ARMS3C2410X系統(tǒng)中斷編程機制的研究與應(yīng)用.

1、ARM S3C2410系統(tǒng)中斷編程機制的研究與應(yīng)用摘 要：本文介紹了 ARM S3C2410系統(tǒng)的異常中斷響應(yīng)和返回過程，重點討 論了 ARM S3C2410系統(tǒng)中采用IRQ響應(yīng)外設(shè)向CPU青求服務(wù)的中斷編程機制, 并用一個實例展示這種中斷編程機制的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：ARM IRQ；中斷編程機制 0 引言在嵌入式系統(tǒng)中外部設(shè)備的功能實現(xiàn)主要是靠中斷機制來實現(xiàn)的 , 即將設(shè)備功能 程序的實現(xiàn)以中斷服務(wù)子程序的形式進行組織。中斷功能可以解決CPU內(nèi)部運行速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于外部總線速度而產(chǎn)生的等待延時問題。因此實現(xiàn)中斷的響應(yīng) ,解 析中斷源跳轉(zhuǎn)和中斷返回等操作成為編程的關(guān)鍵。這也是困擾初學(xué)者的一個難 題。中斷

2、處理的編程實現(xiàn)需要深入了解 ARM內(nèi)核和處理器本身的中斷特征，從 而設(shè)計一種快速簡便的中斷編程機制。1 S3C2410X 系統(tǒng)的異常中斷S3C2410X是基于ARM920T內(nèi)核處理器。該系統(tǒng)提供的 FIQ和IRQ異常中斷用于 外部設(shè)備向CPU請求服務(wù)，一般情況下都是采用IRQ。S3C2410X系統(tǒng)中通常在 存儲區(qū)的低端固化了一個 32字節(jié)的硬件中斷向量表，用來指定各異常中斷及其 處理程序的對應(yīng)關(guān)系。當(dāng)一個異常出現(xiàn)后,S3C2410X系統(tǒng)中ARMi理器對異常中斷的響應(yīng)過程如下:(1)保存處理器當(dāng)前狀態(tài)、中斷屏蔽位以及各條件標(biāo)志位。將當(dāng)前程序狀態(tài)寄存器CPSR勺內(nèi)容保存到將要執(zhí)行的異常中斷對應(yīng)的

3、SPSR寄存器 中。(2)設(shè)置當(dāng)前程序狀態(tài)寄存器 CPSF中相應(yīng)的位。包括設(shè)置 CPSF中的位，使處理器進入相應(yīng)的執(zhí)行模式；設(shè)置 CPSF中的位，禁止IRQ中斷，當(dāng)進 入FIQ模式時，禁止FIQ中斷。(3)將寄存器 lr_mode 設(shè)置成返回地址。(4)將程序計數(shù)器值(PC),設(shè)置成該異常中斷的中斷向量地址，從而跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的異常中斷處理程序執(zhí)行。從異常中斷處理程序中返回包括下面兩個基本操作:(1)恢復(fù)被中斷的程序的處理器狀態(tài)，即將 SP SR_mocl寄存器內(nèi)容復(fù)制到當(dāng)前程序狀態(tài)寄存器 CP SR中。(2)返回到發(fā)生異常中斷的指令的下一條指令處繼續(xù)執(zhí)行，即將lr_mode寄存器的內(nèi)容復(fù)制到程序

4、計數(shù)器 PC中。當(dāng)異常中斷發(fā)生時，程序計數(shù)器 PC所指的位置對于各種不同的異常中斷是不同 的，同樣，返回地址對于各種不同的異常中斷也是不同的。例外的是復(fù)位異常 中斷處理程序不需要返回，因為整個應(yīng)用系統(tǒng)是從復(fù)位異常中斷處理程序開始 執(zhí)行的。2 S3C2410X 系統(tǒng)的中斷編程機制 如前所述，S3C2410X系統(tǒng)一般采用IRQ異常中斷來幫助外部設(shè)備向CPU青求服 務(wù)。S3C2410X系統(tǒng)可接受32個異常中斷源，同時也構(gòu)成了一個IRQ中斷向量 表。在該表中可以放置自己編寫的對應(yīng)中斷源的中斷服務(wù)程序入口地址。 S3C2410X系統(tǒng)的中斷編程就是基于這張IRQ中斷向量表來進行。具體步驟是：IRQ異常中斷

5、解析程序的入口地址。(1)在S3C2410X系統(tǒng)初始化程序中放置 通過ARM兩條微指令來實現(xiàn)：LDRPC, IRQ_AddrIRQ_AddrDCDINT_IRQINT_IRQ是該系統(tǒng)中IRQ解析程序的入口地址。只要有一個IRQ上面代碼中的中斷請求，系統(tǒng)就會自動的跳轉(zhuǎn)到IRQ異常中斷解析程序。(2)編寫IRQ中斷解析程序。中斷服務(wù)程序通常是由高級語言編寫，不好控制 固定地址開始的跳轉(zhuǎn)流程。然而 ARM處理器響應(yīng)中斷的時候，總是從固定的地 址開始的。為了使得上層應(yīng)用程序與硬件中斷跳轉(zhuǎn)聯(lián)系起來，需要編寫一段中 間的服務(wù)程序來進行連接。這樣的服務(wù)程序常被稱作中斷解析程序，通常用 ARM匚編指令編寫。I

6、RQ中斷解析程序要做的工作主要是：將相關(guān)工作寄存器中 的數(shù)據(jù)壓棧保存；查寄存器INTOFFSE找出對應(yīng)的中斷源，根據(jù)IRQ中斷向量 表將該中斷源對應(yīng)的中斷服務(wù)程序的入口地址裝入程序計數(shù)器PC中執(zhí)行。3)編寫對應(yīng)中斷源的中斷服務(wù)程序。流程圖如圖 1 所示：圖1 中斷服務(wù)程序流程圖其中，中斷現(xiàn)場保存的工作是：切換到址壓棧。中斷返回的工作是：返回到System模式，關(guān)閉中斷，將中斷返回地 IRQ模式，開中斷，從堆棧中取出返回地址和中斷之前相關(guān)工作寄存器中的內(nèi)容，重新執(zhí)行主程序。中斷服務(wù)的工作是 具體實現(xiàn)外部設(shè)備向CPU請求的中斷服務(wù)?；谏鲜鋈齻€步驟，總結(jié)出 S3C2410X系統(tǒng)中斷編程機制圖如圖2

7、所示:圖2S3C2410X系統(tǒng)中斷編程機制圖3 S3C2410X系統(tǒng)中斷編程機制的應(yīng)用實例圖2所示的中斷編程機制可以很好的實現(xiàn) S3C2410X系統(tǒng)中任何外設(shè)向CPU青求 的服務(wù)。下面通過一個實例討論這種中斷編程機制：S3C2410X系統(tǒng)中提供了五個 16 位定時器 Timer0、Timer1、Timer2、Timer3、Timer4?，F(xiàn)利用定時器 Timer0計數(shù)，計數(shù)完畢后產(chǎn)生中斷，向 CPU青求的中斷服務(wù)是使系統(tǒng)中的二極 管Led4點亮一段時間再熄滅。依據(jù)上述要求，按照S3C2410X系統(tǒng)中斷編程架構(gòu)圖編寫了系統(tǒng)初始化程序(startup.s)、應(yīng)用主程序(main.c )、IRQ中斷解

8、析程序(INT.S)、定時器 中斷服務(wù)程序(INT_Timer0_shell.s )、點亮二極管Led4程序( Timer0_LISR.c )。這五個程序的流程圖如圖 3 所示: 圖3 實例程序流程圖 值得注意的是在IRQ中斷解析程序INT.s中要定義IRQ32個中斷源向量表。同 時將定時器中斷服務(wù)程序 INT_Timer0_shell.s 的入口地址加到向量表中。依據(jù) 這個IRQ中斷向量表，IRQ解析程序可以找到定時器0的中斷服務(wù)程序的物理 地址。代碼如下所示：DCD0;/ Vector 00DCD0;/ Vector 01DCD0;/ Vector 02DCDINT_Timer0_Shel

9、l;/ Timer0 是INT_Timer0_Shell為定時器 0的中斷服務(wù)程序入口地址DCD0;/ Vector 31INT_IRQ_Vectors ;/ IRQ32 個中斷源向量表10號中斷，從此例中可以看出，這種中斷編程機制不但可以滿足外設(shè)所需要的服務(wù)，而且 結(jié)構(gòu)流程非常的清晰簡便。4 結(jié)束語 本文作者創(chuàng)新點：介紹的中斷編程機制是嵌入式編程中實用的方法，其原理是 通用的。當(dāng)然，在實際開發(fā)中，需要根據(jù)系統(tǒng)處理器 ARM內(nèi)核的中斷特征、處 理器自身的中斷控制器特點和實際要求具體細(xì)化流程圖中的各個步驟和改寫參 考代碼。參考文獻(xiàn)：12 世界 ， 2005，3司 ， 20054杜春雷.ARM體系結(jié)構(gòu)與編程M.清華大學(xué)出版社,2003 龐繼勇，唐婷.ARM處理器中斷處理的編程實現(xiàn)J.電子產(chǎn)品2旋極科技 .