0-R7），不需要保存任何寄存器。用戶 模式、管理模式、數(shù)據(jù)訪問終止模式和未定義指令中止模式都含有兩個獨占的寄存器副本R13、R14，這樣令每個模式擁有自己的棧指針寄存器和連接寄存器。

每種工作模式還有寄存器CPSR（當(dāng)前程序狀態(tài)寄存器），它被用于標(biāo)識各種狀態(tài)和當(dāng)前處于哪種工作模式，如下圖所示：

當(dāng)一個異常發(fā)生時，將切換進(jìn)入相應(yīng)的工作模式，這是ARM920T CPU將自動完成如下工作：

①在異常工作模式的連接寄存器R14中保存前一個工作模式的下一條即將執(zhí)行的指令地址。對于ARM狀態(tài)，這個值是當(dāng)前PC值加4或加8

②將CPSR的值復(fù)制到異常模式的SPSR

③將CPSR的工作模式位設(shè)為這個異常對應(yīng)的工作模式

④令PC值等于這個異常模式在異常向量表中的地址，即跳轉(zhuǎn)去執(zhí)行異常向量表中的相應(yīng)指令

從異常工作模式回到之前的工作模式時，需要通過軟件完成如下事情：

①前面進(jìn)入異常工作模式時，連接寄存器中保存了前一工作模式的一個指令地址，將它減去適當(dāng)?shù)闹岛筚x值給PC寄存器

②將SPSR的復(fù)制回CPSR

注：

（1）PC為這些指令的地址：SWI、未定義的指令、在預(yù)取指時就失敗的指令

（2）PC為這些指令的地址：進(jìn)入快速中斷模式、中斷模式前，被打斷而未執(zhí)行的指令

（3）PC為這些指令的地址：導(dǎo)致數(shù)據(jù)訪問終止的加載/存儲指令（LDR、STR、LDM和STM）

二、S3C2440中斷控制器

當(dāng)某事件發(fā)生時，硬件會設(shè)置某個寄存器，CPU在執(zhí)行完一個指令時，通過硬件查看這個寄存器，如果發(fā)現(xiàn)所關(guān)注的事件發(fā)生了，則中斷當(dāng)前程序流程，跳轉(zhuǎn)到一個固定的地址處理這個事件，最后返回繼續(xù)執(zhí)行被中斷的程序。

中斷處理的過程：

①中斷控制器匯集各類外設(shè)發(fā)出的中斷信號，告訴CPU

②CPU保存當(dāng)前程序的運行環(huán)境，調(diào)用中斷服務(wù)程序（ISR）來處理這些中斷

③在ISR中通過讀取中斷控制器、外設(shè)的相關(guān)寄存器來識別時哪個中斷，并進(jìn)行相應(yīng)處理

④清除中斷：通過讀寫中斷控制器和外設(shè)的相關(guān)寄存器來實現(xiàn)

⑤最后恢復(fù)被中斷程序的運行環(huán)境（恢復(fù)寄存器），繼續(xù)執(zhí)行

s3c2440的中斷控制器結(jié)構(gòu)如上圖所示：

①request sources（without sub-register）中的中斷源被觸發(fā)后，SRCPND寄存器中相應(yīng)位被置1，如果此中斷沒有被INTMSK寄存器屏蔽或者快速中斷的話，它將被進(jìn)一步處理。

② 對于request sources（with sub-register）中的中斷源被觸發(fā)后，SUBSRCPEND寄存器中的相應(yīng)位被置1，如果此中斷沒有被INTSUBMSK寄存器屏蔽的話，它在 SRCPND寄存器中的相應(yīng)位也被置1，以后的處理過程就和①步驟類似。

③如果被觸發(fā)的中斷中有快速中斷，INTMOD寄存器中為1的位對應(yīng)的中斷是FIQ，則CPU進(jìn)入快速中斷模式進(jìn)行處理

④ 對于一般的中斷IRQ，可能同時有幾個中斷被觸發(fā)，未被INTMSK寄存器屏蔽的中斷經(jīng)過比較后，選出優(yōu)先級最高的中斷，此中斷在INTPND寄存器中的 相應(yīng)位被置1，然后CPU進(jìn)入中斷模式進(jìn)行處理。中斷服務(wù)程序通過讀取INTPND或者INTOFFSET來確定中斷源

三、中斷控制寄存器

1）SUBSRCPND寄存器

它用來表示INT_RXD0、INT_TXD0等中斷是否發(fā)生，每位對應(yīng)一個中斷，當(dāng)這些中斷發(fā)生并且沒有被INTSUBMSK寄存器屏蔽，則它們中的若干位將匯集出現(xiàn)在SRCPND寄存器的某一位上。要清除中斷，往此寄存器中某位寫1

2）INTSUBMSK寄存器

它用來屏蔽SUBSRCPND寄存器所標(biāo)識的中斷，INTSUBMSK寄存器中某位設(shè)置1時，對應(yīng)的中斷被屏蔽

3）SRCPND寄存器

它每一位被用來表示一個或一類中斷是否發(fā)生，要清除某一位，往此位寫1，具體參考數(shù)據(jù)手冊

4）INTMSK寄存器

用來屏蔽SRCPND寄存器所標(biāo)識的中斷。INTMSK寄存器中某位被設(shè)為1時，對應(yīng)的中斷被屏蔽，它只能屏蔽IRQ中斷，不能屏蔽FIQ

5）INTMOD寄存器

它某位被設(shè)為1時，對應(yīng)的中斷被設(shè)為FIQ，同一時間，INTMOD只能有一位被設(shè)為1

6）PRIORITY寄存器

當(dāng)有多個IRQ同時發(fā)生時，中斷控制器選出最高優(yōu)先級的中斷，首先處理它。中斷優(yōu)先級通過7個仲裁器來完成，結(jié)構(gòu)圖如下所示：

每個仲裁器基于一個位仲裁器模式控制（ARB_MODE）和選擇控制信號（ARB_SEL）的兩位來處理 6個中斷請求。

如果ARB_SEL位是 00b，優(yōu)先級是REQ0，REQ1，REQ2，REQ3，REQ4，和REQ5.

如果ARB_SEL位是 01b，優(yōu)先級是REQ0，REQ2，REQ3，REQ4，REQ1，和REQ5.

如果ARB_SEL位是 10b，優(yōu)先級是REQ0，REQ3，REQ4，REQ1，REQ2，和REQ5.

如果ARB_SEL位是 11b，優(yōu)先級是REQ0，REQ4，REQ1，REQ2，REQ3，和REQ5.

注 意仲裁器的 REQ0 總是有最高優(yōu)先級，REQ5 總是有最低優(yōu)先級。此外通過改變ARB_SEL 位，我們可以翻轉(zhuǎn) REQ1 到 REQ4 的優(yōu)先級。如果ARB_MODE位置0，ARB_SEL位不會自動改變，使得仲裁器在一個固定優(yōu)先級的模式下操作（注意在此模式下，我們通過手工改變 ARB_SEL 位來配置優(yōu)先級）。另外，如果 ARB_MODE 位是 1，ARB_SEL 位以翻轉(zhuǎn)的方式改變。例如如果 REQ1 被服務(wù)，則ARB_SEL位自動的變?yōu)?1b，把REQ1放到最低的優(yōu)先級。ARB_SEL變化的詳細(xì)規(guī)則如下：

如果REQ0 或REQ5 被服務(wù)，ARB_SEL位完全不會變化。

如果REQ1 被服務(wù)，ARB_SEL位變?yōu)?01b。

如果REQ2 被服務(wù)，ARB_SEL位變?yōu)?10b。

如果REQ3 被服務(wù)，ARB_SEL位變?yōu)?11b。

如果REQ4 被服務(wù)，ARB_SEL位變?yōu)?00b。

7）INTPND寄存器

經(jīng)過中斷優(yōu)先級選出優(yōu)先級最高的中斷后，這個中斷在INTPND寄存器中的相應(yīng)位被置1，隨后CPU進(jìn)入中斷模式處理它

同一時間，此寄存器只有一位被置1，在ISR中，可以根據(jù)這個位確定是哪個中斷，清除中斷時，往此位寫入1

8）INTOFFSET寄存器

用來表示INTPND寄存器中哪位被置1了，即INTPND寄存器中位[x]為1時，INTOFFSET寄存器的值為x（x為0-31）

清除SRCPND、INTPND寄存器時，INTOFFSET寄存器被自動清除

四、中斷控制器操作實例：外部中斷

開發(fā)板上，K1-K4四個按鍵所接的CPU引腳可以設(shè)為外部中斷，本程序的功能是，當(dāng)按下某個按鍵時，CPU調(diào)用中斷服務(wù)程序點亮對應(yīng)的LED

@******************************************************************************

@ File：head.S

@ 功能：初始化，設(shè)置中斷模式、系統(tǒng)模式的棧，設(shè)置好中斷處理函數(shù)

@******************************************************************************

.extern main

.text

.global _start

_start:

@******************************************************************************

@ 中斷向量，本程序中，除Reset和HandleIRQ外，其它異常都沒有使用

@******************************************************************************

b Reset

@ 0x04: 未定義指令中止模式的向量地址

HandleUndef:

b HandleUndef

@ 0x08: 管理模式的向量地址，通過SWI指令進(jìn)入此模式

HandleSWI:

b HandleSWI

@ 0x0c: 指令預(yù)取終止導(dǎo)致的異常的向量地址

HandlePrefetchAbort:

b HandlePrefetchAbort

@ 0x10: 數(shù)據(jù)訪問終止導(dǎo)致的異常的向量地址

HandleDataAbort:

b HandleDataAbort

@ 0x14: 保留

HandleNotUsed:

b HandleNotUsed

@ 0x18: 中斷模式的向量地址

b HandleIRQ

@ 0x1c: 快中斷模式的向量地址

HandleFIQ:

b HandleFIQ

Reset:

ldr sp, =4096 @ 設(shè)置棧指針，以下都是C函數(shù)，調(diào)用前需要設(shè)好棧

bl disable_watch_dog @ 關(guān)閉WATCHDOG，否則CPU會不斷重啟

msr cpsr_c, #0xd2 @ 進(jìn)入中斷模式，cpsr_c表示cpsr[7:0],0xd2=0b1101 0010

ldr sp, =3072 @ 設(shè)置中斷模式棧指針

msr cpsr_c, #0xdf @ 進(jìn)入系統(tǒng)模式

ldr sp, =4096 @ 設(shè)置系統(tǒng)模式棧指針，

@ 其實復(fù)位之后，CPU就處于系統(tǒng)模式，

@ 前面的“ldr sp, =4096”完成同樣的功能，此句可省略

bl init_led @ 初始化LED的GPIO管腳

bl init_irq @ 調(diào)用中斷初始化函數(shù)，在init.c中

msr cpsr_c, #0x5f @ 設(shè)置I-bit=0，開IRQ中斷

ldr lr, =halt_loop @ 設(shè)置返回地址

ldr pc, =main @ 調(diào)用main函數(shù)

halt_loop:

b halt_loop

HandleIRQ:

sub lr, lr, #4 @ 計算返回地址

stmdb sp!, { r0-r12,lr } @ 保存使用到的寄存器

@ 注意，此時的sp是中斷模式的sp

@ 初始值是上面設(shè)置的3072

ldr lr, =int_return @ 設(shè)置調(diào)用ISR即EINT_Handle函數(shù)后的返回地址

ldr pc, =EINT_Handle @ 調(diào)用中斷服務(wù)函數(shù)，在interrupt.c中

int_return:

ldmia sp!, { r0-r12,pc }^ @ 中斷返回, ^表示將spsr的值復(fù)制到cpsr

/*

* init.c: 進(jìn)行一些初始化

*/

#include "s3c24xx.h"

/*

* LED1-4對應(yīng)GPB5、GPB6、GPB7、GPB8

*/

#define GPB5_out (1<<(5*2)) // LED1

#define GPB6_out (1<<(6*2)) // LED2

#define GPB7_out (1<<(7*2)) // LED3

#define GPB8_out (1<<(8*2)) // LED4

/*

* K1-K4對應(yīng)GPG0,GPG3,GPG5,GPG6

*/

#define GPG0_eint (2<<(0*2)) // K1,EINT8

#define GPG3_eint (2<<(3*2)) // K2,EINT11

#define GPF5_eint (2<<(5*2)) // K3,EINT13

#define GPF6_eint (2<<(6*2)) // K4,EINT14

/*

* 關(guān)閉WATCHDOG，否則CPU會不斷重啟

*/

void disable_watch_dog(void)

{

WTCON = 0;// 關(guān)閉WATCHDOG很簡單，往這個寄存器寫0即可

}

void init_led(void)

{

GPBCON = GPB5_out | GPB6_out | GPB7_out | GPB8_out ;

}

/*

* 初始化GPIO引腳為外部中斷

* GPIO引腳用作外部中斷時，默認(rèn)為低電平觸發(fā)、IRQ方式(不用設(shè)置INTMOD)

*/

void init_irq( )

{

GPGCON = GPG0_eint | GPG3_eint |GPG5_eint |GPG6_eint;

// 對于EINT8、11、13、14，需要在EINTMASK寄存器中使能它們

EINTMASK &= (~(1<<8)) & (~(1<<11)) & (~(1<<13)) & (~(1<<14));

/*

* 設(shè)定優(yōu)先級：

* ARB_SEL0 = 00b, ARB_MODE0 = 0: REQ1 > REQ3，即EINT0 > EINT2

* 仲裁器1、6無需設(shè)置

* 最終：

* EINT0 > EINT2 > EINT11,EINT19，即K4 > K3 > K1,K2

* EINT11和EINT19的優(yōu)先級相同

*/

PRIORITY = (PRIORITY & ((~0x01) | (0x3<<7))) | (0x0 << 7) ;

//開啟EINT8_23

INTMSK &= ~(1<<5);

}

interrupt.c

#include "s3c24xx.h"

void EINT_Handle()

{

unsigned long oft = INTOFFSET;

switch( oft )

{

//INTOFFSET為5時，代表INTPND的位[5]為1，則EINT8-23中斷發(fā)生

case 5:

{

GPBDAT |= (0x0f<<5); //LED全滅

if (EINTPEND & (1<<8)) //EINT8發(fā)生(EINT8對應(yīng)K1)

GPBDAT &= ~(1<<5);

if (EINTPEND & (1<<11)) //EINT11發(fā)生(EINT8對應(yīng)K2)

GPBDAT &= ~(1<<6);

if (EINTPEND & (1<<13)) //EINT13發(fā)生(EINT8對應(yīng)K3)

GPBDAT &= ~(1<<7);

if (EINTPEND & (1<<14)) //EINT14發(fā)生(EINT8對應(yīng)K4)

GPBDAT &= ~(1<<8);

break;

}

default:

break;

}

//清除中斷

if(oft == 5)

EINTPEND = (1<<8) | (1<<11) | (1<<13) | (1<<14);

SRCPND = 1<

INTPND = 1<

}

main.c

int main()

{

while(1);

return 0;

}