S3C2440系統(tǒng)中斷
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1.1S3C2440系統(tǒng)中斷
CPU和外設(shè)構(gòu)成了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，CPU和外設(shè)之間通過總線進(jìn)行連接，用于數(shù)據(jù)通信和控制，CPU管理監(jiān)視計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中所有硬件，通常以兩種方式來對硬件進(jìn)行管理監(jiān)視：l查詢方式：CPU不停的去查詢每一個硬件的當(dāng)前狀態(tài)，根據(jù)硬件的狀態(tài)決定處理與否。好比是工廠里的檢查員，不停的檢查各個崗位工作狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)情況及時處理。這種方式實(shí)現(xiàn)起來簡單，通常用在只有少量外設(shè)硬件的系統(tǒng)中，如果一個計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中有很多硬件，這種方式無疑是耗時，低效的，同時還大量占用CPU資源，并且對多任務(wù)系統(tǒng)反應(yīng)遲鈍。
l中斷方式：當(dāng)某個硬件產(chǎn)生需要CPU處理的事件時，主動通過一根信號線“告知”CPU，同時設(shè)置某個寄存器里對應(yīng)的位，CPU一旦發(fā)現(xiàn)這根信號線上的電平有變化，就會中斷當(dāng)前程序，然后去處理發(fā)出該中斷請求。這就像是醫(yī)院重危病房，病房每張病床床頭有一個應(yīng)急按鈕，該按鈕連接到病房監(jiān)控室里控制臺一盞指示燈，只要該張病床出現(xiàn)緊急情況病人按下按鈕，病房監(jiān)控室里電鈴會響起，通知醫(yī)護(hù)人員有緊急情況，醫(yī)護(hù)人員這時查看控制臺上的指示燈，找出具體病房，病床號，直接過去處理緊急情況。中斷處理方式相對查詢方式要復(fù)雜的多，并且需要硬件的支持，但是它處理的實(shí)時性更高，嵌入式系統(tǒng)里基本上都使用這種方式來處理。
系統(tǒng)中斷是嵌入式硬件實(shí)時地處理內(nèi)部或外部事件的一種機(jī)制。對于不同CPU而言，中斷的處理只是細(xì)節(jié)不同，大體處理流程都一樣，S3C2440A的中斷控制器結(jié)構(gòu)如下圖所示：
圖3-3S3C2440中斷控制器
中斷請求由硬件產(chǎn)生，根據(jù)中斷源類型分別將中斷信號送到SUBSRCPND（SubSourcePending）和SRCPND(SourcePending)寄存器，SUBSRCPND是子中斷源暫存寄存器，用來保存子中斷源信號，SRCPND是中斷源暫存寄存器，用來保存中斷源信號。中斷信號可通過編程方式屏蔽掉，SUBMASK是子中斷源屏蔽寄存器，可以屏蔽指定的子中斷信號，MASK功能同SUBMASK用來屏蔽中斷源信號。中斷分為兩種模式：一般中斷的和快速中斷，MODE是中斷模式判斷寄存器，用來判斷當(dāng)前中斷是否為快速中斷，如果為快速中斷直接將快速中斷信號送給ARM內(nèi)核，如果不是快速中斷，還要將中斷信號進(jìn)行仲裁選擇。S3C2440A支持多達(dá)60種中斷，很有可能多個硬件同時產(chǎn)生中斷請求，這時要求中斷控制器做出裁決，Priority是中斷源優(yōu)先級仲裁選擇器，當(dāng)多個中斷產(chǎn)生時，選擇出優(yōu)先級最高的中斷源進(jìn)行處理，INTPND是中斷源結(jié)果寄存器，里面存放優(yōu)先級仲裁出的唯一中斷源。
1中斷的產(chǎn)生-中斷源
S3C2440A支持60種中斷源，基本上滿足了開發(fā)板內(nèi)部，外部設(shè)備等對中斷的需求。其中每一個中斷源對應(yīng)寄存器中的一位，顯然要支持60種中斷至少需要二個32位寄存器，SUBSRCPND和SRCPND分別保存中斷源信號。S3C2440A對60種中斷源的管理是按層級分的。如圖3-4所示：
圖3-4中斷源信號復(fù)合示意圖
S3C2440A將中斷源分為兩級：中斷源和子中斷源，中斷源里包含單一中斷源和復(fù)合中斷源，復(fù)合中斷源是子中斷源的復(fù)合信號。如實(shí)時時鐘中斷，該硬件只會產(chǎn)生一種中斷，它是單一中斷源，直接將其中斷信號線連接到中斷源寄存器上。對于復(fù)合中斷源，以UART串口為例進(jìn)行說明，S3C2440A可以支持3個UART串口，每個串口對應(yīng)一個復(fù)合中斷源信號INT_UARTn，每個串口可以產(chǎn)生三種中斷，也就是三個子中斷：接收數(shù)據(jù)中斷INT_RXDn，發(fā)送數(shù)據(jù)中斷INT_TXDn，數(shù)據(jù)錯誤中斷INT_ERRn，這三個子中斷信號在中斷源寄存器復(fù)合為一個中斷信號，三種中斷任何一個產(chǎn)生都會將中斷信號傳遞給對應(yīng)的中斷源INT_UARTn，然后通過中斷信號線傳遞給ARM內(nèi)核。
圖3-5UART串口中斷源信號復(fù)合示意圖
總中斷源詳下面表中列出了S3C2440A部分中斷源，它分別對應(yīng)中斷源寄存器里某個位：詳細(xì)中斷源請查看S3C2440A硬件手冊。
表3-5部分中斷源信號
| 中斷源 | 描述 | 優(yōu)先級仲裁分組 |
| INT_ADC | 數(shù)模轉(zhuǎn)換和觸摸屏中斷 | ARB5 |
| INT_RTC | 實(shí)時時鐘中斷 | ARB5 |
| INT_UART0 | UART0中斷（包含子中斷） | ARB5 |
| INT_NFCON | NandFlash控制中斷 | ARB4 |
| INT_WDT_AC97 | 看門狗中斷 | ARB1 |
| EINT8-23 | 外部中斷8~23（包含外部子中斷） | ARB1 |
| EINT4-7 | 外部中斷4~7（包含外部子中斷） | ARB1 |
| EINT3 | 外部中斷3 | ARB0 |
| EINT2 | 外部中斷2 | ARB0 |
| EINT1 | 外部中斷1 | ARB0 |
| EINT 0 | 外部中斷0 | ARB0 |
中斷信號除上述分法之外，還可以按照硬件位置分為：外部中斷源和內(nèi)部中斷源。
l內(nèi)部中斷源：它是嵌入式系統(tǒng)中常見硬件產(chǎn)生的中斷信號，比如：UART串口中斷源，時鐘Timer中斷源，看門狗中斷源等
l外部中斷源：有時嵌入式系統(tǒng)里要在外部接口上掛載一些外部設(shè)備，這些設(shè)備并不是一個通用嵌入式系統(tǒng)里必備硬件，比如：藍(lán)牙模塊，各種傳感器，WIFI無線通信模塊，這些硬件也要產(chǎn)生中斷讓CPU來處理數(shù)據(jù)，因此這些外設(shè)硬件通過中斷信號線連接到中斷控制器上，它們產(chǎn)生的中斷叫做外部中斷信號。它們有著和內(nèi)部中斷一樣的處理機(jī)制，只不過，它沒有一個固定的中斷號與之對應(yīng)，硬件與嵌入式系統(tǒng)的連接方式與中斷處理完全由系統(tǒng)硬件與軟件設(shè)計(jì)者實(shí)現(xiàn)。
外設(shè)硬件通過輸入輸出接口I/O Ports掛接到嵌入式系統(tǒng)上，I/O Ports向外設(shè)提供外部中斷信號線，輸出電源，頻率時鐘和輸入輸出信號線，外部硬件根據(jù)自己需要連接到I/O Ports上，產(chǎn)生中斷時向外部中斷信號線上送出中斷信號，通過外部中斷信號線傳遞到中斷控制器。
按鍵Key可以認(rèn)為最為簡單的一種硬件設(shè)備了，如下圖所示：
圖3-6按鍵硬件接線原理圖
它功能很簡單，可以將電路接通，按鍵K1~K6一端接地為低電平，另外一端接電源正極為高電平，EINT8，EINT11，EINT13，EINT14，EINT15，EINT19六根中斷信號線分別和高電平端按鍵相連，當(dāng)按鍵按下時電路接通，整個電路變成低電平，中斷信號線上電壓產(chǎn)生變化，通過設(shè)置中斷觸發(fā)方式，產(chǎn)生外部中斷請求，輸入到CPU內(nèi)部，從而實(shí)現(xiàn)按鍵中斷控制。
S3C2440A可以支持EINT0~EINT23共24種外部中斷，完全可以滿足小型嵌入式設(shè)備外設(shè)硬件的需求。
外部中斷源也分為外部中斷源和外部子中斷源，其處理方式和內(nèi)部中斷源基本一樣。
1.1.1中斷優(yōu)先級
S3C2440A支持60種中斷，多個硬件可能同時產(chǎn)生中斷請求，由于CPU只能處理一個中斷，中斷控制器怎么選擇出一個最佳的中斷，交給ARM內(nèi)核進(jìn)行處理呢？中斷控制器采用優(yōu)先級仲裁比較的方式進(jìn)行選擇，找出優(yōu)先級最高的中斷源。中斷控制器將60種中斷源分成7組，如下圖所示，它類似體育賽事里的比賽方式，所有參賽選手在小組賽PK，選擇出小組賽最優(yōu)秀選手，然后進(jìn)入決賽階段和其它小組最優(yōu)先選擇再PK，最后優(yōu)勝者就是總冠軍。其中ARBITER0~ARBITER5為“小組賽”階段，中斷源信號在各自小組里進(jìn)行優(yōu)先級仲裁，選擇出最高優(yōu)先級中斷信號，每小組選出的中斷信號送到ARBITER6，也就是決賽階段，選擇出最高優(yōu)先級中斷信號，交給ARM內(nèi)核。
圖3-7S3C2440優(yōu)先級仲裁示意圖
中斷信號在7個分組里PK時的優(yōu)先級是可編程的，通過PRIORITY寄存器進(jìn)行優(yōu)先級設(shè)置。如下表（只列出PRIORITY寄存器部分位）：
表3-6中斷優(yōu)先級控制寄存器（PRIORITY）
| 寄存器名 | 地址 | 是否讀寫 | 描述 | 復(fù)位默認(rèn)值 |
| PRIORITY | 0x4A00000C | R/W | 中斷優(yōu)先級控制寄存器 | 0x7F |
| PRIORITY | 位 | 描述 | 初始值 |
| ARB_SEL6 | [20:19] | 仲裁組6優(yōu)先級排序方式 00 = REQ 0-1-2-3-4-5 01 = REQ 0-2-3-4-1-5 10 = REQ 0-3-4-1-2-5 11 = REQ 0-4-1-2-3-5 | 0x00 |
| ARB_SEL5 | [18:17] | 仲裁組5優(yōu)先級排序 00 = REQ 1-2-3-4 01 = REQ 2-3-4-1 10 = REQ 3-4-1-2 11 = REQ 4-1-2-3 | 00 |
| … | … | … | … |
| ARB_MODE6 | [6] | 仲裁組6優(yōu)先級是否輪轉(zhuǎn)： 0 =不輪轉(zhuǎn),1 =輪轉(zhuǎn) | 1 |
| ARB_MODE5 | [5] | 仲裁組5優(yōu)先級是否輪轉(zhuǎn)： 0 =不輪轉(zhuǎn),1 =輪轉(zhuǎn) | 1 |
| … | … | … | … |
通過設(shè)置仲裁組n優(yōu)先級排序方式位，設(shè)置每個仲裁組內(nèi)中斷信號的優(yōu)先級順序，比如：ARB_SEL5分組時包含四個中斷信號：REQ1 INT_UART0, REQ2 INT_SPI1, REQ3 INT_RTC, REQ4 INT_ADC，ARB_SEL5位采用默認(rèn)值：00，當(dāng)INT_UART0和INT_RTC中斷信號同時產(chǎn)生時，INT_UART0會被選出，通過可編程方式改變優(yōu)先級排序方式來改變中斷信號優(yōu)先級。
ARB_MODE0~ ARB_MODE6為每個仲裁分組的優(yōu)先級輪轉(zhuǎn)設(shè)置位，采用默認(rèn)值時，當(dāng)前中斷信號被選擇處理之后，再次產(chǎn)生中斷請求時，它的優(yōu)先級自動輪轉(zhuǎn)到該組最低，這樣可以保證優(yōu)先級低的中斷信號可以被及時處理，不至于出現(xiàn)優(yōu)先級高且中斷請求頻繁的中斷每次都被優(yōu)先處理，而優(yōu)先級低的被“餓死”的情況。顯然，這種方式更民主，實(shí)時性更佳。
2中斷控制器相關(guān)寄存器
（1）SUBSRCPND子中斷源暫存寄存器表3-7子中斷源暫存寄存器（SUBSRCPND）
| 寄存器名 | 地址 | 是否讀寫 | 描述 | 復(fù)位默認(rèn)值 |
| SUBSRCPND | 0x4A000018 | R/W | 子中斷源暫存寄存器，保存中斷請求狀態(tài)： 0：沒有中斷請求信號 1：中斷請求信號產(chǎn)生 | 0x00000000 |
| SUBSRCPND | 對應(yīng)SRCPND | 位 | 描述 | 初始值 |
| Reserved | 無 | [31:15] | 未使用 | 0 |
| INT_AC97 | INT_WDT_AC97 | [14] | 0 =未產(chǎn)生中斷1 =產(chǎn)生中斷 | 0 |
| … | … | … | … | … |
| INT_RXD0 | INT_UART0 | [0] | 0 =未產(chǎn)生中斷1 =產(chǎn)生中斷 | 0 |
該寄存器用來標(biāo)識保存子中斷源信號，當(dāng)某個子中斷信號產(chǎn)生之后，SUBSRCPND對應(yīng)位被自動置1，該位會一直保持被置位，只到中斷處理程序?qū)⑵淝宄秊橹梗枰⒁庖幌?，清除中斷是通過向?qū)?yīng)位寫入1來清除，而不是寫入0，寫入0無效。
（2）INTSUBMSK子中斷源屏蔽寄存器
表3-8子中斷源屏蔽寄存器（INTSUBMSK）
| 寄存器名 | 地址 | 是否讀寫 | 描述 | 復(fù)位默認(rèn)值 |
| INTSUBMSK | 0x4A00001C | R/W | 子中斷源信號屏蔽存寄存器，設(shè)置相應(yīng)位來屏蔽中斷信號： 0：未屏蔽，中斷可用 1：屏蔽中斷信號 | 0xFFFF |
| INTSUBMSK | 位 | 描述 | 初始值 |
| Reserved | [31:15] | 未使用 | 0 |
| INT_AC97 | [14] | 0 =未屏蔽1 =屏蔽中斷 | 1 |
| … | … | … | … |
| INT_RXD0 | [0] | 0 =未屏蔽1 =屏蔽中斷 | 1 |
該寄存器用來屏蔽子中斷源信號，默認(rèn)值為全部子中斷都被屏蔽掉，因此要想處理某個硬件中斷，必須要打開中斷屏蔽位，通過寫入0來取消屏蔽中斷。
（3）SRCPND中斷源暫存寄存器
表3-9中斷源暫存寄存器（SRCPND）
| 寄存器名 | 地址 | 是否讀寫 | 描述 | 復(fù)位默認(rèn)值 |
| SRCPND | 0x4A000000 | R/W | 中斷源暫存寄存器，保存中斷請求狀態(tài)： 0：沒有中斷請求信號 1：中斷請求信號產(chǎn)生 | 0x00000000 |
| SRCPND | 位 | 描述 | 初始值 |
| INT_ADC | [31] | 0 =未產(chǎn)生中斷1 =產(chǎn)生中斷 | 0 |
| … | … | … | … |
| EINT0 | [0] | 0 =未產(chǎn)生中斷1 =產(chǎn)生中斷 | 0 |
該寄存器用來保存中斷源信號，當(dāng)某個中斷信號產(chǎn)生之后，SRCPND對應(yīng)位被自動置1，該位會一直保持被置位，只到中斷處理程序?qū)⑵淝宄秊橹?，需要注意一下，清除中斷是通過向?qū)?yīng)位寫入1來清除，而不是寫入0，寫入0無效。
（4）INTMSK中斷源屏蔽寄存器
表3-10中斷源屏蔽寄存器（INTMSK）
| 寄存器名 | 地址 | 是否讀寫 | 描述 | 復(fù)位默認(rèn)值 |
| INTMSK | 0x4A000008 | R/W | 中斷源信號屏蔽存寄存器，設(shè)置相應(yīng)位來屏蔽中斷信號： 0：未屏蔽，中斷可用 1：屏蔽中斷信號 | 0xFFFFFFFF |
| INTMSK | 位 | 描述 | 初始值 |
| INT_ADC | [31] | 0 =未屏蔽1 =屏蔽中斷 | 1 |
| … | … | … | … |
| EINT0 | [0] | 0 =未屏蔽1 =屏蔽中斷 | 1 |
該寄存器用來屏蔽中斷源信號，默認(rèn)值為全部中斷都被屏蔽掉，因此要想處理某個硬件中斷，必須要打開中斷屏蔽位，通過寫入0來取消屏蔽中斷。
（5）INTPND最高優(yōu)先級中斷暫存寄存器
表3-11最高優(yōu)先級中斷暫存寄存器（INTPND）
| 寄存器名 | 地址 | 是否讀寫 | 描述 | 復(fù)位默認(rèn)值 |
| INTPND | 0x4A000010 | R/W | 最高優(yōu)先級中斷暫存寄存器里面保存有經(jīng)過優(yōu)先級仲裁的結(jié)果： 0：沒有中斷請求信號 1：中斷請求信號產(chǎn)生 | 0x00000000 |
| INTPND | 位 | 描述 | 初始值 |
| INT_ADC | [31] | 0 =未產(chǎn)生中斷1 =產(chǎn)生中斷 | 0 |
| … | … | … | … |
| EINT0 | [0] | 0 =未產(chǎn)生中斷1 =產(chǎn)生中斷 | 0 |
該寄存器保存了經(jīng)過優(yōu)先級仲裁出的中斷信號位，它是所有當(dāng)前中斷請求里優(yōu)先級別最高的中斷，因此該寄存器里的值最多有一位被置1，通常中斷處理程序中會通過讀取該寄存器的值來獲得當(dāng)前正在處理的中斷請求。中斷處理完成之后，通過寫入1來清除中斷。
（6）INTOFFSET中斷號偏移量寄存器
表3-12中斷號偏移量寄存器（INTOFFSET）
| 寄存器名 | 地址 | 是否讀寫 | 描述 | 復(fù)位默認(rèn)值 |
| INTOFFSET | 0x4A000014 | R | 中斷號偏移量寄存器，用來保存當(dāng)前處理的中斷號 | 0x0000000 |
該寄存器里存放的是經(jīng)過優(yōu)先級仲裁出的中斷信號對應(yīng)的中斷號，是一個0~31之間的整數(shù)，其實(shí)它就是INTPND里對應(yīng)的位號，比如：INT_UART0產(chǎn)生了中斷，INTPND里第28位置1，INTOFFSET里保存的整數(shù)就是28，多出來這個寄存器的目的主要是方便中斷處理程序查詢中斷源，清除中斷源：
#define TIMER0_IRQ_OFT10//時鐘0定時中斷
#define EINT0_IRQ_OFT0//開發(fā)板K1按鍵1對應(yīng)外部中斷EINT0
voidhandle_irq()
{
unsigned long irqOffSet = INTOFFSET;//取得中斷號
switch(irqOffSet)
{
case TIMER0_IRQ_OFT://當(dāng)前中斷為定時器0中斷
do_timer();//跳入定時器0處理程序
break;
case EINT0_IRQ_OFT://當(dāng)前中斷為K1按鍵觸發(fā)
do_key1_pressed();//處理K1按下事件
break;
}
SRCPND &= (1<
}
（7）INTMOD中斷模式寄存器
表3-13中斷模式寄存器（INTMOD）
| 寄存器名 | 地址 | 是否讀寫 | 描述 | 復(fù)位默認(rèn)值 |
| INTMOD | 0x4A000004 | R/W | 中斷模式寄存器，指定對應(yīng)中斷模式： 0 = IRQ一般中斷模式 1 = FIQ快速中斷模式 | 0x0000000 |
| INTMOD | 位 | 描述 | 初始值 |
| INT_ADC | [31] | 0 = IRQ 1 = FIQ | 0 |
| … | … | … | … |
| EINT0 | [0] | 0 = IRQ 1 = FIQ | 0 |
通過設(shè)置ARM內(nèi)核產(chǎn)生中斷。需要注意的是，快速中斷不存在優(yōu)先級仲裁，只能有一位被設(shè)置為FIQ模式。
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