TMS320C54x系列DSP中的應(yīng)用

摘要：詳細分析了TMS320C54x系列DSP的中斷機制，以及在擴展地址模式下中斷控制所具有的一些特點，并給出了DSP／BIOS下中斷的管理。 關(guān)鍵詞：中斷 中斷向量表 TMS320C54x DSP/BIOS DSP 中斷是嵌入式芯片的靈魂，這是因為多數(shù)嵌入式系統(tǒng)對實時性都有很高的要求，即對出現(xiàn)事件的響應(yīng)要極為迅速。中斷與軟件查詢方式相比有著更高的執(zhí)行效率。在ＴＩ公司的ＴＭＳ３２０Ｃ５４ｘ系列（以下簡稱Ｃ５４ｘ系列）ＤＳＰ中，同樣也提供了很好的中斷機制。 １ Ｃ５４ｘ中的中斷機制 中斷信號實質(zhì)上是由硬件或者是軟件驅(qū)動的信號，它能使ＤＳＰ暫停正在執(zhí)行的程序并進入中斷服務(wù)程序（ＩＳＲ）。在最典型的ＤＳＰ系統(tǒng)中，如果Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器需要送數(shù)據(jù)到ＤＳＰ中，或者Ｄ／Ａ轉(zhuǎn)換器需要從ＤＳＰ中取走數(shù)據(jù)，都是通過硬件中斷向ＤＳＰ發(fā)出請求的。 Ｃ５４ｘ系列ＤＳＰ支持軟件中斷和硬件中斷。軟件中斷是由指令（ＩＮＴＲ、ＴＲＡＰ、ＲＥＳＥＴ）觸發(fā)的，硬件中斷是由外圍器件觸發(fā)的。硬件中斷實際上又分為兩類：一類是由ＤＳＰ的片外外設(shè)（如Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器）觸發(fā)的，另外一類是由ＤＳＰ的片內(nèi)外設(shè)（如定時器中斷）觸發(fā)的。硬件中斷又有優(yōu)先級的區(qū)分，這是為了處理同一時刻有多個硬件中斷源觸發(fā)中斷的情況。硬件中斷的種類和優(yōu)先級請參看具體使用的芯片資料。如果按照可屏蔽情況分類，中斷又可分為可屏蔽中斷（Ｃ５４ｘ至多支持１６個）和不可屏蔽中斷?？善帘沃袛嗍埽樱裕奔拇嫫髦械模桑危裕臀缓停桑停壹拇嫫髦邢鄳?yīng)位的影響。當(dāng)ＩＮＴＭ＝０時，ＩＭＲ中某位為１，則開放相應(yīng)的中斷。其實，在Ｃ５４ｘ中硬件中斷并不一定要由外圍器件觸發(fā)，它同樣可以由指令ＩＮＴＲ、ＴＲＡＰ觸發(fā)，并且不受ＩＮＴＭ的限制。有一點需要引起注意的是：指令ＲＥＳＥＴ復(fù)位和硬件ＲＳ復(fù)位對ＩＰＴＲ和外圍電路初始化是不相同的。硬件復(fù)位時ＩＰＴＲ總是被置為０ｘ１ＦＦ，軟件復(fù)位時則不會修改當(dāng)前ＩＰＴＲ的值。Ｃ５４ｘ的中斷處理過程分為三個階段： ①中斷請求?？梢杂糜布骷蛘哕浖噶钫埱笾袛唷Ｈ绻埱蟮闹袛嗍强善帘沃袛?，則ＩＦＲ寄存器中相應(yīng)的位被置為１，而不管中斷是否會被響應(yīng)。 ②中斷響應(yīng)。對于軟件中斷和不可屏蔽中斷，ＣＰＵ是立即響應(yīng)的。對于可屏蔽中斷，要滿足下列條件才能響應(yīng)： %26;#183;優(yōu)先級最高（同時出現(xiàn)多個中斷時） %26;#183;ＩＮＴＭ位為０ %26;#183;ＩＭＲ中相應(yīng)位為１ ＣＰＵ在取到軟件向量的第一個字后會產(chǎn)生ＩＡＣＫ信號，對可屏蔽中斷而言，ＩＡＣＫ會清除ＩＦＲ中相應(yīng)位。 ③中斷處理。保護特定的寄存器，執(zhí)行中斷服務(wù)程序，完成后恢復(fù)寄存器。保護寄存器的原則是執(zhí)行中斷服務(wù)程序后能正確返回并恢復(fù)原來運行程序的環(huán)境。ＤＳＰ中提供的中斷是以中斷向量表（ＶＥＣＴ）的形式出現(xiàn)的（見表１）。中斷向量表的長度為１２８個字節(jié)，每個中斷分配為４個字節(jié)，一共有３２個中斷，具體的中斷要看相應(yīng)的芯片。Ｃ５４ｘ中斷向量表的地址是由ＰＭＳＴ寄存器中的ＩＰＴＲ構(gòu)成高９位地址形成的，所以向量表的地址必須是１２８的倍數(shù)。硬件復(fù)位時，ＩＰＴＲ總是默認置為０ｘ１ＦＦ，所以中斷向量表地址為０ｘＦＦ８０。每個中斷向量的地址按如下構(gòu)成方法形成：ＰＣ＝(ＩＰＴＲ)＜＜７＋(Ｖｅｃｔｏｒ[n])＜＜２ （Ｖｅｃｔｏｒ[ｎ]為中斷向量號，在０～３１之間），中斷向量號左移兩位是因為每個中斷向量占用４個字節(jié)的緣故。中斷向量表總是以匯編的形式出現(xiàn)的。 ２ 擴展地址模式下的中斷控制 早期的ＤＳＰ共有１９２Ｋ的空間（程序、數(shù)據(jù)和Ｉ／Ｏ空間各為６４Ｋ），隨著ＤＳＰ處理能力越來越強，１９２Ｋ的空間已經(jīng)不能滿足需要。后來的Ｃ５４ｘ均提供了擴展地址模式，使程序空間擴展到８Ｍ。擴展模式下的中斷控制有自己特殊的地方，有必要進行說明。 擴展模式下程序空間的尋址是通過寄存器ＰＣ和ＸＰＣ一同進行的。ＰＣ構(gòu)成低１６位地址位，ＸＰＣ構(gòu)成高７位地址位。所以保存和恢復(fù)ＸＰＣ是用戶必須注意的。如果用戶使用的是Ｆａｒ Ｃａｌｌ指令，則ＸＰＣ會自動保存和恢復(fù)。但在進行中斷處理的時候，只有１６位的ＰＣ寄存器能夠自動得到保存（這是由于考慮了非擴展模式下中斷的效率問題），所以ＸＰＣ必須由用戶自己來保存，否則在中斷返回的時候往往會跳到不同的頁面（由返回前后ＸＰＣ值的不同引起）造成不可預(yù)測的后果。程序如表１所示。由于必須在長跳轉(zhuǎn)之前保存ＸＰＣ的值，沒法使用延遲指令（如ＦＢＤ），所以中斷時延會增加兩個周期。 再來考慮另外一種情況：設(shè)程序運行在ＸＰＣ＝２的頁面上，如果這個時候有中斷發(fā)生并得到了ＣＰＵ的響應(yīng)，ＤＳＰ會加載ＰＣ：ＰＣ＝(ＩＰＴＲ)＜＜７＋(Ｖｅｃｔｏｒ[ｎ])＜＜２，ＸＰＣ的值不發(fā)生變化，于是中斷向量的地址為：０ｘ２００００＋０ｘＰＣ。這就明顯地說明：中斷向量表必須和應(yīng)用程序在同一６４Ｋ的程序空間頁面內(nèi)。如果應(yīng)用程序不是只分布在一個程序空間頁面內(nèi)，那應(yīng)該如何處理呢？可分三種類型共四種技巧來應(yīng)對這樣的情況：（１．１）描述的是ＯＶＬＹ為任意的情況；(２．１)～(２．２)描述的是ＯＶＬＹ＝１的情況；（３．１）描述的是ＯＶＬＹ＝０的情況。 (１.１)有的應(yīng)用中，一些程序一旦運行是不允許中斷的。把不允許中斷的程序部分放到擴展空間內(nèi)，而把中斷向量表和ＩＳＲ以及允許中斷的程序部分都放在ＸＰＣ＝０的頁面。當(dāng)調(diào)用擴展空間的程序時關(guān)閉中斷使能，而當(dāng)擴展空間程序返回到ＸＰＣ＝０的頁面時再開中斷。這樣做的好處是不用關(guān)注ＸＰＣ的值對中斷向量尋址的影響。中斷的時候也不需要保存ＸＰＣ的值。調(diào)用過程如圖１所示，Ｙ表示需要關(guān)注ＸＰＣ的值，Ｎ表示不需要關(guān)注ＸＰＣ的值，數(shù)字表示調(diào)用順序。 (２.１) ＤＳＰ中影響存儲器映射的因素有三個：ＯＶＬＹ、ＤＲＯＭ和ＭＰ／ＭＣ。ＯＶＬＹ是Ｏｖｅｒｌａｙ的簡寫。當(dāng)ＯＶＬＹ＝１時，數(shù)據(jù)空間里的一部分ＲＡＭ變?yōu)橹丿B區(qū)域（Ｏｖｅｒｌａｙ Ｍｅｍｏｒｙ）。這部分重疊區(qū)域同時映射在每一頁程序空間的上部。具體示例如圖２所示（ＭＰ／ＭＣ＝０，Ｃ５４１６）。可見ＯＶＬＹ＝１的時候，數(shù)據(jù)空間的ＤＡＲＡＭ０～３被映射到程序空間的每一頁上。基于這樣的特點，可以把中斷向量表定位到數(shù)據(jù)空間的重疊區(qū)域ＤＡＲＡＭ０～３中，置ＯＶＬＹ為１。當(dāng)有中斷發(fā)生時，不管程序運行于ＤＳＰ的哪個程序頁面空間，只用ＰＣ尋址都能夠正確地取到中斷向量表，而不會受ＸＰＣ的影響。中斷程序ＩＳＲ可以放到任何一個程序頁面中，但這時跳轉(zhuǎn)到ＩＳＲ的指令只能用長跳轉(zhuǎn)指令（ＦＢ等），跳轉(zhuǎn)之前注意將ＸＰＣ壓入堆棧，程序同表１。示意圖如圖３所示。 （２.２） 如果片內(nèi)ＲＡＭ比較大，分給數(shù)據(jù)空間的ＲＡＭ也比較多（如Ｃ５４１６有６４Ｋ的ＲＡＭ可以作為數(shù)據(jù)空間），數(shù)據(jù)空間可能會有余量。這時可以把中斷向量表和ＩＳＲ都全部放進數(shù)據(jù)空間的Ｏｖｅｒｌａｙ Ｍｅｍｏｒｙ區(qū)域，并把ＯＶＬＹ置１。這樣不僅在任何程序頁面空間都能夠正確地取到中斷向量表，同時用短跳轉(zhuǎn)指令（ＢＤ等）就可以實現(xiàn)跳轉(zhuǎn)到ＩＳＲ，不再需要對ＸＰＣ進行保存和還原。程序請參看表２。 （３.１） 在擴展模式下，雖然程序空間擴為８Ｍ，但如果ＯＶＬＹ＝１，則程序空間中存在大量的重疊區(qū)域，如Ｃ５４１６在ＯＶＬＹ＝１的情況下真正可用的程序空間最大為４．０３Ｍ。有的場合需要的程序空間大于４．０３Ｍ，就必須使用ＯＶＬＹ＝０的情況。這個時候程序空間不存在重疊區(qū)域，但可以模擬出來。方法是：把中斷向量表拷貝到會發(fā)生中斷的每一頁程序空間，如圖４所示。這樣，中斷的時候就能正確找到中斷向量表而實現(xiàn)中斷跳轉(zhuǎn)。 比較上面的四種方法，方法（２.１）更為適應(yīng)普遍的情況。它不限制ＩＳＲ的地址范圍，而中斷向量表只占０ｘ８０的空間，把它放到數(shù)據(jù)空間的重疊區(qū)域是很容易做到的。筆者正在做的項目正是采用了這種方法。３ ＤＳＰ／ＢＩＯＳ下中斷的管理 ＤＳＰ／ＢＩＯＳ是ＴＩ近來推出的準實時操作系統(tǒng)，它同樣支持擴展地址模式，只是需要將Ｇｌｏｂａｌ Ｓｅｔｔｉｎｇｓ中的函數(shù)調(diào)用模式設(shè)置為Ｆａｒ就可以了。需要強調(diào)的是：ＢＩＯＳ只支持ＯＶＬＹ＝１的擴展模式，而不支持ＯＶＬＹ＝０的擴展模式。擴展模式下在ＢＩＯＳ Ｃｏｄｅ中會多出一個段“．ｂｉｏｓ:．ｎｏｒｐｔｂ”，這個段會被自動放入Ｏｖｅｒｌａｙ Ｍｅｍｏｒｙ之中。ＢＩＯＳ管理的線程有四種類型：ＨＷＩ、ＳＷＩ、ＴＳＫ以及ＩＤＬ。上面所提到的所有中斷屬于優(yōu)先級最高的ＨＷＩ線程。每個中斷向量都是以ＨＷＩ模塊的Ｏｂｊｅｃｔ形式存在，可以用ＢＩＯＳ下的Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ Ｔｏｏｌ來配置每個中斷向量所觸發(fā)的函數(shù)。在Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ Ｔｏｏｌ中，會發(fā)現(xiàn)Ｓｙｓｔｅｍ的ＭＥＭ模塊下有一個名為ＶＥＣＴ的Ｏｂｊｅｃｔ，它實質(zhì)上是用來給中斷向量表分配存儲空間的，用戶可以自己配置中斷向量表的地址（必須是１２８的倍數(shù)）。地址的分配方法可以參考上面提到的幾種應(yīng)對技巧。下面就ＢＩＯＳ下的中斷做出幾點說明： %26;#183;在Ｏｂｊｅｃｔ的屬性框中填寫中斷函數(shù)名時，如果中斷函數(shù)是由Ｃ語言編寫的，則需要在函數(shù)名前加下劃線（Ｃ語言和匯編語言相互調(diào)用的需要）。匯編語言則不需要。 %26;#183;在編寫中斷函數(shù)的時候不能再用關(guān)鍵字ｉｎｔｅｒｒｕｐｔ來說明中斷函數(shù)，因為ＢＩＯＳ已經(jīng)自動包括了這個功能。如果再用ｉｎｔｅｒｒｕｐｔ，則會造成致命后果。 %26;#183;如果中斷函數(shù)是用匯編語言編寫的，中斷函數(shù)應(yīng)夾在ＢＩＯＳ的ＡＰＩ ＨＷＩ＿ｅｎｔｅｒ和ＨＷＩ＿ｅｘｉｔ之間。這樣，在中斷處理的時候會正確保存和恢復(fù)一些需要使用的寄存器，并妥善處理線程間的關(guān)系以及中斷函數(shù)中對ＢＩＯＳ ＡＰＩ的調(diào)用；如果中斷函數(shù)是用Ｃ語言編寫的，則必須使用ＨＷＩ Ｄｉｓｐａｔｃｈｅｒ?qū)傩?，作用和前面是一樣的?img onload="if(this.width>620)this.width=620;" onclick="window.open(this.src)" style="cursor:pointer" src="http://editerupload.eepw.com.cn/fetch/20140414/242368_1_5.jpg" border=0>%26;#183;在ＢＩＯＳ中的ＳＷＩ（軟件中斷）模塊下，用戶可以自己添加軟件中斷對象。但是必須從概念上分清楚，這里添加的軟件中斷和在前面提到的軟件中斷（即由ＩＮＴＲ、ＴＲＡＰ、ＲＥＳＥＴ觸發(fā)的中斷）是完全不同的概念。這里的軟件中斷并不屬于中斷向量表里的中斷向量（顯然中斷的個數(shù)也不會存在限制），并且它可以帶兩個參數(shù)（前面的中斷函數(shù)是不能帶參數(shù)的）。所以從幾個方面看這里的軟件中斷函數(shù)更象是通常意義上的一般函數(shù)。 在剛開始使用ＤＳＰ／ＢＩＯＳ的時候可能會覺得比較麻煩，需要理解的東西也很多。但當(dāng)你熟悉了以后會發(fā)現(xiàn)，它能幫你節(jié)省不少時間去處理底層的東西，而使你將更多的精力放在算法的實現(xiàn)上。 本文全面介紹了Ｃ５４ｘ系列ＤＳＰ的中斷機制，以及中斷在使用過程中的一些技巧，闡述了整個中斷的響應(yīng)過程和一些比較容易出錯的地方。希望通過共享使大家更快更好地掌握Ｃ５４ｘ的中斷處理。