嵌入式中的中斷問(wèn)題

1、原文地址：C語(yǔ)言中關(guān)于中斷的問(wèn)題(嵌入式)前提：中斷是嵌入式系統(tǒng)中重要的組成部分，這導(dǎo)致了很多編譯開(kāi)發(fā)商提供一種擴(kuò)展一讓標(biāo)準(zhǔn)C支持中斷。具代表事實(shí)是，產(chǎn)生了一個(gè)新的關(guān)鍵字nterrupt。下面的代碼就使用了_interrupt關(guān)鍵字去定義了一個(gè)中斷服務(wù)子程序(ISR)，請(qǐng)?jiān)u論一下這段代碼的。_in terrupt double compute_area (double radius)double area = PI * radius * radius;prin tf(" Area = %f", area);return area;這個(gè)函數(shù)有太多的錯(cuò)誤了，以至讓人不知從何說(shuō)起

2、了：1) . ISR不能返回一個(gè)值。2) . ISR不能傳遞參數(shù)。3) .在許多的處理器/編譯器中，浮點(diǎn)一般都是不可重入的。有些處理器/編譯器需要讓額處的寄存器入棧，有些處理器 /編譯器就是不允許在ISR中做浮點(diǎn)運(yùn)算。此外，ISR應(yīng)該是短而有效率的，在ISR中做浮點(diǎn)運(yùn)算是不明智的。4) .與第三點(diǎn)一脈相承，printf()經(jīng)常有重入和性能上的問(wèn)題。對(duì)于printf()經(jīng)常有重入和性能上的問(wèn)題的理解：由于存在任務(wù)的調(diào)度，它實(shí)時(shí)系統(tǒng)，可剝奪型內(nèi)核中是危險(xiǎn)的，如同一個(gè)安靜的水雷。可能會(huì)被觸發(fā)，也可能安然無(wú)恙。由于它運(yùn)行結(jié)果的不可預(yù)期性，會(huì)使系統(tǒng)帶來(lái)隱患。下面引用一段別人的解釋：這主要在多任務(wù)環(huán)境中使

3、用，一個(gè)可重入的函數(shù)簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是：可以被中斷的函數(shù)。 就是說(shuō)，你可以在這個(gè)函數(shù)執(zhí)行的任何時(shí)候中斷他的運(yùn)行，在OS的調(diào)度下去執(zhí)行另外一段代碼而不會(huì)出現(xiàn)什么錯(cuò)誤。而不可重入的函數(shù)由于使用了一些系統(tǒng)資源，比如全局變量區(qū)，中斷向量表等等，所以他如果被中斷的話，可能出現(xiàn)問(wèn)題，所以這類函數(shù)是不能運(yùn)行在多任務(wù)環(huán) 境下的。把一個(gè)不可重入函數(shù)變成可重入的唯一方法是用可重入規(guī)則來(lái)重寫他。其實(shí)很簡(jiǎn)單，只要遵守了幾條很容易理解的規(guī)則，那么寫出來(lái)的函數(shù)就是可重入的。第一，不要使用全局變量。因?yàn)閯e的代碼很可能覆蓋這些變量值。第二，在和硬件發(fā)生交互的時(shí)候，切記執(zhí)行類似disinterrupt()之類的操作，就是關(guān)閉硬件中

4、斷。完成交互記得打開(kāi)中斷，在有些系列上，這叫做 進(jìn)入/退出核心”或者用 OS_ENTER_KERNAL/OS_EXIT_KERNAL來(lái)描述。第三，不能調(diào)用任何不可重入的函數(shù)。還有一些規(guī)則，都是很好理解的，總之，時(shí)刻記住一句話：保證中斷是安全的！通俗的來(lái)講吧：由于中斷是可能隨時(shí)發(fā)生的，斷點(diǎn)位置也是無(wú)法預(yù)期的。所以必須保證每個(gè)函數(shù)都具有不被中斷發(fā)生，壓棧，轉(zhuǎn)向ISR，彈棧后繼續(xù)執(zhí)行影響的穩(wěn)定性。也就是說(shuō)具有不會(huì)被中斷影響的能力。 既然有這個(gè)要求，你提供和編寫的每個(gè)函數(shù)就不能拿公共的資源或 者是變量來(lái)使用，因?yàn)樵摵瘮?shù)使用的同時(shí)，ISR （中斷服務(wù)程序）也可那會(huì)去修改或者是獲取這個(gè)資源，從而有可能使中

5、斷返回之后，這部分公用的資源已經(jīng)面目全非。滿足下列條件的函數(shù)多數(shù)是不可重入的：（1）函數(shù)體內(nèi)使用了靜態(tài)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；（2）函數(shù)體內(nèi)調(diào)用了 malloc（）或者free（）函數(shù);（3） 函數(shù)體內(nèi)調(diào)用了標(biāo)準(zhǔn)I/O函數(shù)。下面舉例加以說(shuō)明?？芍厝牒瘮?shù)void strcpy(char* IpszDest, char* lpszSrc)while(*lpszDest = *lpszSrc );*dest=O;非可重入函數(shù)1char cTemp; / 全局變量void SwapChar1(char* lpcX, char* lpcY)cTemp = *lpcX;*lpcX = *lpcY;IpcY = cTe

6、mp; /訪問(wèn)了全局變量，在分享內(nèi)存的多個(gè)線程中可能造成問(wèn)題非可重入函數(shù)2void SwapChar2(char* IpcX, char* IpcY)static char cTemp; / 靜態(tài)局部變量cTemp = *lpcX;*lpcX = *lpcY;lpcY = cTemp; /使用了靜態(tài)局部變量，在分享內(nèi)存的多個(gè)線程中可能造成問(wèn)題如何寫出可重入的函數(shù)？在函數(shù)體內(nèi)不訪問(wèn)那些全局變量，不使用靜態(tài)局部變量，堅(jiān)持只使用局部變量，寫出的函數(shù)就將是可重入的。如果必須訪問(wèn)全局變量，記住利用互斥信號(hào)量來(lái)保護(hù)全局變量。近來(lái)在LPC的中斷過(guò)程上看了點(diǎn)文獻(xiàn)，作為一個(gè)初學(xué)者感覺(jué)這個(gè)內(nèi)容與其它的處理器還是

7、有很大的區(qū)別，比如說(shuō)三星的S3C4510B，兩者在中斷的處理上理念是完全不同的，個(gè)人感覺(jué)LPC的要難一些，很多地方感覺(jué)上是在和ARM的規(guī)范打擦邊球，下面具體說(shuō)一下相關(guān)內(nèi)容?；A(chǔ)知識(shí)：LPC2294 的 EXT 中斷分為了三類，包括 FIQ , Vectored IRQ ,non- Vectored IRQ， 其中，以FIQ的優(yōu)先級(jí)最高，而以non- Vectored IRQ的優(yōu)先級(jí)最低，系統(tǒng)一共提供了27個(gè)中斷源，并且給這 27個(gè)中斷源進(jìn)行了固定的編號(hào)，但是注意，這個(gè)編號(hào)和優(yōu)先級(jí)沒(méi)有任 何的關(guān)系，并非是編號(hào)在前面的優(yōu)先級(jí)就越高，見(jiàn)下面說(shuō)明。關(guān)鍵內(nèi)容：兩套控制渠道，第一套：在 ARM體系中，本來(lái)

8、有 SWI，F(xiàn)IQ，IRQ等這些中斷的定義，并且已經(jīng)定義了這 些中斷的開(kāi)關(guān)控制位，就是在CPSR寄存器中，該寄存器包含了一個(gè)I位和一個(gè)F位，I位用于控制IRQ中斷的開(kāi)關(guān)，F(xiàn)用于控制FIQ的開(kāi)關(guān)，但是值得注意的是CPSR的讀取和修改在用戶模式下是不能完成的，必須要通過(guò)SWI指令進(jìn)入到特權(quán)模式下才可以進(jìn)行修改。第二套：在LPC的SFR (特殊功能寄存器)中，也提供了一套寄存器用于控制相應(yīng)的中斷的進(jìn)行，這組控制器叫做 VIC寄存器(都以VIC開(kāi)頭)，改組寄存器包括了所有的與中斷有 關(guān)的設(shè)置，開(kāi)啟，分類等功能，僅僅是將外部中斷引腳對(duì)應(yīng)的部分功能分離出去，由EXT系列的寄存器來(lái)處理，因此，對(duì)這一個(gè)系列的

9、寄存器的掌握是非常重要的！兩者間的關(guān)系：僅僅在第二套控制渠道下打開(kāi)FIQ，IRQ中斷是不夠的，如果 ARM內(nèi)核沒(méi)有開(kāi)中斷的話，整個(gè)系統(tǒng)就不會(huì)有中斷產(chǎn)生，因此，常見(jiàn)的做法是這樣：先將第二套渠道的控制內(nèi)容處理好，然后通過(guò)SWI軟件中斷指令，將 ARM處理器的模式切換為特權(quán)模式，在特權(quán)模式下，對(duì) CPSR進(jìn)行“讀出-修改-寫回”的操作，將中斷打開(kāi)，然后在返回到用 戶模式。LPC的中斷的特殊性：FIQ的中斷和普通的 ARM規(guī)定是沒(méi)有任何區(qū)別的，即是在產(chǎn)生中斷 時(shí)，指令跳轉(zhuǎn)到OxOOOOOOIC處開(kāi)始執(zhí)行，這個(gè)是沒(méi)有什么疑問(wèn)的。但是IRQ的響應(yīng)過(guò)程就不同了，先看下面一段代碼，這個(gè)是寫在程序的頭部的部分字

10、節(jié)：ResetLDRPC, ResetAddr;/ 0x00000000 , Reset-'Supervisor ModeLDRPC, Un d_Addr;/ 0x00000004 , Undefined Instruction-'Undefined ModeLDRPC, SWI_Addr;/ 0x00000008 , Software Interrupt-'Supervisor ModeLDRPC, PAbort_Addr;/ 0x0000000c , Abort(Prefetch)-'Abort ModeLDRPC, DAbort_Addr;/ 0x0000

11、0010 , Abort(Data)-'Abort ModeDCD0xB9205F80;/ 0x00000014 , Reserved->LDRPC, PC,#-0xFF0;/ 0x00000018 , IRQ->IRQ ModeLDRPC, FIQ_Addr;/ 0x0000001c , FIQ指令為“ LDRPC, PC,#-0xFF0 ”非常特殊，其并沒(méi)有跳轉(zhuǎn)到IRQ中斷程序的入口處， 而是進(jìn)行了一個(gè) PC 的運(yùn)算后賦值，這里就要說(shuō)明其緣由。在LPC系列中，IRQ的響應(yīng)過(guò)程，程序的入口地址并不是直接寫在這條語(yǔ)句中，而是放在一個(gè)寄存器中，該寄存器是：VICVectAdd

12、r，其地址是0xFFFFF030，現(xiàn)在就很明白了，在執(zhí)行語(yǔ)句“LDRPC, PC,#-0xFF0 ”時(shí)，PC的值已經(jīng)變?yōu)樵撜Z(yǔ)句的后面第二條語(yǔ)句的地址了，也就是 0x00000020，而0x00000020 0xFF0時(shí)，發(fā)生借位，其結(jié)果恰好為 0xFFFFF030 ,也就是說(shuō)， 通過(guò)這個(gè)簡(jiǎn)單的運(yùn)算，使 PC跳轉(zhuǎn)到了寄存器 VICVectAddr中包含的值為地址的位置上，這 樣就簡(jiǎn)單的完成了 IRQ的跳轉(zhuǎn)。當(dāng)然，IRQ中斷源不止一個(gè)，其中斷服務(wù)程序也不止一個(gè)，這個(gè)寄存器的值是自動(dòng)更新的， 另有一組寄存器 VICVectAddr。15 （后面有數(shù)字）將IRQ的16個(gè)中斷源的地址分別放在對(duì) 應(yīng)的位置

13、上（優(yōu)先級(jí)等內(nèi)容有另外的寄存器來(lái)控制，這里不多說(shuō)），當(dāng)IRQ中斷發(fā)生時(shí)，硬件自動(dòng)將對(duì)應(yīng)的 VICVectAddr。15中的某個(gè)對(duì)應(yīng)的地址傳給VICVectAddr寄存器，這個(gè)過(guò)程不用我們來(lái)編程實(shí)現(xiàn)。原文鏈接： nfei.ba nfei-9-1465093.htmluCOS-II在ARM移植中的中斷處理uCOS II是一個(gè)源碼公開(kāi)、可移植、可固化、可剪裁和搶占式的實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)，其大 部分源碼是用ANSI C編寫，與處理器硬件相關(guān)的部分使用匯編語(yǔ)言編寫?？偭考s 200行的 匯編語(yǔ)言部分被壓縮到最低限度，以便于移植到任何一種其它的CPU上。uCOS II最多可支持56個(gè)任務(wù)，其內(nèi)核為占先式，總

14、是執(zhí)行就緒態(tài)的優(yōu)先級(jí)最高的任務(wù)，并 支持Semaphore （信號(hào)量）、Mailbox （郵箱）、MessageQueue（消息隊(duì)列）等多種常用的進(jìn)程 間通信機(jī)制。與大多商用RTOS不同的是，uCOS II公開(kāi)所有的源代碼并可以免費(fèi)獲得，只對(duì)商業(yè)應(yīng)用收取少量 License費(fèi)用。uCOS II移植跟 OS_CUP_C.C、OS_CPU_A.S、OS_CPU.H 3個(gè)文件有關(guān)，中斷處理的移 植占據(jù)了很大一部分內(nèi)容。作為移植的一個(gè)重點(diǎn)，本文以標(biāo)準(zhǔn)中斷(IRQ)為例討論了移植中的中斷處理。1 uCOS II系統(tǒng)結(jié)構(gòu)每個(gè)任務(wù)都可以認(rèn)為自己ANSI C語(yǔ)言書寫的,uCOS II的軟硬件體系結(jié)構(gòu)如圖1。應(yīng)

15、用程序處于整個(gè)系統(tǒng)的頂層 獨(dú)占了 CPU，因而可以設(shè)計(jì)成為一個(gè)無(wú)限循環(huán)。大部分代碼是使用因此uCOS II的可移植性較好。盡管如此，仍然需要使用C和匯編語(yǔ)言寫一些處理器相關(guān)的代碼。uCOS II的移植需要滿足以下要求:1) 處理器的C編譯器可以產(chǎn)生可重入代碼：可以使用C調(diào)用進(jìn)入和退出 CriTIcal Code(臨界區(qū)代碼);2) 處理器必須支持硬件中斷，并且需要一個(gè)定時(shí)中斷源；3) 處理器需能容納一定數(shù)據(jù)的硬件堆棧；4) 處理器需有能在 CPU寄存器與內(nèi)存和堆棧交換數(shù)據(jù)的指令。移植uCOS II的主要工作就是處理器和編譯器相關(guān)代碼以及BSP(Board Support Package)的編寫

16、。uCOS II處理器無(wú)關(guān)的代碼提供 uCOS II的系統(tǒng)服務(wù)，應(yīng)用程序可以使用這些API函數(shù)進(jìn)行內(nèi)存管理、任務(wù)間通信以及創(chuàng)建、刪除任務(wù)等。2 uCOS II移植過(guò)程中需要注意的幾個(gè)問(wèn)題uCOS II移植的中斷處理跟 ARM體系結(jié)構(gòu)和uCOS II處理中斷的過(guò)程有關(guān)，必須注意這2個(gè)方面的問(wèn)題才能高效移植。2.1 ARM 處理器7種操作模式用戶模式(USER MODE)是ARM通常執(zhí)行狀態(tài)，用于執(zhí)行大多數(shù)應(yīng)用程序；快速中斷模式(FIQ MODE)支持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸或通道處理 沖斷模式(IRQ MODE)用于通用中斷處理；超級(jí)用戶 模式(SVC MODE)是一種操作系統(tǒng)受保護(hù)的模式：數(shù)據(jù)中止模式(ABT

17、 MODE)指令預(yù)取指中止、數(shù)據(jù)中止時(shí)進(jìn)入該模式；未定義模式(UND MODE)當(dāng)執(zhí)行未定義的指令時(shí)進(jìn)入該模式；系統(tǒng)模式(SYS MODE)是操作系統(tǒng)一種特許的用戶模式。除了用戶模式之外，其他模式都?xì)w為特權(quán)模式，特權(quán)模式用于中斷服務(wù)、異常或者訪問(wèn)受保護(hù)的資源特權(quán)模式中除系統(tǒng)模式之外另 5種模式又稱為異常模式，在移植過(guò)程中必須設(shè)置中斷向量表 來(lái)處理異常。uCOS II的移植主要處理標(biāo)準(zhǔn)中斷 (IRQ)、快速中斷(FIQ)和軟件中斷(SWI)。2.2 uCOS II中斷響應(yīng)的過(guò)程以IRQ中斷為例，假設(shè)CRPS中l(wèi)_bit位為0,當(dāng)有IRQ中斷時(shí)，CPU強(qiáng)制進(jìn)入IRQ模式， 當(dāng)前的CPSR拷貝到SP

18、SR_irq 中, PC值保存在LR_irq中，置CPSR中的I位以關(guān)閉IRQ 中斷。數(shù)據(jù)保存之后，CPU強(qiáng)行從0X00000018開(kāi)始執(zhí)行，PC值保存了 OS_CPU_IRQ_ISR() 的地址， 然后執(zhí)行 OS_CPU_IRQ_ISR() 。在 OS_CPU_IRQ_ISR() 中 OS_CPU_IRQ_ISR_Ha ndler()被調(diào)用來(lái)檢測(cè)中斷源并執(zhí)行中斷。OS_CPU_IRQ_ISR_Handler()返回以后，OS_CPU_IRQ_ISR() 又調(diào)用 OSIntExit()來(lái)確認(rèn)是否有比ISR優(yōu)先級(jí)更高的任務(wù)要執(zhí)行。如果當(dāng)前中斷任務(wù)仍然是優(yōu)先級(jí)最高的任務(wù)，OS In tExit()

19、返回，OS_CPU_IRQ_ISR()彈出中斷堆棧，如果優(yōu)先級(jí)更高的任務(wù)需要執(zhí)行， OSIntExit()調(diào)用OSIntCtxSw()執(zhí)行優(yōu)先級(jí)更高的任務(wù)。2.3 uCOS II的臨界段代碼uCOS II使用關(guān)中斷來(lái)保護(hù)臨界代碼。它定義了 2個(gè)宏來(lái)開(kāi)中斷(OS_EXIT_CRITICAL()，關(guān) 中斷(OS_ENTER_CRITICAL() 。OS_ENTER_CRITICAL()和 OS_EXIT_CRITICAL()有3種 方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，uCOS II建議使用第3種方法可以保存當(dāng)前處理器狀態(tài)的值。3 uCOS II移植過(guò)程中的中斷處理uCOS II中斷處理跟 CRT.S、OS_CPU_A.S

20、 和BSP.C有關(guān)，其移植過(guò)程主要有以下幾個(gè)步 驟。3.1在CRT.S中設(shè)置中斷向量表ARM 的中斷向量表位于ROM 的最底部，其地址范圍為 0X000000000X0000001C，設(shè)置如下：VECTORS:LDR PC,RESET_ADDRLDR PC,UNDEF_ADDRLDR PC,SWI_ADDRLDR PC,PABT_ADDRLDR PC,DABT_ADDRNOP /*保留向量*/LDR PC,IRQ_ADDRLDR PC,FIQ_ADDRRESET_ADDR:. WORD RESET_HANDLERUNDEF_ADDR:.WORD UNDEF HANDLERSWI_ADDR:.W

21、ORD SWI HANDLERPABT_ADDR:.WORD PABT_HANDLERDABT_ADDR:.WORD DABT_ HANDLER.WORD 0 /*保留地址*/IRQ_ADDR:.WORD IRQ_HANDLERFIQ_ADDR:.WORD FIQ HANDLERUNDEF_HANDLER:B UNDEF_HANDLERSWI_HANDLER: B SWI_HANDLERPABT_HANDLER: B PABT_HANDLERDABT_HANDLER: B DABT_HANDLERIRQ_HANDLER: B OS_CPU_IRQ_ISR/*跳轉(zhuǎn)至U OS_CPU_IRQ_IS

22、R(在 OS_CPU_A.S 中)*/FIQ_HANDLER : B OS_CPU_FIQ_ISR/*跳轉(zhuǎn)到 OS_CPU_FIQ_ISR(在 OS_CPU_A.S 中)*/這里設(shè)置了標(biāo)準(zhǔn)中斷異常 (IRQ)和快速中斷異常(FIQ)的中斷入口，其余異常都設(shè)置為死循環(huán)，當(dāng)發(fā)生這些異常的時(shí)候，必須使系統(tǒng)復(fù)位才能退出死循環(huán)。3.2移植中斷任務(wù)切換中斷任務(wù)切換(OSIntCtxSw)和任務(wù)切換函數(shù)(OSCtxSw)比較相似，主要有以下幾步組成：1) 調(diào)用 OSTask SwHook()2) OSPrioCur=OSPrioHighRdy3) OSTCBCur=OSTCBHighRdy4) SP=OST

23、CBHighRdy->OSTCBStkPtr獲取高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)堆棧指針5) 從高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)的堆棧中彈出高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)上下文6) 執(zhí)行高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)3.3移植中斷服務(wù)程序以IRQ中斷為例中斷服務(wù)程序(OS_CPU_IRQ_ISR)主要依據(jù)上面所描述的 uCOS II中斷響應(yīng)的過(guò)程”編寫，其主要代碼如下：LDR R0,OS_I ntNest ingLDRB R1,R0ADD R1,R1,#1STRB R1,R0CMP R1,#lBNE OS_CPU_IRQ_ISR_1LDR R4,0S_TCBCurLDR R5,R4STR SP ,R50S_CPU_IRQ_ISR_1:MSR CPSR_c

24、,#(NO_INT | IRQ32_MODE) /切換到SVC模式LDR RO,OS_CPU_IRQ_ISR_Ha ndlerMOV LR,PCBX ROMSR CPSR_c,#(NO_INT | SVC32_MODE)/切換到SVC模式LDRR0,OS_I ntExit /OSI ntExit()MOV LR,PCBX R0在代碼中省略了現(xiàn)場(chǎng)工作寄存器的保護(hù)與恢復(fù)及工作模式的切換。3.4移植中斷處理程序以IRQ中斷為例，移植中斷處理程序：C程序void OS_CPURQ_ISR_Ha ndler(void) PFNCT pfnct; / 定義中斷函數(shù)指針pfnct=(PFNCT)VICVec

25、tAddr; / 獲取函數(shù)地址 while(pfnct!=(PFNCT)0) (*pfnct)(); / 調(diào)用中 斷函數(shù)pfnct=(PFNCT)VICVectAddr; / 獲取新的中斷函數(shù) /所有中斷都執(zhí)行完畢退出 中斷處理程序依賴中斷控制器的中斷響應(yīng)順序，所以 uCOS II把 OS_CPU_IRQ_ISR_Ha ndler()歸屬于用戶程序的一部分。在中斷返回之前，中斷處理程序要處理完所有的中斷響應(yīng)，以避免在多個(gè)中斷同時(shí)響應(yīng)或中斷處理過(guò)程中響應(yīng)中斷的情況下，進(jìn)入 OS_CPU_IRQ_ISR ()和退出 OS_CPU_IRQ_ISR()時(shí)，OS_CPU_IRQ_ISR() 耗盡保存CP

26、U寄存器的堆棧空間。另外，在OS_CPU_IRQ_ISR_Handler()中不要清CPSR的I位來(lái)開(kāi)放中斷，因?yàn)闆](méi)有必要使用中斷嵌套，OS_CPU_IRQ_ISR_Ha ndler()在返回之前會(huì)檢查并處理所有的中斷。3.5編寫中斷函數(shù)中斷函數(shù)一般采用 C語(yǔ)言編寫，uCOS II建議中斷函數(shù)應(yīng)盡量短，一般做法是在中斷函數(shù)中緩存數(shù)據(jù)，給任務(wù)發(fā)送一個(gè)信號(hào)來(lái)處理數(shù)據(jù)。中斷函數(shù)的地址在系統(tǒng)初始化的時(shí)候要置人中斷向量寄存器(VICVectAddrO15)。由于向量中斷控制器(VIC)的特殊結(jié)構(gòu)，在中斷函數(shù)中 要寫一次中斷向量寄存器(VICVectAddr)。4中斷處理的應(yīng)用示例uCOS II要提供周期

27、性信號(hào)源，用于實(shí)現(xiàn)時(shí)間延時(shí)和確認(rèn)超時(shí)。節(jié)拍率應(yīng)為10100 Hz。時(shí)鐘節(jié)拍源可以由專門的硬件定時(shí)器產(chǎn)生，以下就以IRQ中斷方式產(chǎn)生節(jié)拍源為示例。初始化中斷控制器：C程序voidVICI ni t(void)VICI ntE nClr=0xffff;VICDefVectAddr=-(INT32U)Non_Vect_IRQ_Ha ndler;VICVectAddr0=(INT32U)OSTicklSR; VICVectC ntl0= (0x20 | 0x04); VICI ntEn able= 1<<4; 定時(shí)器0中斷函數(shù)：C程序void OSTickISR(void) TO_IR =

28、 0xff; OSTimeTick(); / 調(diào)用 OSTimeTick() VICVectAddr=0;/通知中斷控制器中斷結(jié)束當(dāng)定時(shí)中斷發(fā)生時(shí)調(diào)用OS_CPU_IRQ_ISRHandler()，得到OSTicklSR()的地址并執(zhí)行，在OSTicklSR()中調(diào)用OSTimeTick()為uCOS II提供周期性信號(hào)源。此代碼在GNU工具鏈ARM-GCC下編譯通過(guò)，并在EasyARM2100開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)板上得到驗(yàn)證。5結(jié)束語(yǔ)通過(guò)示例講述了在 uCOS II移植過(guò)程中的中斷處理所需要注意的幾個(gè)問(wèn)題和通用方法，經(jīng) 筆者在GNU工具鏈下編譯、調(diào)試，并在實(shí)驗(yàn)板上得到很好的驗(yàn)證。這種移植方案的中斷函 數(shù)

29、都使用C語(yǔ)言編寫，具有較好的移植性，有利于對(duì)不同需求的用戶進(jìn)行中斷擴(kuò)充，增強(qiáng) 了中斷嵌套時(shí)uCOS II運(yùn)行的穩(wěn)定性，使移植具有更好的通用性。ARM中斷處理的研究在嵌入式系統(tǒng)中常用的RISC處理器是ARM核，它具有體積小、功耗低、成本低、性價(jià)比高 的特點(diǎn)。然而，不管是哪種型號(hào)的 arm處理器，也無(wú)論該 嵌入式系統(tǒng)中是否有操作系統(tǒng)，中 斷處理，特別是IRQ中斷，始終是必須的，而中斷處理的核心問(wèn)題是上下文的保存。能否安全而又高效地保存上下文，將影響一個(gè)嵌入式系統(tǒng)的性能與穩(wěn)定。筆者對(duì)arm處理器的普通中斷處理、任務(wù)切換中斷處理、 可重人中斷處理和基于優(yōu)先級(jí)的可重人性中斷處理的上下文 保存技術(shù)進(jìn)行分析

30、與總結(jié)。為保證理論的正確性，核心的程序代碼都經(jīng)過(guò)了實(shí)驗(yàn)的檢測(cè)。1系統(tǒng)中斷處理簡(jiǎn)介arm處理器的中斷主要有兩種：IRQ普通中斷和FIQ快速中斷。快速中斷本質(zhì)上與普通 中斷沒(méi)有太大的差別，它們?cè)谔幚頇C(jī)制上有許多相同的地方。IRQ中斷是最頻繁的也是最為影響系統(tǒng)性能的，所以對(duì)它的研究與處理也就最有價(jià)值。下面簡(jiǎn)要地介紹一下IRQ異常發(fā)生時(shí)ARM處理器的工作過(guò)程。在 IRQ中斷發(fā)生時(shí)，arm 處理器的硬件會(huì)自動(dòng)執(zhí)行以下工作：將被中斷任務(wù)模式的CPSR®保存到IRQ模式中的SPSR寄存器中；將被中斷任務(wù)模式的PC值保存到IRQ模式中的LR寄存器中；將模式自動(dòng)切換到IRQ模式，并將CPSF中的bit

31、7位置1禁止后繼IRQ中斷的發(fā)生；PC被賦予0x18的地址值，程序?qū)?中斷處理機(jī)制的工作過(guò)程。0x18片開(kāi)始執(zhí)行。結(jié)合圖1，可以更好地理解 arm"roR0*RI2 SPSP LRLRCPSRSPSRCPSR被麟式SPSRIRQ模式寄存器IRQ模式棧IRQ中斷處理寄存器保存示意2普通中斷處理有些arm嵌入式系統(tǒng)可能對(duì)中斷的要求比較低，即發(fā)生中斷后首先查詢相應(yīng)的中斷源，然后進(jìn)行中斷服務(wù)， 最后從中斷服務(wù)程序中返回到被中斷處繼續(xù)運(yùn)行程序。如何在這種簡(jiǎn)單應(yīng)用中保證 安全又高效地處理中斷呢？ “安全”就意味著中斷發(fā)生時(shí)上下文被完好保存不被破壞，“高效”就是說(shuō)保存盡可能少的寄存器(當(dāng)然是建立

32、在安全的基礎(chǔ)上的 )。由圖1可知,在普通中斷處理中，中斷服務(wù)就可以在IRQ模式中運(yùn)行。根據(jù)ATPCS勺調(diào)用規(guī)則，在子程序 調(diào)用中arm編譯器保存了 R4R11寄存器，因此就沒(méi)有必要再次保存。那么剩下的寄存器就 必須予以保存，防止從中斷服務(wù)程序返回后被破壞?？梢杂脜R編語(yǔ)言和 C語(yǔ)言書寫處理代碼。首先假設(shè)初始化代碼中已正確建立了IRQ堆棧。Interrupt HandlerSUBR1停紬cfQRCom電J;調(diào)整LR寄存器STMFD SP!, R0-R3, R12f R14$保護(hù)上下文<所有已使能中斷的查詢與服務(wù) >；將同時(shí)發(fā)生的中斷全部服務(wù)，以提高效率LDMFD SP, R0-R3 ,

33、 R12 R14;恢復(fù)上下文在上述保存上下文中沒(méi)有必要保存SPSR因在非嵌套的中斷處理程序中，它不會(huì)被任何順序的中斷所破壞。如果用C語(yǔ)言來(lái)書寫該處理程序，可以使用關(guān)鍵字一 IRQ來(lái)說(shuō)明，以告訴編譯器實(shí)現(xiàn)如下的操作： 保存.ATPCS規(guī)定的被破壞的寄存器； 保存其他中斷處理程序中用到的寄存器； 同時(shí)將(LR-4)賦予程序計(jì)數(shù)器PC實(shí)現(xiàn)中斷程序的返回并且恢復(fù)CPSF寄存器的內(nèi)容。普通中斷處理的 C語(yǔ)言程序可以按如下格式編寫:irq void IRQHandler(void) V所有已使能中斷的查詢與服務(wù)其實(shí)審與C語(yǔ)言相對(duì)應(yīng)的匯編程序是如下的:iRQH訛曲噸蕊“頃電淞“(D STMFDSP!，R0-

34、R3, R12, LR査詢中斷源并進(jìn)入相應(yīng)的服務(wù)程序 LDMFD SP!, R0-R3, R12, LR SUBS PC, LR, iMEND2給出了)。圖中可見(jiàn)，無(wú)論是用 c語(yǔ)言還是匯編語(yǔ)言來(lái)編寫，它們的工作原理都是一樣的。圖 普通中斷處理過(guò)程中，arm寄存器的保存示意圖(虛線是壓棧保存，實(shí)線是彈?；謴?fù) 與程序處理的步驟相對(duì)應(yīng)，可以幫助理解處理器上下文的保存過(guò)程。普通中斷處理上下文保存示意3任務(wù)切換有操作系統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)中，中斷的發(fā)生要求保存全部寄存器的內(nèi)容到任務(wù)的棧中,任務(wù)切換發(fā)生時(shí)所有任務(wù)的寄存器不是基于安全的考慮是因?yàn)榭赡苤袛鄷?huì)導(dǎo)致任務(wù)的切換。的值都要保存到該任務(wù)的棧中。下個(gè)任務(wù)的上下

35、文將從該任務(wù)棧中得以恢復(fù)到處理器的寄存器中。下面就本問(wèn)題作出分析并給出實(shí)現(xiàn)的程序代碼。從圖1中斷處理寄存器的保存可知，中斷發(fā)生后任務(wù)的 CPSR和PC兩寄存器的值在IRQ模式的SPSR和LR中，所以不能簡(jiǎn)單地切 換到任務(wù)運(yùn)行的模式中，否則被中斷任務(wù)返回時(shí)的 CPSR和PC將不可見(jiàn)（因?yàn)樗鼈儽４嬖贗RQ 模式的專用寄存器中， 在其他模式中無(wú)法操作）。此時(shí)，可以考慮設(shè)置一些變量區(qū)作為媒介， 將其予以轉(zhuǎn)存到任務(wù)運(yùn)行模式的棧中去。3所示的保存任;LR_Frame 和 SPSR_Frame是變量區(qū)）。下面假設(shè)任務(wù)切換是在 SVC模式中運(yùn)行的。結(jié)合上面的分析，可以有圖 務(wù)切換的示意圖（虛線是壓棧保存，實(shí)線

36、是彈棧恢復(fù)R0R0R3R0R12RI2SPLR?R3R12sFr lrSPSRJrqLRjvc IRJrqCPSR SPSRSVC模式寄存器 LR_irqSPSR irqT.* CPSR 4 ；rhsPSR I EI ! IRQ!模式寄存器圖3任務(wù)切換中斷處理上下文保存示意圖NextPage結(jié)合圖3任務(wù)切換中斷處理中的步驟，可以用匯編語(yǔ)言寫出相對(duì)應(yīng)的中斷處理程序:IRQ_EntrySUBST MFDLDRSTRMRSIJDRR14. RMt 41；調(diào)整返冋地址SP!, RO7 保存 RORO* = LRFrameLR, RO；保存LRJrq到存儲(chǔ)器變扯中LR, SPSRRO,二5卩SR_Fra

37、me丨保存SPSRirq到存儲(chǔ)器變量中STRLDMFDLDRMSRSUBSTMFDLDRLR, R0聲停擁曲;二止中斷 CPSR_c, LRSP, SP, 5±4 ，預(yù)留1個(gè)字空間保存LR_irq SP!, (LR；保存 LR.SVCLR t LR_Framet保存LR_irq(任務(wù)返回地址)LDRSTRLDRLR, E1.RLR. SP. #4LR t SPSR_ F rame 保存SPSR_irq(任務(wù)的CPSR)LDRSTMFDLRt LRSP! > RO 5 R12>LR；保存 R0-R12, SPSRJtq5理中斷并噸紬瑟麟為畑血曾 V > JI廠1r &l