S3C2440系統(tǒng)中斷
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1.1S3C2440系統(tǒng)中斷
CPU和外設(shè)構(gòu)成了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，CPU和外設(shè)之間通過(guò)總線進(jìn)行連接，用于數(shù)據(jù)通信和控制，CPU管理監(jiān)視計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中所有硬件，通常以兩種方式來(lái)對(duì)硬件進(jìn)行管理監(jiān)視：l查詢方式：CPU不停的去查詢每一個(gè)硬件的當(dāng)前狀態(tài)，根據(jù)硬件的狀態(tài)決定處理與否。好比是工廠里的檢查員，不停的檢查各個(gè)崗位工作狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)情況及時(shí)處理。這種方式實(shí)現(xiàn)起來(lái)簡(jiǎn)單，通常用在只有少量外設(shè)硬件的系統(tǒng)中，如果一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中有很多硬件，這種方式無(wú)疑是耗時(shí)，低效的，同時(shí)還大量占用CPU資源，并且對(duì)多任務(wù)系統(tǒng)反應(yīng)遲鈍。
l中斷方式：當(dāng)某個(gè)硬件產(chǎn)生需要CPU處理的事件時(shí)，主動(dòng)通過(guò)一根信號(hào)線“告知”CPU，同時(shí)設(shè)置某個(gè)寄存器里對(duì)應(yīng)的位，CPU一旦發(fā)現(xiàn)這根信號(hào)線上的電平有變化，就會(huì)中斷當(dāng)前程序，然后去處理發(fā)出該中斷請(qǐng)求。這就像是醫(yī)院重危病房，病房每張病床床頭有一個(gè)應(yīng)急按鈕，該按鈕連接到病房監(jiān)控室里控制臺(tái)一盞指示燈，只要該張病床出現(xiàn)緊急情況病人按下按鈕，病房監(jiān)控室里電鈴會(huì)響起，通知醫(yī)護(hù)人員有緊急情況，醫(yī)護(hù)人員這時(shí)查看控制臺(tái)上的指示燈，找出具體病房，病床號(hào)，直接過(guò)去處理緊急情況。中斷處理方式相對(duì)查詢方式要復(fù)雜的多，并且需要硬件的支持，但是它處理的實(shí)時(shí)性更高，嵌入式系統(tǒng)里基本上都使用這種方式來(lái)處理。
系統(tǒng)中斷是嵌入式硬件實(shí)時(shí)地處理內(nèi)部或外部事件的一種機(jī)制。對(duì)于不同CPU而言，中斷的處理只是細(xì)節(jié)不同，大體處理流程都一樣，S3C2440A的中斷控制器結(jié)構(gòu)如下圖所示：
圖3-3S3C2440中斷控制器
中斷請(qǐng)求由硬件產(chǎn)生，根據(jù)中斷源類(lèi)型分別將中斷信號(hào)送到SUBSRCPND（SubSourcePending）和SRCPND(SourcePending)寄存器，SUBSRCPND是子中斷源暫存寄存器，用來(lái)保存子中斷源信號(hào)，SRCPND是中斷源暫存寄存器，用來(lái)保存中斷源信號(hào)。中斷信號(hào)可通過(guò)編程方式屏蔽掉，SUBMASK是子中斷源屏蔽寄存器，可以屏蔽指定的子中斷信號(hào)，MASK功能同SUBMASK用來(lái)屏蔽中斷源信號(hào)。中斷分為兩種模式：一般中斷的和快速中斷，MODE是中斷模式判斷寄存器，用來(lái)判斷當(dāng)前中斷是否為快速中斷，如果為快速中斷直接將快速中斷信號(hào)送給ARM內(nèi)核，如果不是快速中斷，還要將中斷信號(hào)進(jìn)行仲裁選擇。S3C2440A支持多達(dá)60種中斷，很有可能多個(gè)硬件同時(shí)產(chǎn)生中斷請(qǐng)求，這時(shí)要求中斷控制器做出裁決，Priority是中斷源優(yōu)先級(jí)仲裁選擇器，當(dāng)多個(gè)中斷產(chǎn)生時(shí)，選擇出優(yōu)先級(jí)最高的中斷源進(jìn)行處理，INTPND是中斷源結(jié)果寄存器，里面存放優(yōu)先級(jí)仲裁出的唯一中斷源。
1中斷的產(chǎn)生-中斷源
S3C2440A支持60種中斷源，基本上滿足了開(kāi)發(fā)板內(nèi)部，外部設(shè)備等對(duì)中斷的需求。其中每一個(gè)中斷源對(duì)應(yīng)寄存器中的一位，顯然要支持60種中斷至少需要二個(gè)32位寄存器，SUBSRCPND和SRCPND分別保存中斷源信號(hào)。S3C2440A對(duì)60種中斷源的管理是按層級(jí)分的。如圖3-4所示：
圖3-4中斷源信號(hào)復(fù)合示意圖
S3C2440A將中斷源分為兩級(jí)：中斷源和子中斷源，中斷源里包含單一中斷源和復(fù)合中斷源，復(fù)合中斷源是子中斷源的復(fù)合信號(hào)。如實(shí)時(shí)時(shí)鐘中斷，該硬件只會(huì)產(chǎn)生一種中斷，它是單一中斷源，直接將其中斷信號(hào)線連接到中斷源寄存器上。對(duì)于復(fù)合中斷源，以UART串口為例進(jìn)行說(shuō)明，S3C2440A可以支持3個(gè)UART串口，每個(gè)串口對(duì)應(yīng)一個(gè)復(fù)合中斷源信號(hào)INT_UARTn，每個(gè)串口可以產(chǎn)生三種中斷，也就是三個(gè)子中斷：接收數(shù)據(jù)中斷INT_RXDn，發(fā)送數(shù)據(jù)中斷INT_TXDn，數(shù)據(jù)錯(cuò)誤中斷INT_ERRn，這三個(gè)子中斷信號(hào)在中斷源寄存器復(fù)合為一個(gè)中斷信號(hào)，三種中斷任何一個(gè)產(chǎn)生都會(huì)將中斷信號(hào)傳遞給對(duì)應(yīng)的中斷源INT_UARTn，然后通過(guò)中斷信號(hào)線傳遞給ARM內(nèi)核。
圖3-5UART串口中斷源信號(hào)復(fù)合示意圖
總中斷源詳下面表中列出了S3C2440A部分中斷源，它分別對(duì)應(yīng)中斷源寄存器里某個(gè)位：詳細(xì)中斷源請(qǐng)查看S3C2440A硬件手冊(cè)。
表3-5部分中斷源信號(hào)
| 中斷源 | 描述 | 優(yōu)先級(jí)仲裁分組 |
| INT_ADC | 數(shù)模轉(zhuǎn)換和觸摸屏中斷 | ARB5 |
| INT_RTC | 實(shí)時(shí)時(shí)鐘中斷 | ARB5 |
| INT_UART0 | UART0中斷（包含子中斷） | ARB5 |
| INT_NFCON | NandFlash控制中斷 | ARB4 |
| INT_WDT_AC97 | 看門(mén)狗中斷 | ARB1 |
| EINT8-23 | 外部中斷8~23（包含外部子中斷） | ARB1 |
| EINT4-7 | 外部中斷4~7（包含外部子中斷） | ARB1 |
| EINT3 | 外部中斷3 | ARB0 |
| EINT2 | 外部中斷2 | ARB0 |
| EINT1 | 外部中斷1 | ARB0 |
| EINT 0 | 外部中斷0 | ARB0 |
中斷信號(hào)除上述分法之外，還可以按照硬件位置分為：外部中斷源和內(nèi)部中斷源。
l內(nèi)部中斷源：它是嵌入式系統(tǒng)中常見(jiàn)硬件產(chǎn)生的中斷信號(hào)，比如：UART串口中斷源，時(shí)鐘Timer中斷源，看門(mén)狗中斷源等
l外部中斷源：有時(shí)嵌入式系統(tǒng)里要在外部接口上掛載一些外部設(shè)備，這些設(shè)備并不是一個(gè)通用嵌入式系統(tǒng)里必備硬件，比如：藍(lán)牙模塊，各種傳感器，WIFI無(wú)線通信模塊，這些硬件也要產(chǎn)生中斷讓CPU來(lái)處理數(shù)據(jù)，因此這些外設(shè)硬件通過(guò)中斷信號(hào)線連接到中斷控制器上，它們產(chǎn)生的中斷叫做外部中斷信號(hào)。它們有著和內(nèi)部中斷一樣的處理機(jī)制，只不過(guò)，它沒(méi)有一個(gè)固定的中斷號(hào)與之對(duì)應(yīng)，硬件與嵌入式系統(tǒng)的連接方式與中斷處理完全由系統(tǒng)硬件與軟件設(shè)計(jì)者實(shí)現(xiàn)。
外設(shè)硬件通過(guò)輸入輸出接口I/O Ports掛接到嵌入式系統(tǒng)上，I/O Ports向外設(shè)提供外部中斷信號(hào)線，輸出電源，頻率時(shí)鐘和輸入輸出信號(hào)線，外部硬件根據(jù)自己需要連接到I/O Ports上，產(chǎn)生中斷時(shí)向外部中斷信號(hào)線上送出中斷信號(hào)，通過(guò)外部中斷信號(hào)線傳遞到中斷控制器。
按鍵Key可以認(rèn)為最為簡(jiǎn)單的一種硬件設(shè)備了，如下圖所示：
圖3-6按鍵硬件接線原理圖
它功能很簡(jiǎn)單，可以將電路接通，按鍵K1~K6一端接地為低電平，另外一端接電源正極為高電平，EINT8，EINT11，EINT13，EINT14，EINT15，EINT19六根中斷信號(hào)線分別和高電平端按鍵相連，當(dāng)按鍵按下時(shí)電路接通，整個(gè)電路變成低電平，中斷信號(hào)線上電壓產(chǎn)生變化，通過(guò)設(shè)置中斷觸發(fā)方式，產(chǎn)生外部中斷請(qǐng)求，輸入到CPU內(nèi)部，從而實(shí)現(xiàn)按鍵中斷控制。
S3C2440A可以支持EINT0~EINT23共24種外部中斷，完全可以滿足小型嵌入式設(shè)備外設(shè)硬件的需求。
外部中斷源也分為外部中斷源和外部子中斷源，其處理方式和內(nèi)部中斷源基本一樣。
1.1.1中斷優(yōu)先級(jí)
S3C2440A支持60種中斷，多個(gè)硬件可能同時(shí)產(chǎn)生中斷請(qǐng)求，由于CPU只能處理一個(gè)中斷，中斷控制器怎么選擇出一個(gè)最佳的中斷，交給ARM內(nèi)核進(jìn)行處理呢？中斷控制器采用優(yōu)先級(jí)仲裁比較的方式進(jìn)行選擇，找出優(yōu)先級(jí)最高的中斷源。中斷控制器將60種中斷源分成7組，如下圖所示，它類(lèi)似體育賽事里的比賽方式，所有參賽選手在小組賽PK，選擇出小組賽最優(yōu)秀選手，然后進(jìn)入決賽階段和其它小組最優(yōu)先選擇再PK，最后優(yōu)勝者就是總冠軍。其中ARBITER0~ARBITER5為“小組賽”階段，中斷源信號(hào)在各自小組里進(jìn)行優(yōu)先級(jí)仲裁，選擇出最高優(yōu)先級(jí)中斷信號(hào)，每小組選出的中斷信號(hào)送到ARBITER6，也就是決賽階段，選擇出最高優(yōu)先級(jí)中斷信號(hào)，交給ARM內(nèi)核。
圖3-7S3C2440優(yōu)先級(jí)仲裁示意圖
中斷信號(hào)在7個(gè)分組里PK時(shí)的優(yōu)先級(jí)是可編程的，通過(guò)PRIORITY寄存器進(jìn)行優(yōu)先級(jí)設(shè)置。如下表（只列出PRIORITY寄存器部分位）：
表3-6中斷優(yōu)先級(jí)控制寄存器（PRIORITY）
| 寄存器名 | 地址 | 是否讀寫(xiě) | 描述 | 復(fù)位默認(rèn)值 |
| PRIORITY | 0x4A00000C | R/W | 中斷優(yōu)先級(jí)控制寄存器 | 0x7F |
| PRIORITY | 位 | 描述 | 初始值 |
| ARB_SEL6 | [20:19] | 仲裁組6優(yōu)先級(jí)排序方式 00 = REQ 0-1-2-3-4-5 01 = REQ 0-2-3-4-1-5 10 = REQ 0-3-4-1-2-5 11 = REQ 0-4-1-2-3-5 | 0x00 |
| ARB_SEL5 | [18:17] | 仲裁組5優(yōu)先級(jí)排序 00 = REQ 1-2-3-4 01 = REQ 2-3-4-1 10 = REQ 3-4-1-2 11 = REQ 4-1-2-3 | 00 |
| … | … | … | … |
| ARB_MODE6 | [6] | 仲裁組6優(yōu)先級(jí)是否輪轉(zhuǎn)： 0 =不輪轉(zhuǎn),1 =輪轉(zhuǎn) | 1 |
| ARB_MODE5 | [5] | 仲裁組5優(yōu)先級(jí)是否輪轉(zhuǎn)： 0 =不輪轉(zhuǎn),1 =輪轉(zhuǎn) | 1 |
| … | … | … | … |
通過(guò)設(shè)置仲裁組n優(yōu)先級(jí)排序方式位，設(shè)置每個(gè)仲裁組內(nèi)中斷信號(hào)的優(yōu)先級(jí)順序，比如：ARB_SEL5分組時(shí)包含四個(gè)中斷信號(hào)：REQ1 INT_UART0, REQ2 INT_SPI1, REQ3 INT_RTC, REQ4 INT_ADC，ARB_SEL5位采用默認(rèn)值：00，當(dāng)INT_UART0和INT_RTC中斷信號(hào)同時(shí)產(chǎn)生時(shí)，INT_UART0會(huì)被選出，通過(guò)可編程方式改變優(yōu)先級(jí)排序方式來(lái)改變中斷信號(hào)優(yōu)先級(jí)。
ARB_MODE0~ ARB_MODE6為每個(gè)仲裁分組的優(yōu)先級(jí)輪轉(zhuǎn)設(shè)置位，采用默認(rèn)值時(shí)，當(dāng)前中斷信號(hào)被選擇處理之后，再次產(chǎn)生中斷請(qǐng)求時(shí)，它的優(yōu)先級(jí)自動(dòng)輪轉(zhuǎn)到該組最低，這樣可以保證優(yōu)先級(jí)低的中斷信號(hào)可以被及時(shí)處理，不至于出現(xiàn)優(yōu)先級(jí)高且中斷請(qǐng)求頻繁的中斷每次都被優(yōu)先處理，而優(yōu)先級(jí)低的被“餓死”的情況。顯然，這種方式更民主，實(shí)時(shí)性更佳。
2中斷控制器相關(guān)寄存器
（1）SUBSRCPND子中斷源暫存寄存器表3-7子中斷源暫存寄存器（SUBSRCPND）
| 寄存器名 | 地址 | 是否讀寫(xiě) | 描述 | 復(fù)位默認(rèn)值 |
| SUBSRCPND | 0x4A000018 | R/W | 子中斷源暫存寄存器，保存中斷請(qǐng)求狀態(tài)： 0：沒(méi)有中斷請(qǐng)求信號(hào) 1：中斷請(qǐng)求信號(hào)產(chǎn)生 | 0x00000000 |
| SUBSRCPND | 對(duì)應(yīng)SRCPND | 位 | 描述 | 初始值 |
| Reserved | 無(wú) | [31:15] | 未使用 | 0 |
| INT_AC97 | INT_WDT_AC97 | [14] | 0 =未產(chǎn)生中斷1 =產(chǎn)生中斷 | 0 |
| … | … | … | … | … |
| INT_RXD0 | INT_UART0 | [0] | 0 =未產(chǎn)生中斷1 =產(chǎn)生中斷 | 0 |
該寄存器用來(lái)標(biāo)識(shí)保存子中斷源信號(hào)，當(dāng)某個(gè)子中斷信號(hào)產(chǎn)生之后，SUBSRCPND對(duì)應(yīng)位被自動(dòng)置1，該位會(huì)一直保持被置位，只到中斷處理程序?qū)⑵淝宄秊橹?，需要注意一下，清除中斷是通過(guò)向?qū)?yīng)位寫(xiě)入1來(lái)清除，而不是寫(xiě)入0，寫(xiě)入0無(wú)效。
（2）INTSUBMSK子中斷源屏蔽寄存器
表3-8子中斷源屏蔽寄存器（INTSUBMSK）
| 寄存器名 | 地址 | 是否讀寫(xiě) | 描述 | 復(fù)位默認(rèn)值 |
| INTSUBMSK | 0x4A00001C | R/W | 子中斷源信號(hào)屏蔽存寄存器，設(shè)置相應(yīng)位來(lái)屏蔽中斷信號(hào)： 0：未屏蔽，中斷可用 1：屏蔽中斷信號(hào) | 0xFFFF |
| INTSUBMSK | 位 | 描述 | 初始值 |
| Reserved | [31:15] | 未使用 | 0 |
| INT_AC97 | [14] | 0 =未屏蔽1 =屏蔽中斷 | 1 |
| … | … | … | … |
| INT_RXD0 | [0] | 0 =未屏蔽1 =屏蔽中斷 | 1 |
該寄存器用來(lái)屏蔽子中斷源信號(hào)，默認(rèn)值為全部子中斷都被屏蔽掉，因此要想處理某個(gè)硬件中斷，必須要打開(kāi)中斷屏蔽位，通過(guò)寫(xiě)入0來(lái)取消屏蔽中斷。
（3）SRCPND中斷源暫存寄存器
表3-9中斷源暫存寄存器（SRCPND）
| 寄存器名 | 地址 | 是否讀寫(xiě) | 描述 | 復(fù)位默認(rèn)值 |
| SRCPND | 0x4A000000 | R/W | 中斷源暫存寄存器，保存中斷請(qǐng)求狀態(tài)： 0：沒(méi)有中斷請(qǐng)求信號(hào) 1：中斷請(qǐng)求信號(hào)產(chǎn)生 | 0x00000000 |
| SRCPND | 位 | 描述 | 初始值 |
| INT_ADC | [31] | 0 =未產(chǎn)生中斷1 =產(chǎn)生中斷 | 0 |
| … | … | … | … |
| EINT0 | [0] | 0 =未產(chǎn)生中斷1 =產(chǎn)生中斷 | 0 |
該寄存器用來(lái)保存中斷源信號(hào)，當(dāng)某個(gè)中斷信號(hào)產(chǎn)生之后，SRCPND對(duì)應(yīng)位被自動(dòng)置1，該位會(huì)一直保持被置位，只到中斷處理程序?qū)⑵淝宄秊橹?，需要注意一下，清除中斷是通過(guò)向?qū)?yīng)位寫(xiě)入1來(lái)清除，而不是寫(xiě)入0，寫(xiě)入0無(wú)效。
（4）INTMSK中斷源屏蔽寄存器
表3-10中斷源屏蔽寄存器（INTMSK）
| 寄存器名 | 地址 | 是否讀寫(xiě) | 描述 | 復(fù)位默認(rèn)值 |
| INTMSK | 0x4A000008 | R/W | 中斷源信號(hào)屏蔽存寄存器，設(shè)置相應(yīng)位來(lái)屏蔽中斷信號(hào)： 0：未屏蔽，中斷可用 1：屏蔽中斷信號(hào) | 0xFFFFFFFF |
| INTMSK | 位 | 描述 | 初始值 |
| INT_ADC | [31] | 0 =未屏蔽1 =屏蔽中斷 | 1 |
| … | … | … | … |
| EINT0 | [0] | 0 =未屏蔽1 =屏蔽中斷 | 1 |
該寄存器用來(lái)屏蔽中斷源信號(hào)，默認(rèn)值為全部中斷都被屏蔽掉，因此要想處理某個(gè)硬件中斷，必須要打開(kāi)中斷屏蔽位，通過(guò)寫(xiě)入0來(lái)取消屏蔽中斷。
（5）INTPND最高優(yōu)先級(jí)中斷暫存寄存器
表3-11最高優(yōu)先級(jí)中斷暫存寄存器（INTPND）
| 寄存器名 | 地址 | 是否讀寫(xiě) | 描述 | 復(fù)位默認(rèn)值 |
| INTPND | 0x4A000010 | R/W | 最高優(yōu)先級(jí)中斷暫存寄存器里面保存有經(jīng)過(guò)優(yōu)先級(jí)仲裁的結(jié)果： 0：沒(méi)有中斷請(qǐng)求信號(hào) 1：中斷請(qǐng)求信號(hào)產(chǎn)生 | 0x00000000 |
| INTPND | 位 | 描述 | 初始值 |
| INT_ADC | [31] | 0 =未產(chǎn)生中斷1 =產(chǎn)生中斷 | 0 |
| … | … | … | … |
| EINT0 | [0] | 0 =未產(chǎn)生中斷1 =產(chǎn)生中斷 | 0 |
該寄存器保存了經(jīng)過(guò)優(yōu)先級(jí)仲裁出的中斷信號(hào)位，它是所有當(dāng)前中斷請(qǐng)求里優(yōu)先級(jí)別最高的中斷，因此該寄存器里的值最多有一位被置1，通常中斷處理程序中會(huì)通過(guò)讀取該寄存器的值來(lái)獲得當(dāng)前正在處理的中斷請(qǐng)求。中斷處理完成之后，通過(guò)寫(xiě)入1來(lái)清除中斷。
（6）INTOFFSET中斷號(hào)偏移量寄存器
表3-12中斷號(hào)偏移量寄存器（INTOFFSET）
| 寄存器名 | 地址 | 是否讀寫(xiě) | 描述 | 復(fù)位默認(rèn)值 |
| INTOFFSET | 0x4A000014 | R | 中斷號(hào)偏移量寄存器，用來(lái)保存當(dāng)前處理的中斷號(hào) | 0x0000000 |
該寄存器里存放的是經(jīng)過(guò)優(yōu)先級(jí)仲裁出的中斷信號(hào)對(duì)應(yīng)的中斷號(hào)，是一個(gè)0~31之間的整數(shù)，其實(shí)它就是INTPND里對(duì)應(yīng)的位號(hào)，比如：INT_UART0產(chǎn)生了中斷，INTPND里第28位置1，INTOFFSET里保存的整數(shù)就是28，多出來(lái)這個(gè)寄存器的目的主要是方便中斷處理程序查詢中斷源，清除中斷源：
#define TIMER0_IRQ_OFT10//時(shí)鐘0定時(shí)中斷
#define EINT0_IRQ_OFT0//開(kāi)發(fā)板K1按鍵1對(duì)應(yīng)外部中斷EINT0
voidhandle_irq()
{
unsigned long irqOffSet = INTOFFSET;//取得中斷號(hào)
switch(irqOffSet)
{
case TIMER0_IRQ_OFT://當(dāng)前中斷為定時(shí)器0中斷
do_timer();//跳入定時(shí)器0處理程序
break;
case EINT0_IRQ_OFT://當(dāng)前中斷為K1按鍵觸發(fā)
do_key1_pressed();//處理K1按下事件
break;
}
SRCPND &= (1<
}
（7）INTMOD中斷模式寄存器
表3-13中斷模式寄存器（INTMOD）
| 寄存器名 | 地址 | 是否讀寫(xiě) | 描述 | 復(fù)位默認(rèn)值 |
| INTMOD | 0x4A000004 | R/W | 中斷模式寄存器，指定對(duì)應(yīng)中斷模式： 0 = IRQ一般中斷模式 1 = FIQ快速中斷模式 | 0x0000000 |
| INTMOD | 位 | 描述 | 初始值 |
| INT_ADC | [31] | 0 = IRQ 1 = FIQ | 0 |
| … | … | … | … |
| EINT0 | [0] | 0 = IRQ 1 = FIQ | 0 |
通過(guò)設(shè)置ARM內(nèi)核產(chǎn)生中斷。需要注意的是，快速中斷不存在優(yōu)先級(jí)仲裁，只能有一位被設(shè)置為FIQ模式。
評(píng)論