TMS320F28335的中断系统——CPU级中断

对于任何一种CPU来说，除了正常的执行指令外，中断（或异常）是唯一的异步事件。中断的出现是随机的，对中断的处理能力也是CPU的一个重要指标，特别是对于嵌入式处理器。TMS320F28335内置的是C28x系列的CPU。下面介绍C28x对中断的处理过程。

概述

对于C28x，中断可以由软件（INTR，OR IFR,或TRAP指令）或硬件（定时器等）触发。在CPU级所有的中断可以分为两类：
1.可屏蔽中断。可以通过软件的方法屏蔽或使能中断。大部分硬件中断是可屏蔽中断。
2.不可屏蔽中断。不可用软件屏蔽的中断。一旦中断发生，就会立即得到响应。INTR,TRAP指令产生的软件中断都是不可屏蔽的。
中断的一般处理过程如下：
1).中断的申请。硬件或软件向CPU发出中断申请。
2).中断的允许。对于可屏蔽中断，只有相应的中断允许位置位后其中断才能得到响应。
3).中断判优。当同时有多个中断向CPU发出中断申请时，只有优先级高的才能得到系统的响应。
4).断点的保护。保护会被会被中断破坏掉的资源。一般是全部的CPU寄存器。
5).清中断标志。以免中断再次发生。
6).重新打开中断。这个可选。重新打开中断是为了使能中断的嵌套。
7).执行中断服务程序。这时才真正开始进行中断的处理。
8).断点的恢复和中断的返回。

中断向量表和优先级

对于F28335,其中断向量表根据配置可以定位到3个不同的地方。当复位是VMAP =1 ,ENPIE=0。中断向量表定位在Boot ROM中的最后32*32个存储单元中。当设置VMAP=0时,向量表定位在0x000000开始的32*32的存储单元中。在CPU级,一共有32个中断，每个中断的向量一共有22位（程序的地址总线只有22位）。每个向量占用两个连续的地址，高地址存储高6位，低地址存低16位。存储在向量表中的高10位将会被忽略。由于F28335带有PIE模块，PIE模块对CPU的中断功能进行了扩充。当ENPIE
=1,VMAP=1时，中断向量表定位到PF0区域中，如下图：



图1
PIE表的构造如下：



图2
从图中可得：
1.CPU级中断的优先级Reset优先级最高，但是系统复位时复位向量总是从0x3fffc0取。
2.CPU可屏蔽中断优先级顺序（从高到低）：RTOSINT,INT1-INT14,DLOGINT。
3.INT1-INT12接PIE模块拓展了中断系统，INTx.1-INTx.8中断优先级依次降低。

CPU级中断控制

在CPU级，可屏蔽中断包括INT1-INT14，RTOSINT和DLOGINT。INT1-INT14是通用中断，RTOSINT和DLOGINT是用于仿真的。这些中断的控制是由寄存器IFR，IER和DBGIER控制的。
IFR是中断申请标准寄存器
IER是中断允许寄存器
DBGIER是中断允许寄存器（在实时仿真模式下才使用）。
ST1中的第0位，INTM控制整个中断的屏蔽，INTM=1是所有中断都被屏蔽。
在某种条件下（软件或硬件）IFR置位，如果系统工作在正常模式下，IER中的相应位置位且INTM=0，则这个中断将得到响应。注意：RTOSINT，INT1-INT14，DLOGINT的中断优先级依次递减。如果工作在实时仿真模式下且CPU处于Halt状态，中断的允许由DBGIER决定INTM将被屏蔽。
中断允许条件如下表：
表1

DSP运行模式                                          中断允许条件

标准                                                          INTM = 0，相应的IER为1

实时模式且CPU Halt                              IER且DBGIER相应位为1

几个寄存器的详细描述：
IFR寄存器



图3
相应的位置位表示中断申请。寄存器的位格式同IER和DBGIER。
注意这个寄存器可以用软件置位实现软件中断，如OR IFR，#1，将会置位INT1用软件模拟中断的请求。
对于F28335其INT1-INT12外接了PIE模块，中断对INT1的处理会牵扯到PIE模块中的部分寄存器。这些将会在后续内容中详细的讲。INT13，INT14外接了CPU timer0，如下图所示：



图4
CPU对可屏蔽中断的的响应过程如下：
1）中断申请。
PIE模块通过将INT1-INT12中置位；
仿真逻辑通过置位RTOSINT或DLOGINT；
通过执行指令OR IFR,#x将IFR中某一位置位。
2）中断允许。
中断申请后，只有得到允许才能受到CPU的处理。中断允许条件见表1.
3) 中断的判优。
当同时有多个中断申请时，优先级高的讲得到响应。中断的优先级见2
4)清除IFR中相应位。
一旦中断得到相应，IFR中的相应位就会被清除。在得到响应到进入中断服务子程序之前，所有的中断都会被屏蔽。
5）清除流水线。
6）保存PC值。
保存PC的值（中断返回后要执行的指令地址）到一个内部寄存器。在自动上下午切换时，该值会被压入堆栈。
7）获得中断向量。
CPU根据中断源获得相应的中断向量。由于F28335有PIE模块，一般情况下其中断向量表将定位到PIE Vector，PIE Vector的结构见图2
8）执行自动上下文切换。
上下文切换就是断点的保存。自动保存的CPU寄存器和顺序如下图：
1stST0,T
2nd AL,AH
3rd
PL,PH
4st
AR0,AR1
5st
ST1,DP
6st
IER,DBGSTAT
7st
Return address
 9）清除IER中的相应位。
这样使正在服务的中断源被屏蔽。当然如果想使能中断嵌套的话可以从新将其置位。
10）置位INTM，DBGM,清除LOOP,EALLOW,IDLESTAT位。
置位INTM禁止所有可屏蔽中断。
 11）将在第7）中得到的中断向量加载到PC，开始执行中断服务程序。
 12）中断的返回。C28x系列CPU中断的返回通过IRET指令。 C28x系列CPU中IRET指令完成的断点的恢复，执行IRET指令CPU会按照进入中断时入栈的相反顺序将相应寄存器弹出堆栈。

 对于使用中断来说，写程序最需要注意的是中断的断点保护和中断标志的清除。断点如果被破坏，中断后返回就会出现问题，中断标志不清会重复触发相同的中断。
尽管在8）中CPU已经保存了一些寄存器，但是中断服务程序千变万化在执行中还会破坏其他一些寄存器，这时需要在中断服务子程序开始执行前保存被破坏的寄存器。

编程

CPU对中断的处理描述如上。对于编程来说我们需要做哪些工作呢（对于接入PIE模块的外设中断会在PIE模块中详细描述）。
1.初始化中断。初始化中断包括：
   a.对于F28335需要从定位中断向量表,ENPIE=1;
   b.填装中断向量表。PIE Vector是EALLOW保护的。
   b.使能相应的中断，涉及到CPU的IER和INTM位。
2.从对中断的处理过程中可以看到，断点的保护和中断标志的清除都由硬件的完成。这样中断服务子程序的书写将变得很容易。仍需注意：
   a.如果允许中断嵌套须重新清零INTM位。
   b.如果想允许同中断源的中断可以中断当前中断服务程序则需要置位IER中相应位。
   c.保护没自动保存却被中断服务子程序破坏的寄存器。