第六章嵌套向量中斷

1、嵌套向量中斷 中斷的概念中斷的概念 CPU正在執(zhí)行程序時(shí)，單片機(jī)外部或內(nèi)部發(fā)生的某一事件 ，請求CPU迅速去處理。 CPU暫時(shí)中止當(dāng)前的工作，轉(zhuǎn)到中斷服務(wù)處理程序處理所 發(fā)生的事件。 處理完該事件后，再回到原來被中止的地方，繼續(xù)原來的 工作，這稱為中斷。 CPU處理事件的過程，稱為CPU的中斷響應(yīng)過程。 執(zhí)行主 程序 主程序 繼續(xù)執(zhí)行 主程序 中斷請求 中斷響應(yīng) 執(zhí)行 中斷 處理 程序 中斷返回 對事件的整個處理過程，稱為對事件的整個處理過程，稱為中斷處理中斷處理（或中斷服務(wù)或中斷服務(wù),ISR,ISR）。）。 中斷方式中斷方式優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：大大地大大地提高了提高了CPU的工作效率。的工作效率。 能

2、夠?qū)崿F(xiàn)中斷處理功能的部件稱為能夠?qū)崿F(xiàn)中斷處理功能的部件稱為中斷系統(tǒng)中斷系統(tǒng) 1. 能實(shí)現(xiàn)中斷響應(yīng)、中斷處理（服務(wù)）、中斷返回和中斷屏蔽。這 是中斷系統(tǒng)最基本的功能。 2. 能實(shí)現(xiàn)中斷優(yōu)先級管理。即當(dāng)有多個中斷源同時(shí)申請中斷時(shí)，CPU 能夠優(yōu)先響應(yīng)最緊急的中斷申請。 3. 能實(shí)現(xiàn)中斷嵌套。即當(dāng)CPU正在為優(yōu)先級較低的中斷源服務(wù)時(shí)，具 有較高優(yōu)先級的中斷源提出中斷申請，此時(shí)中斷系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)允許較 高優(yōu)先級的中斷源中斷較低優(yōu)先級的中斷源，待較高優(yōu)先級的中 斷處理完成后，再接著處理較低優(yōu)先級的中斷。這種中斷服務(wù)程 序再被中斷的過程稱為中斷嵌套。一般的中斷系統(tǒng)應(yīng)能夠處理多 級中斷嵌套 中斷系統(tǒng)需要解決的問題

3、：中斷系統(tǒng)需要解決的問題： 產(chǎn)生中斷的請求源稱為產(chǎn)生中斷的請求源稱為中斷請求源中斷請求源。 常見的中斷源有：常見的中斷源有： 一般的一般的I/OI/O設(shè)備，如鍵盤、打印設(shè)備。設(shè)備，如鍵盤、打印設(shè)備。 數(shù)據(jù)通道中斷源，如數(shù)據(jù)通道中斷源，如ADAD等。等。 實(shí)時(shí)時(shí)鐘。實(shí)時(shí)時(shí)鐘。 故障源故障源 中斷源向中斷源向CPUCPU提出的處理請求，稱為提出的處理請求，稱為中斷請求中斷請求( (或中斷申請或中斷申請) )。 進(jìn)入中斷進(jìn)入中斷保護(hù)現(xiàn)場保護(hù)現(xiàn)場中斷處理恢復(fù)現(xiàn)場中斷處理恢復(fù)現(xiàn)場 中斷返回中斷返回 u首先，CPU應(yīng)收到一個可靠的中斷請求信號，且該中斷請求信 號應(yīng)一直保持到它被響應(yīng)為止。如果中斷請求信號中

4、途撤銷， 則CPU將不再響應(yīng)。 u其次，在中斷請求的同時(shí)，沒有更高級的請求信號發(fā)生。如果 它們同時(shí)發(fā)生，CPU將先處理優(yōu)先級別較高的請求。 u第三，CPU內(nèi)部應(yīng)處在開中斷（允許中斷）狀態(tài)。 u第四，CPU至少要在當(dāng)前指令執(zhí)行完成時(shí)才可能響應(yīng)中斷。 異常/中斷 v 系統(tǒng)異常是Cortex-M3內(nèi)核自帶的一些異常，比如復(fù)位、 總線Fault和SysTick等等 v 外設(shè)中斷是指制造CPU的廠家加入的，比如串口、定時(shí)器 中斷等等 v 異常和中斷都可以“中斷”正常執(zhí)行的代碼流 v 區(qū)別在于: v 異常是Cortex-M3內(nèi)核產(chǎn)生的“中斷”信號，在執(zhí)行指令 或訪問存儲器時(shí)產(chǎn)生的，對Cortex-M3 內(nèi)

5、核來說是“同 步”的 v 而中斷是Cortex-M3內(nèi)核外部（片上外設(shè)或外部中斷信號 ）產(chǎn)生的“中斷”信號中斷請求信號一般來自內(nèi)核的外部 片上外設(shè)或外擴(kuò)的設(shè)備等，對Cortex-M3 內(nèi)核來說 是“異步”的。 NVIC(Nested Vectored Interrupt Controller) Cortex-M3 處理器在內(nèi)核水平上搭載了一個中斷控制器 嵌套向量中斷控制器 NVIC 功能: 1 可嵌套中斷支持 所有異常都可被賦予不同的優(yōu)先級，當(dāng)前異常的優(yōu)先級被 存儲在特殊功能寄存器PSRs的專用字段中，當(dāng)一個新的 異常發(fā)生時(shí)，硬件會自動進(jìn)行優(yōu)先級比較，若發(fā)現(xiàn)最新異 常的優(yōu)先級較高，處理器則會中

6、斷當(dāng)前的服務(wù)例程（或者 是普通程序），而響應(yīng)新來的異常即搶占了低優(yōu)先級 異常。 NVIC 功能 2.向量中斷支持 當(dāng)開始響應(yīng)一個中斷后，Cortex-M3 會自動定位一張向 量表，根據(jù)中斷號從表中找出相應(yīng)中斷的入口地址，然后 跳轉(zhuǎn)過去執(zhí)行 3.動態(tài)優(yōu)先級調(diào)整支持 優(yōu)先級在中斷運(yùn)行期間可以通過軟件進(jìn)行修改。在中斷服 務(wù)例程執(zhí)行完成前，中斷是被鎖定的，無法進(jìn)行深度激活 ，避免了意外重入的風(fēng)險(xiǎn)。 4.中斷延遲大大縮短 Cortex-M3 為了縮短中斷延遲，引入了多個新特性。包 括中斷現(xiàn)場的自動保護(hù)與恢復(fù)，“咬尾中斷”和“晚到中 斷”機(jī)制的支持 5 中斷可屏蔽 通過設(shè)置BASEPRI、PRIMASK

7、和FAULTMASK 等寄 存器， 既可屏蔽優(yōu)先級低于某個閾值的中斷，也可以屏 蔽所有中斷，保證時(shí)間關(guān)鍵的任務(wù)能在最后期限前完成。 異常類型 v Cortex-M3 在內(nèi)核水平上搭載了一個異常響應(yīng)系統(tǒng)，支 持11 種系統(tǒng)異常和240 個外部中斷輸入，如表2.9 所列 。其中，編號115 對應(yīng)的是系統(tǒng)異常，大于等于16 的則 全是外部中斷。除了個別異常有固定的優(yōu)先級外，其它異 常的優(yōu)先級都是可編程的。系統(tǒng)異常和外部中斷通過不同 的寄存器組進(jìn)行控制。 v 系統(tǒng)異常是Cortex-M3 內(nèi)核支持的基本異常，與具體的 芯片無關(guān)，而外部中斷則是與芯片相關(guān)的，芯片廠商會根 據(jù)需要和用途設(shè)計(jì)中斷源數(shù)目（1-

8、240）和優(yōu)先級的位數(shù) 。LPC1700 系列Cortex-M3 支持35 個外部中斷和32 個 中斷優(yōu)先級。 異常向量表 當(dāng)有中斷發(fā)生并得到響應(yīng)時(shí)，處理器首先將定位其中斷服務(wù)函數(shù)的入 口地址，以便進(jìn)行相應(yīng)的處理。中斷向量即是指中斷服務(wù)程序的入口 地址，在Cortex-M3 中，規(guī)定內(nèi)存儲器的最低一部分區(qū)域用來存放 中斷向量(共256 個)，稱這一片內(nèi)存區(qū)為向量表。缺省情況下， Cortex-M3中的向量表位于Flash 空間的零地址處，表中每個向量占 用4 個字節(jié) 中斷的具體行為 一個中斷輸入被認(rèn)為有效后，就會被掛起。即使一段時(shí)間 后該中斷的中斷源取消了此次請求，掛起狀態(tài)仍然會被保 存，直到

9、此中斷成為系統(tǒng)中最高的優(yōu)先級時(shí)，就會得到處 理器的響應(yīng) 但是，如果掛起中斷在得到響應(yīng)之前，其掛起狀態(tài)被清除 了（通過修改PRIMASK 或FAULTMASK 寄存器），則此 次中斷請求無效，中斷的掛起狀態(tài)在NVIC 的寄存器中是 可寫的，用戶通過修改相關(guān)寄存器可掛起一個中斷，也可 清除一個中斷。 中斷的具體行為 v 當(dāng)某中斷的服務(wù)例程開始執(zhí)行時(shí)，就稱此中斷進(jìn)入了“活 躍”狀態(tài)，并且其懸起位會被硬件自動清除。在一個中斷 活躍后，直到其服務(wù)例程執(zhí)行完畢，并且返回（亦稱為中 斷退出）后，才能對該中斷的新請求予以響應(yīng)（單實(shí)例） 。當(dāng)然，新請求在得到響應(yīng)時(shí)，亦是由硬件自動清零其懸 起標(biāo)志位。中斷服務(wù)例程

10、也可以在執(zhí)行過程中把自己對應(yīng) 的中斷重新懸起 中斷的具體行為 如果在執(zhí)行某中斷的服務(wù)函數(shù)期間，中斷源一直保持請求 信號有效，該中斷就會在其服務(wù)程序返回后再次被掛起， 同樣，若中斷在服務(wù)例程執(zhí)行過程中釋放了請求，但在服 務(wù)例程返回前又發(fā)出了新的請求信號，則處理器會記住此 動作，將再次掛起該中斷 中斷的具體行為 如果中斷在得到響應(yīng)之前，其請求信號以脈沖的形式出現(xiàn) 若干次，則被視為只有一次請求 中斷的具體行為 中斷源中斷源 v 每一個外圍設(shè)備可以有一條或幾條中斷線連接到向量中斷 控制器。多個中斷源也可以共用一條中斷線。除過ARM內(nèi) 核指定的某些標(biāo)準(zhǔn)外，哪一條中斷線連接到哪一個中斷源 是無關(guān)緊要的或沒

11、有優(yōu)先級的 寄存器 每個外部中斷都在NVIC的下列寄存器中“掛號”： 使能與除能寄存器 掛起與“解掛”寄存器 優(yōu)先級寄存器 活動狀態(tài)寄存器 另外，下列寄存器也對中斷處理有重大影響 異常掩蔽寄存器（PRIMASK, FAULTMASK以及 BASEPRI） 向量表偏移量寄存器 軟件觸發(fā)中斷寄存器 優(yōu)先級分組位段 寄存器 寄存器 v 中斷使能設(shè)置寄存器 l 使能中斷 l 決定當(dāng)前使能的是哪個中斷。 v 該寄存器的一個位對應(yīng)一個中斷（共32 個中斷）。置位 中斷使能設(shè)置寄存器的位可以使能相應(yīng)的中斷。 v 當(dāng)掛起（pending）中斷的使能位置位時(shí)，處理器會根據(jù) 其優(yōu)先級將其激活。使能位清零時(shí)，雖然其

12、中斷信號有效 ，可以將中斷掛起，但不管其優(yōu)先級如何，該中斷都不能 被激活。因此被禁能的中斷可以當(dāng)作一個被鎖存的GPIO 位。用戶無需調(diào)用中斷就可以直接對它進(jìn)行讀取和清零操 作。 v 1= 使能中斷 v 0= 禁能中斷 寄存器 v 中斷使能清除寄存器 l 禁能中斷 l 決定當(dāng)前被禁能的中斷 v 該寄存器的一個位對應(yīng)一個中斷（共32 個中斷）。置位 中斷使能清除寄存器的位可以禁能相應(yīng)的中斷。 1= 禁能中斷 0= 使能中斷 v 中斷掛起（pend）設(shè)置寄存器 l 將中斷強(qiáng)制掛起 l 決定當(dāng)前被掛起的中斷 v 該寄存器的一個位對應(yīng)一個中斷（共32 個中斷）。置位 中斷掛起設(shè)置寄存器的位可以掛起相應(yīng)的

13、中斷。 v 寫中斷掛起設(shè)置寄存器操作對已經(jīng)掛起或已經(jīng)被禁能的中 斷沒有影響 1= 掛起相應(yīng)的中斷 0= 不掛起相應(yīng)的中斷 v 中斷掛起清除寄存器 l 清除掛起中斷 v 決定當(dāng)前正在掛起哪個中斷 v 該寄存器的一個位對應(yīng)一個中斷（共32 個中斷）。置位 中斷掛起清除寄存器的位可以讓相應(yīng)的掛起中斷變?yōu)椴患?活狀態(tài)。 v 寫中斷掛起清除寄存器操作對那些已經(jīng)激活的中斷沒有影 響，除非這些中斷也正處于掛起狀態(tài)。 外部中斷輸入 概述 LPC1700系列ARM具有4路外部中斷，可以設(shè)置為2種類型： 邊沿觸發(fā)： 上升沿觸發(fā) 下降沿觸發(fā) 電平觸發(fā)： 高電平觸發(fā) 低電平觸發(fā) 中斷信號下降沿觸發(fā) 外部中斷輸入 邊沿

14、觸發(fā)中斷 下降沿觸發(fā)類型中斷的請求和清除時(shí)序。 T1T2 T1時(shí)刻，中斷信號有下降沿產(chǎn)生，中斷控制器向CPU 發(fā)出中斷請求。 1 T2時(shí)刻，CPU執(zhí)行完成中斷控制器的中斷服務(wù)程序， 清除中斷，中斷信號回復(fù)到高電平。 2 中斷信號低電平觸發(fā) 外部中斷輸入 電平觸發(fā)中斷 低電平觸發(fā)類型中斷的請求和清除時(shí)序。 T1T3 T1時(shí)刻，中斷信號開始由高電平轉(zhuǎn)為低電平。 1 T2時(shí)刻，中斷控制器確認(rèn)中斷信號是低電平后，將向 CUP發(fā)出中斷請求。 2 T2 T3時(shí)刻，CPU執(zhí)行完成中斷控制器的中斷服務(wù)程序， 清除中斷，中斷信號回復(fù)到高電平。 3 外部中斷源34 (EINT0) 外部中斷源35 (EINT1)

15、外部中斷源36 (EINT2) 外部中斷源37 (EINT3) ARM 處理器核 嵌套 向量 中斷 控制 器 （NVIC） 外部中斷輸入 外部中斷源 LPC1700系列微控制器幾乎所有的外設(shè)部件都可以 產(chǎn)生中斷。其中外部中斷含有4個獨(dú)立的中斷輸入。 系統(tǒng)控制模塊功能匯總 名稱描述訪問復(fù)位值 EXTINT外部中斷標(biāo)志寄存器R/W0 EXTMODE外部中斷方式寄存器R/W0 EXTPOLAR外部中斷極性寄存器R/W0 寄存器匯總 外部中斷輸入 寄存器匯總 可以通過設(shè)置PINSELx寄存器選擇對應(yīng)引腳為外部中 斷輸入引腳。 1 可以通過設(shè)置EXTPOLAR和EXTMODE確定外部中斷 的觸發(fā)信號。

16、2 可以控制把CPU從掉電模式喚醒。 3 有效中斷信號設(shè)置中斷標(biāo)志。 4 管腳 連接控制 外部中斷 極性控制 外部中斷 方式控制 中斷標(biāo)志 PINSELx EXTPOLAREXTMODEEXTINT CPU 其它部件 1 2 3 外部中斷 極性控制 外部中斷 方式控制 掉電 喚醒控制 中斷標(biāo)志 EXTPOLAREXTMODE EXTINT EXTWAKE 管腳 連接控制 PINSELx CPU 其它部件 寄存器匯總 中斷相關(guān)寄存器 EXTINTEINT0 7 : 40 EINT1 1 EINT2 2 EINT3 3 若引腳上出現(xiàn)了符合要求的信號，EXTINT寄存器中對應(yīng)的中斷標(biāo)志 將被置位。向

17、該寄存器的EINT0EINT3位寫入1，可將其清零。 外部中斷標(biāo)志寄存器(EXTINT)： 注意：在電平觸發(fā)方式下，清除中斷標(biāo)志只有在引腳處于無效狀態(tài)時(shí)才可 實(shí)現(xiàn)。比如設(shè)置為低電平中斷，則只有在中斷引腳恢復(fù)為高電平后才能清 除中斷標(biāo)志。 設(shè)置該寄存器允許相應(yīng)的外部中斷將處理器從掉電模式喚醒。實(shí)現(xiàn)掉 電喚醒不需要在向量中斷控制器（VIC）中使能相應(yīng)的中斷。該寄存器的 低四位（EXTWAKE3:0）分別對應(yīng)外部中斷30。 外部中斷喚醒寄存器(EXTWAKE)： 控制寄存器 EXTWAKEEXTWAKE0 7 : 40 EXTWAKE1 1 EXTWAKE2 2 EXTWAKE3 3 外部中斷方式控

18、制寄存器(EXTMODE)： 該寄存器控制著外部中斷輸入信號的有效觸發(fā)方式，低四位分別對應(yīng) 外部中斷30。對應(yīng)位為0時(shí)，電平觸發(fā)外部中斷；對應(yīng)位為1時(shí)，邊沿 觸發(fā)外部中斷。 控制寄存器 EXTMODEEXTMODE0 7 : 40 EXTMODE1 1 EXTMODE2 2 EXTMODE3 3 外部中斷極性控制寄存器(EXTPOLAR)： 電平觸發(fā)方式下：對應(yīng)位為0時(shí)，低電平觸發(fā)外部中斷；對應(yīng)位為1時(shí)， 高電平觸發(fā)外部中斷。邊沿觸發(fā)方式下：對應(yīng)位為0時(shí)，下降沿觸發(fā)外部中 斷；對應(yīng)位為1時(shí)，上升沿觸發(fā)中斷。 控制寄存器 EXTPOLAREXTPOLAR0 7 : 40 EXTPOLAR1 1

19、EXTPOLAR2 2 EXTPOLAR3 3 設(shè)置說明 相應(yīng)位設(shè)置值 信號波形 極性控制寄存器 （EXTPOLAR） 方式控制寄存器 （EXTMODE） 低電平觸發(fā)0（低）0（電平） 高電平觸發(fā)1（高）0（電平） 下降沿觸發(fā)0（下降）1（邊沿） 上升沿觸發(fā)1（上升）1（邊沿） 中斷信號波形與設(shè)置方式 外部中斷輸入 外部中斷的設(shè)置 LPC1700系列ARM的電平中斷可以設(shè)置為電平中斷和 邊沿中斷。 當(dāng)EXTMODE0 = 0時(shí)，外部中斷0設(shè)置為電平觸發(fā)。 當(dāng)EXTMODE0 = 1時(shí)，外部中斷0設(shè)置為邊沿觸發(fā)。 注意：這里僅以EINT0為例來進(jìn)行講解，EINT1EINT3與之類似，此處不再重復(fù)

20、。 低電平 高電平 EINT0 0 EXTMODE0 = 0 EXTPOLAR0 高電平中斷 低電平中斷 上升沿中斷 下降沿中斷 邊沿 中斷 VIC 外 部 中 斷 0 0 1 1 0 1 電平 中斷 外部中斷輸入 外部中斷的設(shè)置 LPC1700系列ARM的電平中斷可以設(shè)置為電平中斷和 邊沿中斷。 當(dāng)EXTMODE0 = 0時(shí)，外部中斷0設(shè)置為電平觸發(fā)。 當(dāng)EXTMODE0 = 1時(shí)，外部中斷0設(shè)置為邊沿觸發(fā)。 注意：這里僅以EINT0為例來進(jìn)行講解，EINT1EINT3與之類似，此處不再重復(fù)。 EINT0 0 EXTMODE0 = 1 EXTPOLAR0 高電平中斷 低電平中斷 上升沿中斷

21、下降沿中斷 電平 中斷 VIC 外 部 中 斷 0 0 1 1 0 1 下降沿 上升沿 邊沿 中斷 外部中斷輸入 電平中斷設(shè)置 低電平 注意：這里僅以EINT0為例來進(jìn)行講解，EINT1EINT3與之類似，此處不再重復(fù)。 LPC1700系列ARM的電平中斷可以設(shè)置為高電平觸發(fā)和 低電平觸發(fā)。 當(dāng)EXTPOLAR0 = 0時(shí)，外部中斷0設(shè)置為低電平觸發(fā)。 當(dāng)EXTPOLAR0 = 1時(shí)，外部中斷0設(shè)置為高電平觸發(fā)。 EINT0 0 EXTMODE0 = 0 EXTPOLAR0 = 0 高電平中斷 低電平中斷 上升沿中斷 下降沿中斷 電平 中斷 邊沿 中斷 VIC 外 部 中 斷 0 0 1 1

22、0 1 外部中斷輸入 電平中斷設(shè)置 EINT0 0 EXTMODE0 = 0 EXTPOLAR0 = 1 高電平中斷 低電平中斷 上升沿中斷 下降沿中斷 電平 中斷 邊沿 中斷 VIC 外 部 中 斷 0 0 1 1 0 1 注意：這里僅以EINT0為例來進(jìn)行講解，EINT1EINT3與之類似，此處不再重復(fù)。 LPC1700系列ARM的電平中斷可以設(shè)置為高電平觸發(fā)和 低電平觸發(fā)。 當(dāng)EXTPOLAR0 = 0時(shí)，外部中斷0設(shè)置為低電平觸發(fā)。 當(dāng)EXTPOLAR0 = 1時(shí)，外部中斷0設(shè)置為高電平觸發(fā)。 高電平 外部中斷輸入 邊沿中斷設(shè)置 EINT0 0 EXTMODE0 = 1 EXTPOLA

23、R0 = 0 高電平中斷 低電平中斷 上升沿中斷 下降沿中斷 電平 中斷 邊沿 中斷 VIC 外 部 中 斷 0 0 1 1 0 1 注意：這里僅以EINT0為例來進(jìn)行講解，EINT1EINT3與之類似，此處不再重復(fù)。 LPC1700系列ARM的邊沿中斷可以設(shè)置為上升沿觸發(fā)和 下降沿觸發(fā)。 當(dāng)EXTPOLAR0 = 0時(shí)，外部中斷0設(shè)置為下降沿觸發(fā)。 當(dāng)EXTPOLAR0 = 1時(shí)，外部中斷0設(shè)置為上升沿觸發(fā)。 下降沿 外部中斷輸入 邊沿中斷設(shè)置 EINT0 0 EXTMODE0 = 0 EXTPOLAR0 = 1 高電平中斷 低電平中斷 上升沿中斷 下降沿中斷 電平 中斷 邊沿 中斷 VIC

24、 外 部 中 斷 0 0 1 1 0 1 注意：這里僅以EINT0為例來進(jìn)行講解，EINT1EINT3與之類似，此處不再重復(fù)。 LPC1700系列ARM的邊沿中斷可以設(shè)置為上升沿觸發(fā)和 下降沿觸發(fā)。 當(dāng)EXTPOLAR0 = 0時(shí)，外部中斷0設(shè)置為下降沿觸發(fā)。 當(dāng)EXTPOLAR0 = 1時(shí)，外部中斷0設(shè)置為上升沿觸發(fā)。 上升沿 外部中斷輸入 外部中斷的設(shè)置中斷標(biāo)志 EXTINT0 EXTINT1 EXTINT2 EXTINT3 觸發(fā)外部中斷0 觸發(fā)外部中斷1 觸發(fā)外部中斷2 觸發(fā)外部中斷3 外部中斷標(biāo)志寄存器 EXTINT 注意：外部中斷標(biāo)志寫“1”清零。 外部中斷輸入 外部中斷應(yīng)用示例 初始化EINT0(P2.10)為電平中斷： 初始化EINT0為下降沿中斷： 清除所有外部中斷標(biāo)志： PINSEL4 = (PINSEL4 EXTMODE = EXTMODE EXTINT = 0 x0F; PINSEL4= (PINSEL4 EXTMODE = EXTMO