基于ARM9的中斷控制器的程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、嵌入式系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用工程實(shí)習(xí)(報(bào)告) 第22頁 共21頁目錄1 功能描述11.1 課題設(shè)計(jì)題目11.2 課程功能描述及任務(wù)要求12 基礎(chǔ)知識(shí)12.1 中斷流程12.2 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)22.2.1 中斷優(yōu)先級產(chǎn)生模塊22.2.2 中斷優(yōu)先級22.3 寄存器工作原理32.3.1 程序狀態(tài)寄存器PSR32.3.2 中斷模式32.3.3 中斷請求寄存器32.3.4 中斷屏蔽寄存器42.4 實(shí)驗(yàn)詳解42.4.1 源請求寄存器SRCPND42.4.2 中斷模式寄存器INTMOD52.4.3 中斷屏蔽寄存器INTMSK52.4.4中斷請求寄存器INTPND72.4.5 中斷偏移寄存器INTOFFSET72.4.6

2、 子中斷源請求寄存器SUBSRCPND82.4.7 子中斷屏蔽寄存器INTSUBMSK82.5 實(shí)驗(yàn)環(huán)境93 系統(tǒng)設(shè)計(jì)93.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)93.2 主函數(shù)設(shè)計(jì)103.3 中斷處理函數(shù)設(shè)計(jì)103.4 中斷初始化及LED控制設(shè)計(jì)123.5 各種寄存器的設(shè)計(jì)134 實(shí)驗(yàn)截圖134.1 硬件連接134.2 ADS中工程的相關(guān)配置134.3 AXD 的相關(guān)配置154.4 工程JTAG調(diào)試執(zhí)行175 總結(jié)19致謝20參考文獻(xiàn)211 功能描述1.1 課題設(shè)計(jì)題目基于ARM9中斷控制器的程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)1.2 課程功能描述及任務(wù)要求這次的嵌入式系統(tǒng)實(shí)習(xí)，我們的選題是基于ARM9中斷控制器的程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。課題

3、要完成的功能是，通過產(chǎn)生不同的外部中斷控制發(fā)光二極管的亮滅，通過LED來指示發(fā)生了哪個(gè)外部中斷。要很好地完成本次實(shí)習(xí)，中斷控制的基本原理必須非常熟悉。S3C2410中斷控制器接收56個(gè)中斷源的中斷請求。中斷源由如DMA控制器、UART、IIC等內(nèi)部外設(shè)提供。這些中斷源中，UARTn和EINTn中斷是以或邏輯輸入到中斷控制器的。當(dāng)從內(nèi)部外設(shè)和外部中斷請求引腳接收到多個(gè)中斷請求時(shí)，經(jīng)過中斷仲裁后，中斷控制器向ARM920T請求FIQ或者IRQ中斷。仲裁過程與硬件優(yōu)先級有關(guān)，仲裁結(jié)果寫入中斷請求寄存器。中斷請求寄存器幫助用戶確定哪個(gè)中斷產(chǎn)生。課題設(shè)計(jì)的目的是，通過實(shí)習(xí)，使我們對基于ARM微處理器的嵌

4、入式系統(tǒng)開發(fā)的過程有更多的解，更好地掌握嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的知識(shí)。能夠針對某一嵌入式微處理器進(jìn)行實(shí)際開發(fā)，鍛煉實(shí)踐動(dòng)手能力。并能夠熟練掌握ARM中斷處理過程，能夠在中斷處理程序控制跑馬燈，掌握ARM中斷控制器的工作機(jī)制及原理，熟悉JXARM2410的中斷處理的工作原理。2 基礎(chǔ)知識(shí)2.1中斷流程圖2-12.2數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)2.2.1 中斷優(yōu)先級產(chǎn)生模塊其中32個(gè)中斷請求的優(yōu)先級邏輯有由個(gè)rotation based仲裁位組成：6個(gè)一級仲裁位和一個(gè)二級位，如圖2-2所示。圖2-22.2.2 中斷優(yōu)先級每個(gè)仲裁器可以處理6個(gè)中斷請求，基于一位仲裁器模式(ARB_MODE)和兩位選擇信號(ARB_SEL)：

5、如果ARB_SEL位為00B，優(yōu)先級順序是：REQ0, REQ1, REQ2, REQ3, REQ4, and REQ5。 如果ARB_SEL位為01B，優(yōu)先級順序是：REQ0, REQ2, REQ3, REQ4, REQ1, and REQ5. 如果ARB_SEL位為10B，優(yōu)先級順序是：REQ0, REQ3, REQ4, REQ1, REQ2, and REQ5 如果ARB_SEL位為11B，優(yōu)先級順序是：is REQ0, REQ4, REQ1, REQ2, REQ3, and REQ5.注意：REQ0總是具有最高優(yōu)先級，REQ5總是具有最低優(yōu)先級，改變ARB_SEL位只能改變REQ1-R

6、EQ4的優(yōu)先級。如果ARB_MODE位被置1，ARB_SEL不會(huì)自動(dòng)改變，這會(huì)使仲裁器處于固定優(yōu)先級模式（注意即使處于這種模式，還是可以通過手動(dòng)改變ARB_SEL位來配置優(yōu)先級）。如果ARB_MODE位被置1，ARB_SEL改變以變換優(yōu)先級，例如，如果REQ1被服務(wù)，ARB_SEL自動(dòng)變成01把REQ1變?yōu)樽畹蛢?yōu)先級，ARB_SEL的詳細(xì)規(guī)則如下： 如果REQ0或REQ5被服務(wù)，ARB_SEL位不會(huì)變 如果REQ1被服務(wù)，ARB_SEL位置01B 如果REQ2被服務(wù)，ARB_SEL位置10B 如果REQ3被服務(wù)，ARB_SEL位置11B 如果REQ4被服務(wù)，ARB_SEL位置00B2.3 寄存

7、器工作原理2.3.1 程序狀態(tài)寄存器PSR 如果PSR中的F位被置1，CPU不接收FIQ快速中斷，同樣如果I位PSR被置1，CPU不接收IRQ中斷，因此中斷控制器能夠通過將PSR的F和I位和相應(yīng)的INTMSK中的位清零來接收中斷。2.3.2 中斷模式ARM920T有兩種中斷模式：FIQ和IRQ。在中斷請求時(shí)所有的中斷源決定使用哪個(gè)模式。2.3.3 中斷請求寄存器S3C2410有兩種中斷請求寄存器：源請求寄存器(SRCPND)和中斷請求寄存器(INTPND)。這些請求寄存器揭示了一個(gè)中斷是否正在請求。當(dāng)中斷源請求中斷服務(wù)時(shí)SRCPND寄存器中的相應(yīng)位肯定被置1，然而，中斷仲裁之后則只有INTPN

8、D寄存器的某1位被自動(dòng)置1。即使該中斷被屏蔽，SRCPND寄存器中的相應(yīng)位也會(huì)被置1，但是INTPND寄存器將不會(huì)改變。當(dāng)INTPND寄存器的某位被置1，且I位或者F位清零時(shí)中斷服務(wù)即開始。SRCPND和INTPND寄存器能夠被讀和寫，因此服務(wù)函數(shù)必須通過向SRCPND和INTPND中相應(yīng)位寫入“1”來清除中斷請求條件。2.3.4 中斷屏蔽寄存器通過中斷屏蔽寄存器的哪個(gè)屏蔽位被置1可以知道哪個(gè)中斷被禁止。如果INTMSK的某個(gè)屏蔽位為0，此中斷將會(huì)被正常服務(wù)。如果中斷源產(chǎn)生了一個(gè)請求，SRCPND中的源請求位被置位，即使相應(yīng)屏蔽位為1。2.4實(shí)驗(yàn)詳解中斷控制器有5個(gè)控制寄存器：源請求寄存器、中

9、斷模式寄存器、屏蔽寄存器、優(yōu)先級寄存器和中斷請求寄存器。所有中斷請求首先寄存入SRCPND，它們基于中斷模式寄存器分為兩組：FIQ請求和IRQ請求。多IRQ的仲裁過程基于優(yōu)先級寄存器。2.4.1 源請求寄存器SRCPNDSRCPND由32位組成，每一位與一個(gè)中斷源相關(guān)。如果某個(gè)中斷源產(chǎn)生中斷請求并等待中斷服務(wù)，某位將會(huì)被置1。相應(yīng)地，寄存器也指出了哪個(gè)中斷源在請求服務(wù)。注意SRCPND中的每個(gè)位是由中斷源自動(dòng)置位的，與INTMASK寄存器無關(guān)。此外，SRCPND寄存器不會(huì)被優(yōu)先級邏輯影響。在中斷服務(wù)函數(shù)中必須清零SRCPND的相應(yīng)位，否則，中斷控制器會(huì)認(rèn)為同一個(gè)源的另一個(gè)中斷，換句話說，如果S

10、RCPND的某個(gè)位仍然為1，中斷控制器會(huì)認(rèn)為又有一個(gè)有效的新的中斷在請求服務(wù)。清零相應(yīng)位的時(shí)機(jī)由用戶需求決定。如果想要從同一個(gè)中斷源接收另外一個(gè)有效的中斷，應(yīng)該在剛進(jìn)入ISR的時(shí)候清零，然后使能中斷?？梢酝ㄟ^向SRCPND寫入數(shù)據(jù)來清零某位，但是注意只有SRCPND中為1的位會(huì)被寫成寫入數(shù)據(jù)中的位，而SRCPND中為0的位不會(huì)改變(如圖2-3)。圖2-32.4.2 中斷模式寄存器INTMOD此寄存器由32個(gè)對應(yīng)每個(gè)中斷源的位組成。如果某位被置1，相應(yīng)的中斷被設(shè)置為FIQ模式，否則，設(shè)置為IRQ模式。注意：只有1個(gè)中斷源能夠被設(shè)置為FIQ模式，因此INTMOD中只有1位能被置1。2.4.3 中斷

11、屏蔽寄存器INTMSK每個(gè)中斷源對應(yīng)一個(gè)位，如果某位被置1，CPU不會(huì)響應(yīng)相應(yīng)的中斷請求（注意即使這種情況下，SRCPND的位還是會(huì)置1），如果被置0，相應(yīng)中斷請求可以被響應(yīng)。相關(guān)圖見圖2-4、圖2-5和圖2-6。圖2-4圖2-5圖2-62.4.4中斷請求寄存器INTPND每個(gè)位顯示了相應(yīng)的中斷請求(沒有被屏蔽并等待中斷服務(wù))是否具有最高的優(yōu)先級。由于INTPND寄存器處于優(yōu)先級邏輯之后，只有1位能被置1，只有這個(gè)中斷請求向CPU產(chǎn)生IRQ中斷。在中斷服務(wù)程序中，可以通過讀此寄存器來知道哪個(gè)中斷源正在被服務(wù)。同SRCPN D寄存器一樣，寄存器必須在中斷服務(wù)程序中清零(SRCPND清零之后)。每

12、個(gè)中斷源對應(yīng)一個(gè)位，如果某位被置1，CPU不會(huì)響應(yīng)相應(yīng)的中斷請求，如果被置0，相應(yīng)中斷請求可以被響應(yīng)。（見圖2-7）圖2-7注意：1、如果FIQ模式中斷發(fā)生，INTPND的相應(yīng)位不會(huì)turn on，因?yàn)镮NTPND寄存器僅在IRQ模式下有效。2、清除INTPND寄存器時(shí)的注意事項(xiàng)：INTPND寄存器通過寫1來清零某位。如果某位從1寫成0，INTPND寄存器和INTOFFSET寄存器可能有非期望值出現(xiàn)。因此，請不要向INTPND寄存器中為1的位寫入0，最方便的清除INTPND寄存器的方法就是向INTPND寄存器中寫入當(dāng)前INTPND寄存器的值如：INTPND=INTPND。2.4.5 中斷偏移寄

13、存器INTOFFSETINTOFFSET寄存器中的值表示哪個(gè)中斷請求在INTPND寄存器之中。此位將會(huì)在清零SRCPND和INTPND之后自動(dòng)清零。注意：FIQ中斷不影響此寄存器，因?yàn)樗辉贗RQ模式下有效。2.4.6 子中斷源請求寄存器SUBSRCPND可以通過向SUBSRCPND寫入數(shù)據(jù)來清零某位，但是注意只有SUBSRCPND中為1的位會(huì)被寫成寫入數(shù)據(jù)中的位，而SUBSRCPND中為0的位不會(huì)改變。圖2-8顯示了寄存器的相關(guān)位。圖2-82.4.7 子中斷屏蔽寄存器INTSUBMSK此寄存器有11位，每一位對應(yīng)一個(gè)中斷源，如果某位被置1，說明此位對應(yīng)的中斷請求不被CPU響應(yīng)(注意即使在這種

14、情況下，SUBSRCPND寄存器還是被置1的)，如果屏蔽位為0，則相應(yīng)中斷請求能被響應(yīng)。圖2-92.5 實(shí)驗(yàn)環(huán)境軟件：ADS1.2環(huán)境；硬件：1、PC機(jī)，奔騰以上CPU， 512MB以上內(nèi)存，80G以上硬盤；2、JXARM2410教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)流程，如圖3-1外部中斷2處理程序外部中斷3處理程序開始結(jié)束初始化中斷選擇中斷返回，繼續(xù)循環(huán)等待While循環(huán)等待圖 3-13.2 主函數(shù)設(shè)計(jì)主函數(shù)就是通過一個(gè)While（1）死循環(huán)來等待中斷的發(fā)生，main函數(shù)調(diào)用了一個(gè)delay延時(shí)子程序。相關(guān)代碼如下：#include "register.h&q

15、uot; /包含register.h和comm_fun.h兩個(gè)頭文件#include "comm_fun.h"/* 延時(shí) */void delay(int msec)int i, j;for(i = 1000; i > 0; i-)for(j = msec*10; j > 0; j-)/* do nothing */;/* 主函數(shù) */int main()while(1) /while函數(shù)死循環(huán)等待外部中斷的發(fā)生 delay(5);/delay延時(shí)，但什么都不做，就是等待中斷的發(fā)生 return 0;3.3 中斷處理函數(shù)設(shè)計(jì)當(dāng)INTPND的某位被置，且中斷模式寄

16、存器中斷INTMOD的位或者F位清零時(shí)，中斷服務(wù)即開始。在中斷處理函數(shù)中，必須通過向SRCPND和INTPND中相應(yīng)位寫1來清除中斷請求條件，對于SRCPND，通過向相應(yīng)位寫1來清除中斷請求條件。而對于INTPND來說，最好最方便的辦法就是向中INTPND中寫入當(dāng)前INTPND的值，即INTPNDINTPND。相關(guān)代碼如下：#include "register.h" /包含register.h和comm_fun.h兩個(gè)頭文件#include "comm_fun.h"/* 系統(tǒng)中斷處理函數(shù) */void handle_irq()unsigned long

17、irqOffSet = INTOFFSET; / 通過中斷偏移寄存器 /取得中斷信號,用irqOffSet存儲(chǔ)if (2 = irqOffSet) /如果是外部中斷2鍵被按下，則執(zhí)行下面的程序Led_Display(2); /調(diào)用sys_init.c中顯示LEDLed_Display()子程序 /LED2點(diǎn)亮delay(100);else if(3 = irqOffSet)/如果是中斷3鍵被按下，則執(zhí)行下面的程序Led_Display(4);/調(diào)用sys_init.c中顯示LED的Led_Display()子程序/LED3點(diǎn)亮delay(100);SRCPND &= (1<<

18、;irqOffSet);/ 清除中斷源，寫1清0INTPND = INTPND;/ 清除中斷結(jié)果，寫1清03.4 中斷初始化及LED控制設(shè)計(jì)中斷初始化，INTMSK的相應(yīng)位如果置0，則允許中斷；如果相應(yīng)位置1，即使發(fā)生了中斷，中斷控制器將屏蔽該中斷請求CPU不會(huì)響應(yīng)該中斷。在中斷初始化函數(shù)中，將INTMSK2、3位置0，使能相關(guān)外部中斷。0x10000000對應(yīng)的值的4、5、6、7位分別控制LED1、LED2、LED3、LED4的亮滅。LED初始化，傳入值15，即data=00001111B，執(zhí)行Led_Display ()函數(shù)后，output_0x10000000最后的值為00001111B

19、，此時(shí)4個(gè)LED燈均被點(diǎn)亮。 當(dāng)外部中斷2觸發(fā)時(shí)，Led_Display ()函數(shù)的參數(shù)值為2時(shí)，data=00000010B，output_0x10000000最后的值為11011111B，此時(shí)第二個(gè)LED燈均被點(diǎn)亮。當(dāng)當(dāng)外部中斷3觸發(fā)時(shí)，Led_Display ()函數(shù)的參數(shù)值為3時(shí)，data=00000011B，output_0x10000000最后的值為10111111B，此時(shí)第三個(gè)LED燈均被點(diǎn)亮。相關(guān)代碼如下：#include "register.h"/包含register.h和comm_fun.h兩個(gè)頭文件#include "comm_fun.h&q

20、uot;unsigned char output_0x10000000 = 0xff;extern void Led_Display(int data) output_0x10000000 &= (0xf0); output_0x10000000 |= (data)<< 4) & 0xf0); *(unsigned char *)0x10000000) = output_0x10000000;int led_init()Led_Display(15); delay(10);return 0;void irq_init()INTMSK &= (3<<

21、;2);3.5 各種寄存器的設(shè)計(jì)（1）LED控制寄存器和數(shù)據(jù)寄存器的定義#define GPBCON (*(volatile unsigned long *)0x56000010)#define GPBDAT (*(volatile unsigned long *)0x56000014)（2）中斷屏蔽寄存器、中斷請求寄存器、三種外部中斷寄存器的定義#define EINTMASK (*(volatile unsigned long *)0x560000A4)#define EINTPEND (*(volatile unsigned long *)0x560000A8)#define EXTIN

22、T0 (*(volatile unsigned long *)0x56000088)#define EXTINT1 (*(volatile unsigned long *)0x5600008C)#define EXTINT2 (*(volatile unsigned long *)0x56000090)4 實(shí)驗(yàn)截圖4.1 硬件連接 通過ADT2000仿真器把計(jì)算機(jī)與JXARM9-2410-1 ARM9嵌入式教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建立連接，打開試驗(yàn)箱電源。4.2 ADS中工程的相關(guān)配置（1）首先，打開ADS軟件，如圖 4-1所示。圖4-1 ADS軟件初始界面（2）打開工程，如圖4-2 所示。圖4-2 打開

23、工程（3）設(shè)置工程。先點(diǎn)擊左邊的“ARM Linker ”，然后選擇右邊的“Output”并在“RO Base”中設(shè)置為“0x30000000”，如圖4-3所示。圖4-3 ARM Linker 的 Output 選項(xiàng)卡配置（4）然后再點(diǎn)擊Layout頁，進(jìn)行目標(biāo)文件的設(shè)置。如圖4-4所示。圖4-4 ARM Linker 的 Layout選項(xiàng)卡配置4.3 AXD 的相關(guān)配置（1）調(diào)試工程。從開始菜單啟動(dòng)“AXD Debugger”。啟動(dòng)后的界面如圖4-5所示。圖 4-5 ADX 的初始界面（2）選擇“Options”菜單中的“Configure Target···”

24、，在彈出的對話框中選擇“Add”按鈕，保證ADT IDE已經(jīng)安裝，添加adtrdi列表文件。如圖4-6所示。圖 4-6 添加adtrdi列表文件（3）回到“Choose Target”對話框，在“Target Environments”列表中選中剛才添加的列表文件，點(diǎn)擊“Configure”按鈕進(jìn)行處理器類型、存儲(chǔ)器存儲(chǔ)方式等的配置。如圖4-7所示。圖4-7 處理器類型等的配置（4）如果設(shè)置正確并且硬件連接正確，串口連接成功，將出現(xiàn)如圖4-8所示的提示。圖 4-8 串口連接成功4.4 工程JTAG調(diào)試執(zhí)行（1）點(diǎn)擊ADS軟件中的Debug  按鈕，開始JTAG調(diào)試。如圖4-9所示。圖

25、 4-9開始調(diào)試（2）如果編譯成功，將出現(xiàn)如圖4-10所示的提示，程序運(yùn)行正常，在斷點(diǎn)處停止。圖4-10 開始執(zhí)行程序（3）點(diǎn)擊GO按鈕，跳過斷點(diǎn)，繼續(xù)執(zhí)行，如圖4-11所示。圖 4-11 執(zhí)行成功5 總結(jié) 我們的選題是基于ARM9中斷控制器的程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，任務(wù)下達(dá)之后，我們首先利用三天的時(shí)間進(jìn)行了相關(guān)資料的學(xué)習(xí)，比如中斷的處理過程，跑馬燈的工作原理等。通過查找資料進(jìn)一步的學(xué)習(xí)這些知識(shí)，我發(fā)現(xiàn)我們之前對于書本上的很多知識(shí)學(xué)得還不夠深入，離應(yīng)用還差得很遠(yuǎn)。接著，我們開始進(jìn)行系統(tǒng)的需求分析，根據(jù)需求分析做了總體設(shè)計(jì)，有了一個(gè)整體的框架，我們進(jìn)行了小組內(nèi)的任務(wù)分配。通過分工合作，我們開始錄入代碼，并完善了系統(tǒng)，最終實(shí)現(xiàn)了課題的要求，通過產(chǎn)生外部中斷來控制跑馬燈的亮滅。在實(shí)習(xí)過程中，我也遇到了一些麻煩。比如，源中斷掛起寄存器的清零實(shí)現(xiàn)不了，原來是因?yàn)锳RM9中SRCPND和INTPND都是通過寫一清零的。還有，最初跑馬燈不知如何控制，通過小組合作以及老師的幫助下，認(rèn)真的分析了代