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《嵌入式linux应用程序开发完全手册》中断控制器操作(外部中断)学习笔记

2009-10-28 22:31 302 查看
《嵌入式linux应用程序开发完全手册》中断控制器操作(外部中断)学习笔记

一.ARM中断体系
当一个“异常”发生时,或者说当收到一个中断触发信号时,ARM9将会自动完成如下一些工作:
(1) 在异常工作模式的连接寄存器R14中保存前一个工作模式的下一条指令地址,即是pc+4或者pc+8。
(2) 将CPSR的值复制到异常模式的SPSR中。
(3) 将CPSR的工作模式位设为这个异常对应的工作模式。
(4) 令PC值等于这个异常模式在异常向量表中的地址,即跳转去执行异常向量表中的相应指令。既是执行中断服务程序。
当从异常模式恢复至之前的工作模式时,软件需要完成如下工作:
(1) 将前面进入异常时保存在R14中的指令地址减去适当值后赋给PC寄存器。

异常模式

退出异常时PC值
进入异常模式时R14值
Svc
MOVS PC,R14
PC+4
Und
MOVS PC,R14
PC+4
Fiq
SUBS PC,R14,#4
PC+4
Irq
SUBS PC,R14,#4
PC+4
Abt
指令预取终止
SUBS PC,R14,#4
PC+4
指令读取终止
SUBS PC,R14,#8
PC+8
(2) 将SPSR的值复制回CPSR。
二. S3C2440中断控制器
其实,无论哪种CPU,中断处理过程都是类似的:
1. 中断控制器汇集各类外设发出的中断信号,然后告诉CPU。
2. CPU保存当前程序的运行环境,调用中断服务程序来处理中断。
3. 在ISR(interrupt Service Routine)中通过读取中断控制器,外设的相关寄存器来识别这是哪个中断,并进行相应的处理。
4. 清除中断:通过读写中断控制器和外设的相关寄存器来实现。
5. 最后恢复被中断程序的运行环境,继续执行中断前的程序。
当然,对于不同的CPU体系结构,具体的寄存器操作自然就不同了。
对于S3C2440,寄存器SUBSRCPND和SRCPND表明有哪些中断被触发了,正在等待处理(pending),INTSUMMSK和INTMSK寄存器用于屏蔽某些中断
基本中断处理过程如下:
中断源被触发过后,SUBSRCPND寄存器中的相应位会被置位,如果此中断没有被INTMSK寄存器屏蔽掉,它将会进一步处理。在SRCPND寄存器中,被触发的中断相应位被置1,等待处理。如果被触发的中断源中有FIQ,则CPU进入FIQ Mode进行处理。如果被触发的是一般的IRQ,可能同时有几个中断被触发,未被INTMSK寄存器屏蔽的中断经过比较,选出优先级最高的中断,此中断在INTPND寄存器中的相应位被置1,然后CPU进入IRQ Mode进行处理。中断服务程序可以通过读取INTPND寄存器或者 INTOFFSET寄存器来确定中断源。
综上,使用中断的步骤如下:
1. 设置好中断模式和快速中断模式下的栈。
2. 准备好中断处理函数。包括异常向量表,ISR,清除中断。
清除中断的方法:
(1) 操作具体外设清除中断信号。
(2) 清除SUBSRCPND,SRCPND寄存器中的相应位。
(3) 清除INTPND寄存器中的相应位。
3. 进入和退出时需要对中断程序的运行环境进行保护和恢复。
(1)进入和退出IRQ的一般处理:
sub lr, lr, #4                  @ 计算返回地址
stmdb   sp!,    { r0-r12,lr }   @ 保存使用到的寄存器
……							@中断处理
ldmia   sp!,    { r0-r12,pc }^  @ 中断返回, ^表示将spsr的值复制到cpsr


(2)进入和退出FIQ的一般处理:

sub lr, lr, #4                  @ 计算返回地址
stmdb   sp!,    { r0-r7,lr }   @ 保存使用到的寄存器
……						@快速中断处理
ldmia   sp!,    { r0-r7,pc }^  @ 中断返回, ^表示将spsr的值复制到cpsr

4. 根据具体中断,设置相关外设,比如对于GPIO中断,需要将相应引功能设置为“外部中断”,设置中断触发条件等等。
5. 将INTSUBMSK寄存器相应位设为0,如果需要的话。
6. 确定使用中断的方式:FIQ或者 IRQ
7. 如果是FIQ,则INTMOD寄存器中设置相应位为1;如果是IRQ,则在PRIORITY寄存器中设置优先级。
8. 如果是IRQ,将INTMSK寄存器相应位设为0,FIQ不受INTMSK寄存器控制。
9. 设置CPSR寄存器中的I 位(IRQ)或者 F位(FIQ),全能IRQ或者FIQ。
中断控制寄存器:
(1) 子中断源未决寄存器SUBSRCPND,地址:0x4A000018
(2) 子中断屏蔽寄存器INTSUBMSK,地址:0x4A00001C
(3) 中断源未决寄存器SRCPND,地址:0x4A000000
(4) 中断屏蔽寄存器INTMSK,地址:0x4A000008
(5) 中断模式寄存器INTMOD,地址:0x4A000004
(6) 优先级寄存器PRIORITY,地址:0x4A00000C
(7) 中断未决寄存器INTPND,地址:0x4A000010
(8) 中断偏移寄存器INTOFFSET,地址:0x4A000014
各个寄存器的具体操作说明请参考S3C2440的datasheet
三.KEY对应的中断连接
EINT19(GPG11)-------K1
EINT11(GPG3)-------K2
EINT2GPF2)-------K3
EINT0GPF0)-------K4
将这几个I/O口设置成外部中断功能。如果某个key按下时就产生中断,点亮对应的led。
四. 按键中断实验代码
(1)初始化,设置中断模式、系统模式的栈,设置好中断处理函数

@******************************************************************************
@ File:head.S
@ 功能:初始化,设置中断模式、系统模式的栈,设置好中断处理函数
@******************************************************************************

.extern     main
.text
.global _start
_start:
@******************************************************************************
@ 中断向量,本程序中,除Reset和HandleIRQ外,其它异常都没有使用
@******************************************************************************
b   Reset

@ 0x04: 未定义指令中止模式的向量地址
HandleUndef:
b   HandleUndef

@ 0x08: 管理模式的向量地址,通过SWI指令进入此模式
HandleSWI:
b   HandleSWI

@ 0x0c: 指令预取终止导致的异常的向量地址
HandlePrefetchAbort:
b   HandlePrefetchAbort

@ 0x10: 数据访问终止导致的异常的向量地址
HandleDataAbort:
b   HandleDataAbort

@ 0x14: 保留
HandleNotUsed:
b   HandleNotUsed

@ 0x18: 中断模式的向量地址
b   HandleIRQ

@ 0x1c: 快中断模式的向量地址
HandleFIQ:
b   HandleFIQ

Reset:
ldr sp, =4096           @ 设置栈指针,以下都是C函数,调用前需要设好栈
bl  disable_watch_dog   @ 关闭WATCHDOG,否则CPU会不断重启

msr cpsr_c, #0xd2       @ 进入中断模式,M[4:0]=10010 , [IFT]=110
ldr sp, =3072           @ 设置中断模式栈指针

msr cpsr_c, #0xdf       @ 进入系统模式
ldr sp, =4096           @ 设置系统模式栈指针,
@ 其实复位之后,CPU就处于系统模式,
@ 前面的“ldr sp, =4096”完成同样的功能,此句可省略

bl  init_led            @ 初始化LED的GPIO管脚
bl  init_irq            @ 调用中断初始化函数,在init.c中
msr cpsr_c, #0x5f       @ 设置I-bit=0,开IRQ中断,[IFT]=010

ldr lr, =halt_loop      @ 设置返回地址
ldr pc, =main           @ 调用main函数
halt_loop:
b   halt_loop

HandleIRQ:
sub lr, lr, #4                  @ 计算返回地址
stmdb   sp!,    { r0-r12,lr }   @ 保存使用到的寄存器
@ 注意,此时的sp是中断模式的sp
@ 初始值是上面设置的3072

ldr lr, =int_return             @ 设置调用ISR即EINT_Handle函数后的返回地址
ldr pc, =EINT_Handle            @ 调用中断服务函数,在interrupt.c中
int_return:
ldmia   sp!,    { r0-r12,pc }^  @ 中断返回, ^表示将spsr的值复制到cpsr


(2)初始化,关闭watchdog,,初始化GPIO引脚为外部中断。

* init.c: 进行一些初始化
*/

#include "s3c24xx.h"

/*
* LED1-4对应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对应GPG11、GPG3、GPF2、GPF0
*/
#define GPG11_eint      (2<<(11*2))     // K1,EINT19
#define GPG3_eint       (2<<(3*2))      // K2,EINT11
#define GPF2_eint       (2<<(2*2))      // K3,EINT2
#define GPF0_eint       (2<<(0*2))      // K4,EINT0

/*
* 关闭WATCHDOG,否则CPU会不断重启
*/
void disable_watch_dog(void)
{
WTCON = 0;  // 关闭WATCHDOG很简单,往这个寄存器写0即可
}

void init_led(void)
{
GPBCON = GPB5_out | GPB6_out | GPB7_out | GPB8_out ;
}

/*
* 初始化GPIO引脚为外部中断
* GPIO引脚用作外部中断时,默认为低电平触发、IRQ方式(不用设置INTMOD)
*/
void init_irq( )
{
GPFCON  = GPF0_eint | GPF2_eint;
GPGCON  = GPG3_eint | GPG11_eint;

// 对于EINT11、19,需要在EINTMASK寄存器中使能它们
EINTMASK &= (~(1<<11)) & (~(1<<19));

/*
* 设定优先级:
* ARB_SEL0 = 00b, ARB_MODE0 = 0: REQ1 > REQ3,即EINT0 > EINT2
* 仲裁器1、6无需设置
* 最终:
* EINT0 > EINT2 > EINT11,EINT19,即K4 > K3 > K1,K2
* EINT11和EINT19的优先级相同
*/
PRIORITY = (PRIORITY & ((~0x01) | (0x3<<7))) | (0x0 << 7) ;

// EINT0、EINT2、EINT8_23使能
INTMSK   &= (~(1<<0)) & (~(1<<2)) & (~(1<<5));
}


(3) 真正的ISR
void EINT_Handle()
{
unsigned long oft = INTOFFSET;
unsigned long val;

switch( oft )
{
// K4被按下
case 0:
{
GPBDAT |= (0x0f<<5);   // 所有LED熄灭
GPBDAT &= ~(1<<8);      // LED4点亮
break;
}

// K3被按下
case 2:
{
GPBDAT |= (0x0f<<5);   // 所有LED熄灭
GPBDAT &= ~(1<<7);      // LED3点亮
break;
}

// K1或K2被按下
case 5:
{
GPBDAT |= (0x0f<<5);   // 所有LED熄灭

// 需要进一步判断是K1还是K2,或是K1、K2被同时按下
val = EINTPEND;
if (val & (1<<11))
GPBDAT &= ~(1<<6);      // K2被按下,LED2点亮
if (val & (1<<19))
GPBDAT &= ~(1<<5);      // K1被按下,LED1点亮

break;
}

default:
break;
}

//清中断
if( oft == 5 )
EINTPEND = (1<<11) | (1<<19);   // EINT8_23合用IRQ5
SRCPND = 1<<oft;
INTPND = 1<<oft;
}
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