中斷在TMS320C54x系列DSP中的應(yīng)用

/DSP技術(shù)與應(yīng)用實(shí)例結(jié)業(yè)論文-－-－-－中斷在TMS3２0C５4ｘ系列ＤＳP中的應(yīng)用班級(jí)：電氣０8-6姓名：王少農(nóng)學(xué)號(hào)：200840７３619中斷在ＴＭS320C54x系列DＳP中的應(yīng)用中斷是嵌入式芯片的靈魂,這是因?yàn)槎鄶?shù)嵌入式系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性都有很高的要求,即對(duì)出現(xiàn)事件的響應(yīng)要極為迅速。中斷與軟件查詢方式相比有著更高的執(zhí)行效率.在TＩ公司的TMS３２０Ｃ5４x系列(以下簡(jiǎn)稱C54x系列)DSＰ中，同樣也提供了很好的中斷機(jī)制。而數(shù)字信號(hào)處理器（DSP)作為一種可編程專用芯片，是數(shù)字信號(hào)處理理論實(shí)用化過程的重要技術(shù)工具，在語音處理、圖像處理等技術(shù)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。但對(duì)于算法設(shè)計(jì)人員來講,利用匯編語言或C語言進(jìn)行ＤSP功能開發(fā),具有周期長、效率低的缺點(diǎn)，不利于算法驗(yàn)證和產(chǎn)品的快速開發(fā)。1．Ｃ５4x中的中斷機(jī)制中斷機(jī)制包括硬件的中斷裝置和操作系統(tǒng)的中斷處理服務(wù)程序中斷信號(hào)實(shí)質(zhì)上是由硬件或者是軟件驅(qū)動(dòng)的信號(hào)，它能使ＤSＰ暫停正在執(zhí)行的程序并進(jìn)入中斷服務(wù)程序（ISR）.在最典型的DSＰ系統(tǒng)中,如果A/Ｄ轉(zhuǎn)換器需要送數(shù)據(jù)到DＳP中，或者D/Ａ轉(zhuǎn)換器需要從DＳP中取走數(shù)據(jù)，都是通過硬件中斷向DSP發(fā)出請(qǐng)求的.C54x系列DSP支持軟件中斷和硬件中斷。軟件中斷是由指令（IＮTR、TRAP、ＲＥSET)觸發(fā)的，硬件中斷是由外圍器件觸發(fā)的。硬件中斷實(shí)際上又分為兩類:一類是由DSＰ的片外外設(shè)（如A／D轉(zhuǎn)換器)觸發(fā)的，另外一類是由DSP的片內(nèi)外設(shè)(如定時(shí)器中斷）觸發(fā)的.硬件中斷又有優(yōu)先級(jí)的區(qū)分，這是為了處理同一時(shí)刻有多個(gè)硬件中斷源觸發(fā)中斷的情況。硬件中斷的種類和優(yōu)先級(jí)請(qǐng)參看具體使用的芯片資料。如果按照可屏蔽情況分類，中斷又可分為可屏蔽中斷(C54x至多支持16個(gè))和不可屏蔽中斷。可屏蔽中斷受ST１寄存器中的ＩNＴM位和ＩMR寄存器中相應(yīng)位的影響。當(dāng)ＩNＴM=0時(shí)，ＩMR中某位為１，則開放相應(yīng)的中斷。其實(shí),在C54x中硬件中斷并不一定要由外圍器件觸發(fā)，它同樣可以由指令I(lǐng)ＮTR、TRAP觸發(fā)，并且不受IＮTM的限制。有一點(diǎn)需要引起注意的是:指令RＥSEＴ復(fù)位和硬件RS復(fù)位對(duì)IPTR和外圍電路初始化是不相同的。硬件復(fù)位時(shí)IPTR總是被置為0x１FF,軟件復(fù)位時(shí)則不會(huì)修改當(dāng)前IPＴR的值。C５4x的中斷處理過程分為三個(gè)階段:①中斷請(qǐng)求?？梢杂糜布骷蛘哕浖噶钫?qǐng)求中斷。如果請(qǐng)求的中斷是可屏蔽中斷，則IFR寄存器中相應(yīng)的位被置為１，而不管中斷是否會(huì)被響應(yīng).②中斷響應(yīng).對(duì)于軟件中斷和不可屏蔽中斷，CＰU是立即響應(yīng)的。對(duì)于可屏蔽中斷，要滿足下列條件才能響應(yīng)：·優(yōu)先級(jí)最高(同時(shí)出現(xiàn)多個(gè)中斷時(shí))·INTM位為０·IMＲ中相應(yīng)位為１CＰU在取到軟件向量的第一個(gè)字后會(huì)產(chǎn)生IACK信號(hào)，對(duì)可屏蔽中斷而言,IACK會(huì)清除IFR中相應(yīng)位。③中斷處理。保護(hù)特定的寄存器，執(zhí)行中斷服務(wù)程序,完成后恢復(fù)寄存器。保護(hù)寄存器的原則是執(zhí)行中斷服務(wù)程序后能正確返回并恢復(fù)原來運(yùn)行程序的環(huán)境。DSP中提供的中斷是以中斷向量表(VEＣT）的形式出現(xiàn)的(見表1)。中斷向量表的長度為１28個(gè)字節(jié)，每個(gè)中斷分配為4個(gè)字節(jié)，一共有32個(gè)中斷,具體的中斷要看相應(yīng)的芯片.Ｃ5４x中斷向量表的地址是由PMST寄存器中的ＩPTR構(gòu)成高9位地址形成的，所以向量表的地址必須是12８的倍數(shù)。硬件復(fù)位時(shí),ＩＰＴR總是默認(rèn)置為0ｘ1FF，所以中斷向量表地址為0xＦF80。每個(gè)中斷向量的地址按如下構(gòu)成方法形成:PC=（IPTR）＜〈７+（Vector［ｎ])〈〈2（Veｃtor[n]為中斷向量號(hào),在0~31之間)，中斷向量號(hào)左移兩位是因?yàn)槊總€(gè)中斷向量占用４個(gè)字節(jié)的緣故。中斷向量表總是以匯編的形式出現(xiàn)的。2．?dāng)U展地址模式下的中斷控制早期的DＳP共有19２K的空間（程序、數(shù)據(jù)和Ｉ/O空間各為６４Ｋ),隨著DＳP處理能力越來越強(qiáng),192Ｋ的空間已經(jīng)不能滿足需要。后來的Ｃ54x均提供了擴(kuò)展地址模式，使程序空間擴(kuò)展到８M。擴(kuò)展模式下的中斷控制有自己特殊的地方，有必要進(jìn)行說明.擴(kuò)展模式下程序空間的尋址是通過寄存器PC和XPＣ一同進(jìn)行的。PC構(gòu)成低１6位地址位,XPC構(gòu)成高7位地址位。所以保存和恢復(fù)XＰC是用戶必須注意的。如果用戶使用的是FarCall指令，則ＸPC會(huì)自動(dòng)保存和恢復(fù)。但在進(jìn)行中斷處理的時(shí)候，只有16位的PＣ寄存器能夠自動(dòng)得到保存（這是由于考慮了非擴(kuò)展模式下中斷的效率問題），所以XPＣ必須由用戶自己來保存，否則在中斷返回的時(shí)候往往會(huì)跳到不同的頁面（由返回前后XPC值的不同引起）造成不可預(yù)測(cè)的后果.程序如表１所示。由于必須在長跳轉(zhuǎn)之前保存XPC的值，沒法使用延遲指令(如ＦBD)，所以中斷時(shí)延會(huì)增加兩個(gè)周期.再來考慮另外一種情況：設(shè)程序運(yùn)行在ＸＰC＝2的頁面上,如果這個(gè)時(shí)候有中斷發(fā)生并得到了CPU的響應(yīng),DSP會(huì)加載PＣ:PC=（ＩPTR)＜〈７+(Vecｔor［n］)<〈2,XPC的值不發(fā)生變化,于是中斷向量的地址為：0ｘ２０000＋0xPC。這就明顯地說明：中斷向量表必須和應(yīng)用程序在同一64Ｋ的程序空間頁面內(nèi)。如果應(yīng)用程序不是只分布在一個(gè)程序空間頁面內(nèi)，那應(yīng)該如何處理呢?可分三種類型共四種技巧來應(yīng)對(duì)這樣的情況:描述OVLY為任意的情況;描述OVＬＹ=１的情況；描述OVＬＹ=0的情況。有的應(yīng)用中，一些程序一旦運(yùn)行是不允許中斷的.把不允許中斷的程序部分放到擴(kuò)展空間內(nèi)，而把中斷向量表和ISR以及允許中斷的程序部分都放在XPＣ=0的頁面。當(dāng)調(diào)用擴(kuò)展空間的程序時(shí)關(guān)閉中斷使能,而當(dāng)擴(kuò)展空間程序返回到XPC=0的頁面時(shí)再開中斷。這樣做的好處是不用關(guān)注XＰC的值對(duì)中斷向量尋址的影響。中斷的時(shí)候也不需要保存XPC的值。調(diào)用過程如圖1所示,Y表示需要關(guān)注XPC的值,N表示不需要關(guān)注XPＣ的值，數(shù)字表示調(diào)用順序。DSP中影響存儲(chǔ)器映射的因素有三個(gè):OVLY、DRＯM和MP/ＭＣ.ＯVＬＹ是Overlaｙ的簡(jiǎn)寫。當(dāng)OＶLY=1時(shí)，數(shù)據(jù)空間里的一部分RAM變?yōu)橹丿B區(qū)域（OverｌayＭeｍｏry）。這部分重疊區(qū)域同時(shí)映射空間的上部。具體示例如圖2所示（MＰ／ＭC=0，Ｃ5416）?？梢奜VLY=１的時(shí)候，數(shù)據(jù)空間的ＤARAＭ0～3被映射到程序空間的每一頁上?；谶@樣的特點(diǎn)，可以把中斷向量表定位到數(shù)據(jù)空間的重疊區(qū)域DARＡM0～3中，置OVLY為1。當(dāng)有中斷發(fā)生時(shí)，不管程序運(yùn)行于DSP的哪個(gè)程序頁面空間，只用PＣ尋址都能夠正確地取到中斷向量表，而不會(huì)受ＸPC的影響。中斷程序ISR可以放到任何一個(gè)程序頁面中,但這時(shí)跳轉(zhuǎn)到IＳR的指令只能用長跳轉(zhuǎn)指令（FB等）,跳轉(zhuǎn)之前注意將XPＣ壓入堆棧,程序同表1.示意圖如圖3所示。如果片內(nèi)RAＭ比較大，分給數(shù)據(jù)空間的ＲＡＭ也比較多（如Ｃ５41６有6４Ｋ的RAＭ可以作為數(shù)據(jù)空間)，數(shù)據(jù)空間可能會(huì)有余量.這時(shí)可以把中斷向量表和ISR都全部放進(jìn)數(shù)據(jù)空間的ＯverlayMeｍｏｒｙ區(qū)域,并把OVLＹ置１。這樣不僅在任何程序頁面空間都能夠正確地取到中斷向量表，同時(shí)用短跳轉(zhuǎn)指令（BD等）就可以實(shí)現(xiàn)跳轉(zhuǎn)到ISＲ，不再需要對(duì)ＸPC進(jìn)行保存和還原。程序請(qǐng)參看表２。在擴(kuò)展模式下,雖然程序空間擴(kuò)為8M，但如果OVLＹ＝1，則程序空間中存在大量的重疊區(qū)域，如C5416在ＯVLY=１的情況下真正可用的程序空間最大為4。０３M.有的場(chǎng)合需要的程序空間大于4.０3Ｍ，就必須使用OVLY＝0的情況.這個(gè)時(shí)候程序空間不存在重疊區(qū)域，但可以模擬出來。方法是：把中斷向量表拷貝到會(huì)發(fā)生中斷的每一頁程序空間,如圖4所示。這樣,中斷的時(shí)候就能正確找到中斷向量表而實(shí)現(xiàn)中斷跳轉(zhuǎn)。比較上面的四種方法，方法(2。１)更為適應(yīng)普遍的情況。它不限制ISＲ的地址范圍，而中斷向量表只占0x８0的空間，把它放到數(shù)據(jù)空間的重疊區(qū)域是很容易做到的。３．ＤSP/BIOS下中斷的管理BIOＳ設(shè)置程序是儲(chǔ)存在BIOS芯片中的,只有在開機(jī)時(shí)才可以進(jìn)行設(shè)置。CMOＳ主要用于存儲(chǔ)BIOＳ設(shè)置程序所設(shè)置的參數(shù)與數(shù)據(jù)，而ＢIOS設(shè)置程序主要對(duì)計(jì)算機(jī)的基本輸入輸出系統(tǒng)進(jìn)行管理和設(shè)置，使系統(tǒng)運(yùn)行在最好狀態(tài)下，使用BIOＳ設(shè)置程序還可以排除系統(tǒng)故障或者診斷系統(tǒng)問題。形象地說,BＩOＳ應(yīng)該是連接軟件程序與硬件設(shè)備的一座”橋梁＂，負(fù)責(zé)解決硬件的即時(shí)要求。主板上的ＢIOS芯片或許是主板上唯一貼有標(biāo)簽的芯片，一般它是一塊3２針的雙列直插式的集成電路，上面印有”BIOS"字樣。它在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中起著非常重要的作用.一塊主板性能優(yōu)越與否，很大程度上取決于主板上的ＢIＯS管理功能是否先進(jìn)。DＳＰ/ＢIOS是TI近來推出的準(zhǔn)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng),它同樣支持?jǐn)U展地址模式,只是需要將ＧlobalSeｔtings中的函數(shù)調(diào)用模式設(shè)置為Far就可以了。需要強(qiáng)調(diào)的是：BIOS只支持ＯVＬＹ=1的擴(kuò)展模式,而不支持OVＬＹ=０的擴(kuò)展模式。擴(kuò)展模式下在BIOSCodｅ中會(huì)多出一個(gè)段“.bioｓ：．ｎoｒpｔｂ”，這個(gè)段會(huì)被自動(dòng)放入OvｅｒｌayMemoｒy之中，具體原因請(qǐng)參看參考文獻(xiàn)。BIOS管理的線程有四種類型:HWI、SWI、TSK以及IＤL。上面所提到的所有中斷屬于優(yōu)先級(jí)最高的HWＩ線程。每個(gè)中斷向量都是以HＷＩ模塊的Ｏbｊeｃｔ形式存在,可以用ＢIＯＳ下的ConfigurationTｏol來配置每個(gè)中斷向量所觸發(fā)的函數(shù)。在CoｎfｉguratｉｏnTool中，會(huì)發(fā)現(xiàn)Ｓystem的MEM模塊下有一個(gè)名為VECT的Ｏbjｅｃt，它實(shí)質(zhì)上是用來給中斷向量表分配存儲(chǔ)空間的,用戶可以自己配置中斷向量表的地址（必須是12８的倍數(shù)).4．結(jié)論：中斷使得硬件得以與處理器進(jìn)行通信.舉個(gè)例子,在你敲打鍵盤的時(shí)候,鍵盤控制器（控制鍵盤的硬件設(shè)備)會(huì)發(fā)送一個(gè)中斷,通知操作系統(tǒng)有鍵按下。中斷本質(zhì)是一種特殊的電信號(hào)，由硬件設(shè)備發(fā)向處理器。處理器接受到中斷后，會(huì)馬上向操作系統(tǒng)反映此信號(hào)的到來,然后就由os負(fù)責(zé)處理這些新到來的數(shù)據(jù)。硬件設(shè)備生成中斷的時(shí)候并不考慮與處理器的時(shí)鐘同步——換句話說就是