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技術(shù)專題
嵌入式單片機(jī)開發(fā)的中斷處理
眾所周知，一方面，在嵌入式系統(tǒng)中普遍使用單片機(jī)的一個(gè)重要原因是它們比MPU 和通用CPU 具有及時(shí)性優(yōu)勢(shì)。低延遲的外設(shè)中斷和中斷嵌套是確保MCU實(shí)時(shí)性能的極大保證。另一方面，在嵌入式系統(tǒng)單片機(jī)開發(fā)軟件的開發(fā)中隨著系統(tǒng)功能的日益復(fù)雜，無(wú)論是否采用RTOS，多任務(wù)處理都是不可避免的。在裸奔系統(tǒng)中，為了獲得時(shí)間緊迫的任務(wù)來(lái)獲得第一響應(yīng)，通常有必要實(shí)現(xiàn)外圍中斷嵌套，該嵌套中斷屬于基于外圍設(shè)備的硬件中斷嵌套。在RTOS中，分配了所有系統(tǒng)任務(wù)。具有特定優(yōu)先級(jí)的內(nèi)核會(huì)根據(jù)優(yōu)先級(jí)進(jìn)行調(diào)度，實(shí)際上它實(shí)現(xiàn)了一組基于優(yōu)先級(jí)的軟件中斷嵌套。嵌套在RTOS中的任務(wù)軟件使用內(nèi)核滴答計(jì)時(shí)器中斷來(lái)連續(xù)查詢RTOS任務(wù)準(zhǔn)備列表中每個(gè)任務(wù)的優(yōu)先級(jí)，以實(shí)現(xiàn)任務(wù)切換，而外圍硬件中斷不一定需要嵌套。
由于中斷嵌套對(duì)于嵌入式單片機(jī)開發(fā)設(shè)計(jì)非常重要，所以什么是中斷嵌套？在具體說(shuō)明中斷嵌套之前，有必要先談?wù)勄度胧?/span>MCU的中斷工作機(jī)制和中斷優(yōu)先級(jí)：
編寫準(zhǔn)系統(tǒng)的工程師知道，核心CPU一次只能執(zhí)行一個(gè)任務(wù)/程序代碼/指令，例如數(shù)據(jù)計(jì)算以及與片上外圍設(shè)備的交互通信。代碼的執(zhí)行順序由用戶自己編寫，CPU逐行獲取，解碼和執(zhí)行。乘積函數(shù)的實(shí)現(xiàn)在主函數(shù)（通常稱為主程序）的while（1）循環(huán)中，并由其他函數(shù)不斷調(diào)用。但是，在實(shí)際的工作環(huán)境中，許多事件是隨機(jī)發(fā)生的，例如網(wǎng)絡(luò)通信，外部IO輸入和其他不確定事件。此時(shí)，CPU必須放下當(dāng)前正在執(zhí)行的工作，但要對(duì)這些緊急情況做出響應(yīng)并及時(shí)讀取網(wǎng)絡(luò)消息。處理和響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)通信需求以及及時(shí)的外部IO請(qǐng)求。這種處理稱為中斷。
嵌入式單片機(jī)開發(fā)中的內(nèi)核CPU異常和各種外設(shè)操作可以生成響應(yīng)中斷，并由中斷控制器統(tǒng)一管理。這樣，CPU可以專注于不產(chǎn)生中斷時(shí)順序執(zhí)行的任務(wù)，并且僅在產(chǎn)生中斷時(shí)才通過中斷控制器中斷CPU（通過向CPU產(chǎn)生高/低信號(hào)，此過程稱為打斷）。請(qǐng)求），如果此時(shí)啟用了CPU全局中斷，則CPU將組合中斷向量表和中斷優(yōu)先級(jí)配置，根據(jù)中斷優(yōu)先級(jí)（如果同時(shí)發(fā)生多個(gè)外設(shè)中斷），從中斷向量表中取出很高優(yōu)先級(jí)中斷服務(wù)程序的ISR地址將當(dāng)前CPU運(yùn)行時(shí)環(huán)境壓入堆棧，然后跳轉(zhuǎn)到中斷ISR地址。如果CPU全局中斷已關(guān)閉，則當(dāng)前中斷請(qǐng)求將被忽略。
S12核心CPU的中斷/異常處理流程圖如下：
中斷響應(yīng)-中斷ISR和實(shí)時(shí)中斷
產(chǎn)生中斷時(shí)，中斷控制器會(huì)向核心CPU請(qǐng)求中斷響應(yīng)。
典型的響應(yīng)是CPU運(yùn)行預(yù)先準(zhǔn)備的中斷ISR。