嵌入式系統(tǒng)實踐實驗報告-中斷實驗

第?次實驗實驗名稱 學(xué)號姓名第1頁共22頁計算機(jī)科學(xué)技術(shù)系上機(jī)實踐報告課程名稱：嵌入式系統(tǒng)實踐年級：上機(jī)實踐成績：指導(dǎo)教師：姓名：創(chuàng)新實踐成績：上機(jī)實踐名稱：中斷實驗學(xué)號：上機(jī)實踐日期：上機(jī)實踐編號：No.5組號：上機(jī)實踐時間：實驗?zāi)康耐ㄟ^實驗掌握ARM處理器的中斷方式和中斷處理；熟悉S3C44BOX中斷控制寄存器的使用；了解不同中斷觸發(fā)方式對中斷產(chǎn)生的影響；理解S3C44BOX處理器的中斷響應(yīng)過程；熟練掌握如何進(jìn)行ARM處理器中斷處理的軟件編程方法。實驗設(shè)備硬件：EmbestEDUKIT-III（實驗平臺）PC機(jī)軟件：EmbestIDEProARM集成開發(fā)環(huán)境GNUAssembler匯編語言實驗內(nèi)容編寫中斷處理程序，實現(xiàn)：由UART0選擇輸入使用不同的中斷觸發(fā)方式，使能外部中斷Eint4,5,6,7；在不同的中斷觸發(fā)方式下，使用按鈕SB1202觸發(fā)EINT6，同時點亮LED1204一段時間后熄滅；在不同的中斷觸發(fā)方式下，使用按鈕SB1203觸發(fā)EINT7，同時點亮LED1205一段時間后熄滅。文檔中按鈕標(biāo)號、LED標(biāo)號均采用實驗硬件平臺上標(biāo)號的簡寫形式：按鈕：SB1202–>SB2SB1203–>SB3LED：D1204–>LED1D1205–>LED2用C語言實現(xiàn)中斷程序，要求：–不再選擇使用什么觸發(fā)方式(EXTINT)，而是全部使用下降沿觸發(fā)–從超級終端輸入n=1-9，使得：?當(dāng)按下按鈕SB1202時，LED的D1204閃爍n下?當(dāng)按下按鈕SB1203時，LED的D1205閃爍n下?其中，閃爍是指點亮1秒，延時1秒，然后再熄滅，再延時1秒?假設(shè)：delay(10000）為延時1秒實驗原理ARM處理器中斷S3C44B0X的中斷控制器可以接受來自30個中斷源的中斷請求。這些中斷源來自DMA、UART、SIO等這樣的芯片內(nèi)部外圍或芯片外部引腳。在這些中斷源中，有4個外部中斷（EINT4/5/6/7）是邏輯或的關(guān)系，它們共用一條中斷請求線。UART0和UART1的錯誤中斷也是邏輯或的關(guān)系。中斷控制器的任務(wù)是在片內(nèi)外圍和外部中斷源組成的多重中斷發(fā)生時，選擇其中一個中斷通過FIQ或IRQ向ARM7TDMI內(nèi)核發(fā)出中斷請求。實際上最初ARM7TDMI內(nèi)核只有FIQ（快速中斷請求）和IRQ（通用中斷請求）兩種中斷，其它中斷都是各個芯片廠家在設(shè)計芯片時定義的，這些中斷根據(jù)中斷的優(yōu)先級高低來進(jìn)行處理。例如，如果你定義所有的中斷源為IRQ中斷（通過中斷模式寄存器設(shè)置），并且同時有10個中斷發(fā)出請求，這時可以通過讀中斷優(yōu)先級寄存器來確定哪一個中斷將被優(yōu)先執(zhí)行。一般的中斷模式在進(jìn)入所需的服務(wù)程序前需要很長的中斷反應(yīng)時間，為了解決這個問題，S3C44B0X提供了一種新的中斷模式叫做向量中斷模式，它具有CISC結(jié)構(gòu)微控制器的特征，能夠降低中斷反應(yīng)時間。換句話說S3C44B0X的中斷控制器硬件本身直接提供了對向量中斷服務(wù)的支持。當(dāng)多重中斷源請求中斷時，硬件優(yōu)先級邏輯會判斷哪一個中斷將被執(zhí)行，同時，硬件邏輯自動執(zhí)行由0X18（或0X1C）地址到各個中斷源向量地址的跳轉(zhuǎn)指令，然后再由中斷源向量進(jìn)入到相應(yīng)的中斷處理程序。和原來的軟件實現(xiàn)的方式相比，這種方法可以顯著地減少中斷反應(yīng)時間。2.中斷控制程序狀態(tài)寄存器的F位和I位如果CPSR程序狀態(tài)寄存器的F位被設(shè)置為1，那么CPU將不接受來自中斷控制器的FIQ（快速中斷請求），如果CPSR程序狀態(tài)寄存器的I位被設(shè)置為1，那么CPU將不接受來自中斷控制器的IRQ（中斷請求）。因此，為了使能FIQ和IRQ，必須先將CPSR程序狀態(tài)寄存器的F位和I位清零，并且中斷屏蔽寄存器INTMSK中相應(yīng)的位也要清零。中斷模式（INTMOD）ARM7TDMI提供了2種中斷模式，F(xiàn)IQ模式和IRQ模式。所有的中斷源在中斷請求時都要確定使用哪一種中斷模式。中斷掛起寄存器（INTPND）用于指示對應(yīng)的中斷是否被激活。如果掛起位被設(shè)置為1，那么無論標(biāo)志I或標(biāo)志F是否被清零，都會執(zhí)行相應(yīng)的中斷服務(wù)程序。中斷掛起寄存器為只讀寄存器，所以在中斷服務(wù)程序中必須加入對I_ISPC和F_ISPC寫1的操作來清除掛起條件。中斷屏蔽寄存器（INTMSK）當(dāng)INTMSK寄存器的屏蔽位為1時，對應(yīng)的中斷被禁止；當(dāng)INTMSK寄存器的屏蔽位為0時，則對應(yīng)的中斷正常執(zhí)行。如果一個中斷的屏蔽位為1，在該中斷發(fā)出請求時掛起位還是會被設(shè)置為1。如果中斷屏蔽寄存器的global位設(shè)置為1，那么中斷掛起位在中斷請求時還會被設(shè)置，但所有的中斷請求都不被受理。3.S3C44B0X中斷源在30個中斷源中，有26個中斷源提供給中斷控制器，其中4個外部中斷（EINT4/5/6/7）通過“或”的形式提供一個中斷源送至中斷控制器，2個URAT錯誤中斷（UERROR0/1）也是如此。表4-14S3C44B0X的中斷源4.向量中斷模式（僅針對IRQ）S3C44B0X含有向量中斷模式，可以減少中斷的反應(yīng)時間。通常情況下ARM7TDMI內(nèi)核收到中斷控制器的IRQ中斷請求，ARM7TDMI會在0X00000018地址處執(zhí)行一條指令。但是在向量中斷模式下，當(dāng)ARM7TDMI從0X00000018地址處取指令的時候，中斷控制器會在數(shù)據(jù)總線上加載分支指令，這些分支指令使程序計數(shù)器能夠?qū)?yīng)到每一個中斷源的向量地址。這些跳轉(zhuǎn)到每一個中斷源向量地址的分支指令可以由中斷控制器產(chǎn)生。例如，假設(shè)EINT0是IRQ中斷，如表4-15所示，EINT0的向量地址為0X20，所以中斷控制器必須產(chǎn)生從0X18到0X20的分支指令。因此，中斷控制器產(chǎn)生的機(jī)器碼為0xea000000.在各個中斷源對應(yīng)的中斷向量地址中，存放著跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)中斷服務(wù)程序的程序代碼，在相應(yīng)向量地址處分支指令的機(jī)器代碼是這樣計算的：向量中斷模式的指令機(jī)器代碼=0xea000000+((<目標(biāo)地址>-<向量地址>-0x8)>>2)例如，如果Timer0中斷采用向量中斷模式，則跳轉(zhuǎn)到對應(yīng)中斷服務(wù)程序的分支指令應(yīng)該存放在向量地址0x00000060處。中斷服務(wù)程序的起始地址在0x10000，下面就是計算出來放在0x60處的機(jī)器代碼：machinecode@0x00000060:0xea000000+((0x10000-0x60-0x8)>>2)=0xea000000+0x3fe6=0xea003fe6通常機(jī)器代碼都是反匯編后自動產(chǎn)生的，因此不必真正象上面這樣去計算。表4-15中斷源的向量地址向量中斷模式的程序舉例在向量中斷模式下，當(dāng)中斷請求產(chǎn)生時，程序會自動進(jìn)入相應(yīng)的中斷源向量地址，因此，在中斷源向量地址處必須有一條分支指令使程序進(jìn)入到相應(yīng)的中斷服務(wù)程序，如下：ENTRY:bResetHandler/*fordebug*/bHandlerUndef/*handlerUndef*/bHandlerSWI/*SWIinterrupthandler*/bHandlerPabort/*handlerPAbort*/bHandlerDabort/*handlerDAbort*/b./*handlerReserved*/ldrpc,=HandlerIRQbHandlerFIQVECTOR_BRANCH:ldrpc,=HandlerEINT0/*mGA0x20H/Winterruptvectortable*/ldrpc,=HandlerEINT1/**/ldrpc,=HandlerEINT2/**/ldrpc,=HandlerEINT3/**/ldrpc,=HandlerEINT4567/**/ldrpc,=HandlerTICK/*mGA0x34*/b.b.ldrpc,=HandlerZDMA0/*mGB0x40*/ldrpc,=HandlerZDMA1/**/ldrpc,=HandlerBDMA0/**/ldrpc,=HandlerBDMA1/**/ldrpc,=HandlerWDT/**/ldrpc,=HandlerUERR01/*mGB0x54*/b.b.ldrpc,=HandlerTIMER0/*mGC0x60*/ldrpc,=HandlerTIMER1/**/ldrpc,=HandlerTIMER2/**/ldrpc,=HandlerTIMER3/**/ldrpc,=HandlerTIMER4/**/ldrpc,=HandlerTIMER5/*mGC0x74*/b.b.ldrpc,=HandlerURXD0/*mGD0x80*/ldrpc,=HandlerURXD1/**/ldrpc,=HandlerIIC/**/ldrpc,=HandlerSIO/**/ldrpc,=HandlerUTXD0/**/ldrpc,=HandlerUTXD1/*mGD0x94*/b.b.ldrpc,=HandlerRTC/*mGKA0xa0*/b./**/b./**/b./**/b./**/b./*mGKA0xb4*/b.b.ldrpc,=HandlerADC/*mGKB0xc0*/5.中斷控制專用寄存器中斷控制寄存器（INTCON）注意：FIQ模式不支持向量中斷模式。從表中可以看出，INTCON寄存器中位[0]為FIQ中斷使能位，寫入0就使能FIQ中斷；位[1]為IRQ中斷使能位，寫入0就使能IRQ中斷；位[2]是選擇IRQ中斷為向量中斷模式（V=0）還是普通模式（V=1）。中斷掛起寄存器（INTPND）中斷掛起寄存器INTPND共有26位，每一位對應(yīng)著一個中斷源，當(dāng)中斷請求產(chǎn)生時，相應(yīng)的位會被設(shè)置為1。該寄存器為只讀寄存器，所以在中斷服務(wù)程序中必須加入對I_ISPC和F_ISPC寫1的操作來清除掛起條件。如果有幾個中斷源同時發(fā)出中斷請求，那么不管它們有沒有被屏蔽，它們相應(yīng)的掛起位都會置1。只是優(yōu)先級寄存器會根據(jù)它們的優(yōu)先級高低來響應(yīng)當(dāng)前優(yōu)先級最高的中斷。中斷模式寄存器（INTMOD）中斷模式寄存器INTMOD共有26位，每一位對應(yīng)著一個中斷源，當(dāng)中斷源的模式位設(shè)置為1時，對應(yīng)的中斷會由ARM7TDMI內(nèi)核以FIQ模式來處理。相反的，當(dāng)模式位設(shè)置為0時，中斷會以IRQ模式來處理。中斷屏蔽寄存器（INTMSK）在中斷屏蔽寄存器INTMSK中，除了全屏蔽位“globalmask”外，其余的26位都分別對應(yīng)一個中斷源。當(dāng)屏蔽位為1時，對應(yīng)的中斷被屏蔽；當(dāng)屏蔽位為0時，該中斷可以正常使用。如果全屏蔽位“globalmask”被設(shè)置為1，則所有的中斷都不執(zhí)行。如果使用了向量中斷模式，在中斷服務(wù)程序中改變了中斷屏蔽寄存器INTMSK的值，這時并不能屏蔽相應(yīng)的中斷過程，因為該中斷在中斷屏蔽寄存器之前已經(jīng)被中斷掛起寄存器INTPND鎖定了。要解決這個問題，就必須在改變中斷屏蔽寄存器后再清除相應(yīng)的掛起位（INTPND）。IRQ向量模式相關(guān)寄存器S3C44B0X中的優(yōu)先級產(chǎn)生模塊包含5個單元，1個主單元和4個從單元。每個從優(yōu)先級產(chǎn)生單元管理6個中斷源。主優(yōu)先級產(chǎn)生單元管理4個從單元和2個中斷源。每一個從單元有4個可編程優(yōu)先級中斷源（sGn）和2個固定優(yōu)先級中斷源（kn）。這4個中斷源的優(yōu)先級是由I_PSLV寄存器決定的。另外2個固定優(yōu)先級中斷源在6個中斷源中的優(yōu)先級最低。主單元可以通過I_PMST寄存器來決定4個從單元和2個中斷源的優(yōu)先級。這2個中斷源INT_RTC和INT_ADC在26個中斷源中的優(yōu)先級最低。如果幾個中斷源同時發(fā)出中斷請求，這時I_ISPR寄存器可以顯示當(dāng)前具有最高優(yōu)先級的中斷源。IRQ/FIQ中斷掛起清零寄存器(I_ISPC/F_ISPC)通過對I_ISPC/F_ISPC相應(yīng)的位寫1來清除中斷掛起位（INTPND）。6.電路原理如圖4-5中斷實驗電路所示，本實驗選擇的是外部中斷EXINT6和EXINT7。中斷的產(chǎn)生分別來至按鈕SB2和SB3，當(dāng)按鈕按下時，EXINT6或EXINT7和地連接，輸入低電平，從而向CPU發(fā)出中斷請求。當(dāng)CPU受理中斷后，進(jìn)入相應(yīng)的中斷服務(wù)程序，實現(xiàn)LED1或LED2的顯示功能。從前面介紹的中斷源部分我們了解到，EXINT6和EXINT7是共用一個中斷控制器，所以在同一時間CPU只能受理其中一個中斷，也就是說，當(dāng)鈕SB2按下進(jìn)入中斷后，再按SB3是沒用的，CPU在處理完EXINT6中斷前是不會受理來自EXINT7的中斷，大家可以在實驗中留意一下這個情況。另外8段數(shù)碼管顯示部分電路在這里沒有給出，需要的話可以參考4.6節(jié)。圖4-5中斷實驗電路實驗步驟1.準(zhǔn)備實驗環(huán)境使用Embest仿真器連接目標(biāo)板，使用EmbestEduKit-III實驗板附帶的串口線，連接實驗板上的UART0和PC機(jī)的串口。2.串口接收設(shè)置在PC機(jī)上運(yùn)行windows自帶的超級終端串口通信程序（波特率115200、1位停止位、無校驗位、無硬件流控制）；或者使用其它串口通信程序。3.打開實驗例程1）拷貝光盤CD1\Software\EduKit44b0文件夾到EmbestIDE\Examples\Samsung\目錄下；2)使用EmbestIDE通過EmbestJTAG仿真器連接實驗板，打開實驗例程目錄4.3_int_test子目錄下的int_test.pjf例程，編譯鏈接工程；3)點擊IDE的Debug菜單，選擇RemoteConnect項或F8鍵，遠(yuǎn)程連接目標(biāo)板；4)點擊IDE的Debug菜單，選擇Download下載調(diào)試代碼到目標(biāo)系統(tǒng)的RAM中；5)打開View菜單>DebugWindows>Register寄存器觀察窗口（快捷鍵Alt+5），在寄存器觀察窗口下面選擇外圍寄存器（Peripheral），將INTERRUPT中斷寄存器組展開，重點觀察INTPND和I_ISPR寄存器值的變化，如下圖所示：圖4-6EmbestIDE外圍寄存器窗口6)在工程管理窗口中雙擊int_test.c就會打開該文件，分別在“uart_printf("Pressthebuttons\n");”以及“if(f_ucIntNesting)”設(shè)置斷點后，點擊Debug菜單Go或F5鍵運(yùn)行程序，程序正確運(yùn)行后，會在超級終端上輸出如下信息7)使用PC機(jī)鍵盤，輸入所需設(shè)置的中斷觸發(fā)方式后，程序停留在第一個斷點處，此時注意觀察圖4-6中中斷控制寄存器的值，即中斷配置情況；8)再次點擊Debug菜單Go或F5鍵運(yùn)行程序，并等待按下按鈕產(chǎn)生中斷；當(dāng)按下SB2或SB3后，程序停留到中斷服務(wù)程序入口的斷點，再次觀察圖4-6中中斷控制寄存器的值，雙擊INTPND和I_ISPR可以打開寄存器窗口，注意觀察[21]位值在程序運(yùn)行前后的變化（提示：中斷申請標(biāo)志位應(yīng)該被置位）；9)點擊Debug菜單下的Stepover或F10鍵執(zhí)行程序，注意觀察在執(zhí)行完該函數(shù)返回前后，程序狀態(tài)寄存器的變化（提示：CPSR在返回時恢復(fù)中斷產(chǎn)生前的值）；繼續(xù)單步執(zhí)行程序，從中斷返回后，程序會判斷被按下的按鍵點亮相應(yīng)的LED：按下SB2點亮LED1或按下SB3點亮LED2；10)結(jié)合實驗內(nèi)容和實驗原理部分，掌握ARM處理器中斷操作過程，如中斷使能、設(shè)置中斷觸發(fā)方式和中斷源識別等，重點理解ARM處理器的中斷響應(yīng)及中斷處理的過程。4.觀察實驗結(jié)果等待選擇輸入所需中斷方式設(shè)置：在PC機(jī)鍵盤上輸入1選擇下降沿觸發(fā)，并按下按鈕SB2如果重復(fù)按下按鈕SB2或再按下另一個按鈕（在中斷響應(yīng)后到點亮LED1之間），將會報告當(dāng)前正在處理第一個按鈕產(chǎn)生的中斷，并輸出信息表示中斷嵌套。六、調(diào)試過程、結(jié)果和分析本次實驗過程中首先按照教材示例運(yùn)行并觀察了寄存器的變化，并且采用中斷觀察中斷配置情況，在學(xué)習(xí)并理解示例程序的基礎(chǔ)上按照習(xí)題要求進(jìn)行了編程。首先本習(xí)題要求不選擇使用什么觸發(fā)方式，全部使用下降沿觸發(fā)，則在程序中設(shè)置rEXTINT=0x22222222;從而全部采用Fallingedgemode。之后用switch語句，對9個N的值分類，并利用for循環(huán)設(shè)置當(dāng)閃燈次數(shù)未達(dá)到n值時持續(xù)閃燈。在調(diào)試過程中未出現(xiàn)較大問題，一開始出現(xiàn)了一些小問題例如switch語句下的case中要將n的類型的轉(zhuǎn)換問題，還有就是一開始寫的程序在未運(yùn)行時設(shè)置print的顯示句子不夠人性化，有的提示語句出現(xiàn)的時機(jī)不恰當(dāng)，在自己反復(fù)多次的試驗下最終達(dá)到了比較通順的效果。調(diào)試過程部分截圖如下所示：BuildConnect超級終端七、總結(jié)本次實驗整體來說完成得比較順利，尤其是相對于實驗四來說，在讀懂本次實驗的示例程序的基礎(chǔ)上完成習(xí)題程序的編寫難度不大，示例程序?qū)崿F(xiàn)的功能更多，在按照書本介紹的步驟對示例程序進(jìn)行分析后做一些修改即可完成實驗要求的功能，加上自己反復(fù)實踐，逐步微調(diào)之后，超級終端上的顯示也較為人性化。本次實驗完成的時間較短，所以留出了更多的時間繼續(xù)完成難度更大的實驗四。八、附件#include "44blib.h"#include "44b.h"#include "def.h"voidinit_int(void);voidint_test(void);voidint4567_isr(void);//__attribute__((interrupt("IRQ")));unsignedcharf_ucIntNesting=0; //Interruptnestingcountunsignedcharf_ucWhichInt=0; //interruptsourcesymbolvoidinit_int(void){ //interruptsettings rI_ISPC=0x3ffffff; //clearinterruptpendingregister rEXTINTPND=0xf; //clearEXTINTPNDregister rINTMOD=0x0; //allforIRQmode rINTCON=0x5; //nonVectoredmode,IRQdisable,FIQdisable rINTMSK=~(BIT_GLOBAL|BIT_EINT4567); //setEINTinterrupthandler pISR_EINT4567=(int)int4567_isr; //PORTGconfiguration rPCONG=0xffff; //EINT7~0 rPUPG=0x0; //pullupenable rEXTINT=rEXTINT|0x22220020; //EINT4567fallingedgemode rI_ISPC|=BIT_EINT4567; rEXTINTPND=0xf; //clearEXTINTPNDreg}voidint_test(void){ unsignedintunSaveG,unSavePG; init_int(); inti,j;charn; rINTMSK=rINTMSK|BIT_EINT4567; //disableEINT2int //userinterface uart_printf("PleaseEnterthenumbern:\n" "n=1-9\n"); //savethecurrentsettingsofPortGcontroler unSaveG=rPCONG; unSavePG=rPUPG; rPCONG=0xf5ff; //EINT7~0 rPUPG=0x0; rEXTINT=0x22222222; //Fallingedgemode switch(uart_getch()) { case'1': n=1; break; case'2': n=2; break; case'3': n=3; break; case'4': n=4; break; case'5': n=5; break; case'6': n=6; break; case'7': n=7; break; case'8': n=8; break; case'9': n=9; break; default: rPCONG=unSaveG; rPUPG=unSavePG; return; } uart_printf("Pressthebuttons\n"); uart_printf("pushbuttonsmayhaveglitchnoiseproblem\n"); rINTMSK=~(BIT_GLOBAL|BIT_EINT4567); while(!f_ucWhichInt); //waitingfortheinterrupt f_ucIntNesting=1; //AllowtoNesting. switch(f_ucWhichInt) { case1: uart_printf("EINT4hadbeenoccured...\n"); break; case2: uart_printf("EINT5hadbeenoccured...\n"); break; case4: //SB2flashLED1 uart_printf("EINT6hadbeenoccured...LED1(D1204)on\n");