第4章_S12中斷系統(tǒng)

1、第第4章章 S12中斷系統(tǒng)中斷系統(tǒng) l S12中斷系統(tǒng)概述中斷系統(tǒng)概述l S12中斷優(yōu)先級中斷優(yōu)先級l S12中斷程序設(shè)計實(shí)例中斷程序設(shè)計實(shí)例前言前言 中斷是用以提高計算機(jī)工作效率的一種重要技術(shù)，最中斷是用以提高計算機(jī)工作效率的一種重要技術(shù)，最初它只是作為計算機(jī)與外設(shè)交換信息的一種同步控制方式初它只是作為計算機(jī)與外設(shè)交換信息的一種同步控制方式而提出的，但隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，特別是而提出的，但隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，特別是CPU速度的速度的迅速提高，對計算機(jī)內(nèi)部機(jī)制的要求也越來越高，希望計迅速提高，對計算機(jī)內(nèi)部機(jī)制的要求也越來越高，希望計算機(jī)能隨時發(fā)現(xiàn)各種錯誤，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)意想不到的事件時，算機(jī)能

2、隨時發(fā)現(xiàn)各種錯誤，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)意想不到的事件時，能及時妥善處理。于是，中斷的概念得以延伸，除了傳統(tǒng)能及時妥善處理。于是，中斷的概念得以延伸，除了傳統(tǒng)的外部事件（硬件）引起的中斷事件外，還有的外部事件（硬件）引起的中斷事件外，還有CPU內(nèi)部軟內(nèi)部軟件中斷的概念。所謂中斷，是指件中斷的概念。所謂中斷，是指CPU在正常執(zhí)行程序的過在正常執(zhí)行程序的過程中，由于內(nèi)部程中，由于內(nèi)部/外部事件或由程序的預(yù)先安排，引起了外部事件或由程序的預(yù)先安排，引起了CPU暫時中斷當(dāng)前程序的運(yùn)行，而轉(zhuǎn)去執(zhí)行由內(nèi)部暫時中斷當(dāng)前程序的運(yùn)行，而轉(zhuǎn)去執(zhí)行由內(nèi)部/外部外部事件或預(yù)先安排的時間而需要執(zhí)行的中斷服務(wù)子程序，在事件或預(yù)先安排

3、的時間而需要執(zhí)行的中斷服務(wù)子程序，在中斷服務(wù)子程序執(zhí)行完畢后，中斷服務(wù)子程序執(zhí)行完畢后，CPU再重新回來執(zhí)行當(dāng)前的再重新回來執(zhí)行當(dāng)前的程序。利用中斷可以大大提高程序。利用中斷可以大大提高CPU的工作效率。實(shí)現(xiàn)中斷的工作效率。實(shí)現(xiàn)中斷功能的控制邏輯稱為中斷機(jī)構(gòu)或中斷系統(tǒng)。功能的控制邏輯稱為中斷機(jī)構(gòu)或中斷系統(tǒng)。前言前言 盡管單片機(jī)或者微控制器中的中斷系盡管單片機(jī)或者微控制器中的中斷系統(tǒng)各不相同，但中斷系統(tǒng)的基本功能是相統(tǒng)各不相同，但中斷系統(tǒng)的基本功能是相同的：同的：l 能實(shí)現(xiàn)中斷響應(yīng)、中斷處理（服務(wù)）、中能實(shí)現(xiàn)中斷響應(yīng)、中斷處理（服務(wù)）、中斷返回和中斷屏蔽；斷返回和中斷屏蔽；l 能實(shí)現(xiàn)中斷優(yōu)先級排

4、隊（管理）；能實(shí)現(xiàn)中斷優(yōu)先級排隊（管理）；l 能實(shí)現(xiàn)中斷嵌套。能實(shí)現(xiàn)中斷嵌套。 4.1 S12中斷系統(tǒng)概述中斷系統(tǒng)概述 S12系列單片機(jī)的中斷屬于異常情況處理的一部分，異常情況處系列單片機(jī)的中斷屬于異常情況處理的一部分，異常情況處理還包括復(fù)位，所以本章除論述了理還包括復(fù)位，所以本章除論述了S12系列單片機(jī)的中斷系統(tǒng)，也簡系列單片機(jī)的中斷系統(tǒng)，也簡要介紹了要介紹了S12系列單片機(jī)的幾種復(fù)位情況。正常情況下，單片機(jī)有序系列單片機(jī)的幾種復(fù)位情況。正常情況下，單片機(jī)有序的執(zhí)行相應(yīng)程序，按照明確的獲取的執(zhí)行相應(yīng)程序，按照明確的獲取-解碼解碼-執(zhí)行的方式順序處理各種指執(zhí)行的方式順序處理各種指令。程序計數(shù)器

5、記錄了下一條程序指令位于內(nèi)存中的位置，即使當(dāng)程令。程序計數(shù)器記錄了下一條程序指令位于內(nèi)存中的位置，即使當(dāng)程序?yàn)榱讼鄳?yīng)分支或跳轉(zhuǎn)指令而偏離了正常的順序處理，但仍然是在順序?yàn)榱讼鄳?yīng)分支或跳轉(zhuǎn)指令而偏離了正常的順序處理，但仍然是在順序事件處理的控制范圍之內(nèi)?？赡馨l(fā)生的異常情況會打破這種事件處序事件處理的控制范圍之內(nèi)?？赡馨l(fā)生的異常情況會打破這種事件處理的順序流，將一個正常程序流的中斷歸為一個異常情況，異常情況理的順序流，將一個正常程序流的中斷歸為一個異常情況，異常情況不一定總是和錯誤相關(guān)聯(lián)的，中斷是在一個處理器上運(yùn)行多個系統(tǒng)的不一定總是和錯誤相關(guān)聯(lián)的，中斷是在一個處理器上運(yùn)行多個系統(tǒng)的有效方法。通過

6、上面的論述可以知道，有效方法。通過上面的論述可以知道，S12程序運(yùn)行時可能發(fā)生的異程序運(yùn)行時可能發(fā)生的異常可分為兩類：復(fù)位和中斷，而中斷又進(jìn)一步分為可屏蔽中斷和不可?？煞譃閮深悾簭?fù)位和中斷，而中斷又進(jìn)一步分為可屏蔽中斷和不可屏蔽中斷。屏蔽中斷。S12系列單片機(jī)的異常分類如圖系列單片機(jī)的異常分類如圖4.1所示。所示。4.1 S12中斷系統(tǒng)概述中斷系統(tǒng)概述 4.1 S12中斷系統(tǒng)概述中斷系統(tǒng)概述4.1.1 S12單片機(jī)的復(fù)位單片機(jī)的復(fù)位 S12系列單片機(jī)共有四種事件可以觸發(fā)系統(tǒng)復(fù)位。（1）外部復(fù)位 S12配備一個標(biāo)記為RESET的低電平有效復(fù)位引腳，當(dāng)該引腳電壓為低電平時，觸發(fā)復(fù)位。（2）上電復(fù)位

7、 在S12的VDD引腳上的一個正向變化將觸發(fā)上電復(fù)位，這意味著當(dāng)給S12上電時，它以一個已知的、確定的設(shè)置啟動。4.1 S12中斷系統(tǒng)概述中斷系統(tǒng)概述4.1.1 S12單片機(jī)的復(fù)位單片機(jī)的復(fù)位 （3）計算機(jī)工作正常（COP）復(fù)位 COP系統(tǒng)允許S12檢測軟件運(yùn)行故障，通常COP在軟件開發(fā)過程中是關(guān)閉的。但是，一旦某個基于S12的系統(tǒng)完全運(yùn)行后，這是一項重要的安全保障功能之一。COP系統(tǒng)包含一個用戶設(shè)置的倒計數(shù)定時器，一旦定時器過期，則觸發(fā)一個系統(tǒng)復(fù)位。為了防止定時器過期，執(zhí)行的程序必須在倒計數(shù)定時器失效之前，向ARM/RESET COP定時器寄存器（COPRST）中寫入$55和$AA。若某個程

8、序陷入一個死循環(huán)，它將不能發(fā)送上述必須的信息，因此將產(chǎn)生COP復(fù)位。為了有效地實(shí)現(xiàn)這個功能，向COPRST寄存器中寫入$55的代碼應(yīng)該有策略的分布在程序的重要部分，寫入$AA的代碼則可以放在程序的其他部分。這樣，一旦微控制器在某代碼處運(yùn)行失效，將不會產(chǎn)生需要的代碼序列（$55或$AA），這樣就會觸發(fā)COP復(fù)位?？梢栽诔绦蛟O(shè)計中設(shè)置多對$55和$AA，實(shí)現(xiàn)錯誤恢復(fù)功能。4.1 S12中斷系統(tǒng)概述中斷系統(tǒng)概述4.1.1 S12單片機(jī)的復(fù)位單片機(jī)的復(fù)位 （4）時鐘監(jiān)控復(fù)位 當(dāng)系統(tǒng)時鐘頻率低于某個預(yù)設(shè)置值或停止工作時，將觸發(fā)時鐘監(jiān)控復(fù)位。 當(dāng)上述事件觸發(fā)復(fù)位時，S12單片機(jī)在程序計數(shù)器中放置一個復(fù)位向

9、量，處理器執(zhí)行啟動例程。COP復(fù)位和時鐘監(jiān)控復(fù)位具有各自的復(fù)位向量。4.1 S12中斷系統(tǒng)概述中斷系統(tǒng)概述4.1.2 S12單片機(jī)的中斷單片機(jī)的中斷 S12系列單片機(jī)的中斷分為可屏蔽中斷和不可屏蔽中斷。S12的編程模型中有一個條件代碼寄存器，如圖6.2所示，其中的X位和I位與中斷相關(guān)，X位是不可屏蔽中斷的屏蔽位，置為“1”則不可屏蔽中斷被關(guān)閉，置為“0”則允許不可屏蔽中斷；I位是可屏蔽中斷的屏蔽位，置為“1” 則可屏蔽中斷被關(guān)閉，置為“0”則允許可屏蔽中斷。在系統(tǒng)復(fù)位時，這些中斷屏蔽位默認(rèn)為“1”，所以單片機(jī)復(fù)位后，不可屏蔽中斷和可屏蔽中斷都處于關(guān)閉狀態(tài)。4.1 S12中斷系統(tǒng)概述中斷系統(tǒng)概述

10、4.1.2 S12單片機(jī)的中斷單片機(jī)的中斷 1不可屏蔽中斷不可屏蔽中斷 不可屏蔽中斷包括軟件中斷、非法指令陷阱和 中斷，下面簡要介紹常用的幾個不可屏蔽中斷。 （1）軟件中斷 SWI實(shí)質(zhì)上是一條指令，但其執(zhí)行過程與中斷相同，即通過中斷矢量確定目標(biāo)地址，中斷矢量為$FFF6$FFF7，它自動保存MCU的寄存器和返回地址，最后必須通過RTI指令返回。 （2）非法指令陷阱 MCU正常工作時，每次獲得的都是由匯編或編譯程序生成的有效操作碼，MCU能夠正確解釋并執(zhí)行它們，但當(dāng)受到干擾或系統(tǒng)出現(xiàn)混亂時，可能得到無法識別的操作碼，即非法指令，這時MCU自動產(chǎn)生一次中斷，中斷矢量地址為$FFF8$FFF9。4.

11、1 S12中斷系統(tǒng)概述中斷系統(tǒng)概述4.1.2 S12單片機(jī)的中斷單片機(jī)的中斷 1不可屏蔽中斷不可屏蔽中斷 （3）XIRQ XIRQ是非屏蔽中斷引腳，無論MCU處于哪種運(yùn)行狀態(tài)，該引腳一旦被拉成低電平，MCU執(zhí)行完當(dāng)前指令后，都會響應(yīng)該中斷，中斷矢量為$FFF4$FFF5。該中斷一般用于系統(tǒng)掉電檢測、硬件故障等重要事件處理，當(dāng)MCU處于等待或暫停模式時，該中斷將喚醒MCU。4.1 S12中斷系統(tǒng)概述中斷系統(tǒng)概述4.1.2 S12單片機(jī)的中斷單片機(jī)的中斷 2可屏蔽中斷可屏蔽中斷 可屏蔽中斷可以在程序控制下由用戶開啟或者關(guān)閉?？善帘沃袛嗟拈_關(guān)是條件代碼寄存器（CCR）中的I位。通過清除I可以開啟可屏

12、蔽中斷。S12系列單片機(jī)中的可屏蔽中斷數(shù)量非常多，這里僅對 做簡要介紹，其他的可屏蔽中斷可參見相關(guān)功能模塊的章節(jié)。 S12系列單片機(jī)配備一個標(biāo)記為 的外部引腳，當(dāng)該引腳出現(xiàn)低電平或者電平下降沿時，則會產(chǎn)生中斷請求，這也是S12單片機(jī)接受外部事件中斷的主要手段。有一個中斷控制寄存器（INTCR）和 的設(shè)置相關(guān)，如圖6.3所示。4.1 S12中斷系統(tǒng)概述中斷系統(tǒng)概述4.1.2 S12單片機(jī)的中斷單片機(jī)的中斷 通過該寄存器中的IRQE位和IRQEN位對IRQ中斷進(jìn)行設(shè)置。IRQE：中斷電平/邊沿有效選擇： 0表示IRQ引腳配置為低電平有效； 1表示IRQ引腳配置為下降沿有效。IRQEN：外部IRQ中

13、斷請求使能： 0表示IRQ中斷關(guān)閉； 1表示IRQ中斷允許。4.1 S12中斷系統(tǒng)概述中斷系統(tǒng)概述4.1.2 S12單片機(jī)的中斷單片機(jī)的中斷 3中斷堆棧操作順序中斷堆棧操作順序 因?yàn)橹袛囗憫?yīng)過程中，會有隱含的堆棧操作，所以中斷響應(yīng)前，堆棧必須有效，即堆棧指針SP必須指向一個有效的RAM區(qū)，而且堆棧的大小必須不少于9個字節(jié)。中斷響應(yīng)堆棧操作如表6.1所示。4.2 S12中斷優(yōu)先級中斷優(yōu)先級 S12與多個中斷源相連，所以在同一時刻可能會有兩個或兩個以上的中斷源同時請求中斷，這就要求必須根據(jù)任務(wù)的輕重緩急給每個中斷源分配不同的中斷優(yōu)先級。當(dāng)兩個或兩個以上中斷源同時發(fā)生時，優(yōu)先級高的中斷將先被處理。一

14、般來說，不可屏蔽中斷的優(yōu)先級高于可屏蔽中斷的優(yōu)先級。復(fù)位以及不可屏蔽中斷的優(yōu)先級從高到低依次為：4.2 S12中斷中斷優(yōu)先級優(yōu)先級 4.2 S12中斷中斷優(yōu)先級優(yōu)先級 4.2 S12中斷優(yōu)先級中斷優(yōu)先級 表6.2中的最后一列表示最高優(yōu)先級中斷設(shè)定寄存器（HPRIO）中可以設(shè)置的數(shù)值，通過設(shè)置該寄存器，可以將某個可屏蔽中斷的優(yōu)先級“推進(jìn)”為可屏蔽中斷中的最高優(yōu)先級中斷。最高優(yōu)先級中斷設(shè)定寄存器（INTCR）如圖6.4所示。 復(fù)位后該寄存器默認(rèn)值為$F2，表示IRQ（$FFF2，$FFF3）中斷在可屏蔽中斷中的優(yōu)先級最高。4.2 S12中斷優(yōu)先級中斷優(yōu)先級 需要注意的是，通過HPRIO設(shè)定的優(yōu)先級

15、并不表示當(dāng)出現(xiàn)中斷嵌套時，高優(yōu)先級中斷可以中止低優(yōu)先級中斷的服務(wù)程序執(zhí)行，而轉(zhuǎn)向高優(yōu)先級中斷的服務(wù)程序運(yùn)行。這里高優(yōu)先級作用只有當(dāng)多個中斷源同時請求中斷時才能體現(xiàn)，這時S12單片機(jī)將首先響應(yīng)高優(yōu)先級的中斷，低優(yōu)先級的中斷不會得到響應(yīng)。4.2 S12中斷優(yōu)先級中斷優(yōu)先級 S12單片機(jī)默認(rèn)的中斷處理機(jī)制如圖6.5所示。從圖中可以看到，S12單片機(jī)默認(rèn)狀態(tài)下在進(jìn)入中斷服務(wù)程序時，I位自動置1，所以禁止其他可屏蔽中斷，盡管在處理中斷A的服務(wù)程序過程中又來了更高級別的中斷B的中斷請求，單片機(jī)也無法及時處理，必須等待當(dāng)前中斷服務(wù)程序執(zhí)行完以后才能響應(yīng)。4.2 S12中斷優(yōu)先級中斷優(yōu)先級 如果希望在S12單

16、片機(jī)中實(shí)現(xiàn)中斷嵌套，一個比較簡單的方法是進(jìn)入中斷服務(wù)程序時，將可屏蔽中斷屏蔽位I清零。這樣可以實(shí)現(xiàn)如圖6.6所示的中斷嵌套。4.2 S12中斷優(yōu)先級中斷優(yōu)先級 從圖6.6中可以看到，這樣簡單的處理也可能會帶來問題，就是低優(yōu)先級的中斷請求會使得高優(yōu)先級中斷服務(wù)程序掛起。因?yàn)樵谥袛郆的服務(wù)程序中清除可屏蔽中斷屏蔽位I，所以此時任何可屏蔽中斷請求都可以得到處理，出現(xiàn)了低優(yōu)先級的中斷A打斷高優(yōu)先級B中斷服務(wù)程序的情況。為了解決這個問題，可以只在中斷A的服務(wù)程序中清除可屏蔽中斷屏蔽位I，而在中斷B的服務(wù)程序中不做處理，這樣就可以得到如圖6.7所示的中斷處理機(jī)制，這樣只有高優(yōu)先級的中斷請求可以打斷低優(yōu)先級

17、中斷的服務(wù)程序。4.3 S12中斷程序設(shè)計實(shí)例中斷程序設(shè)計實(shí)例 本實(shí)例硬件連接如圖6.8所示，PORTA端口連接1個8位撥碼開關(guān)，PORTB端口連接8只LED，單片機(jī)IRQ 引腳外接一個按鍵，按鍵按下為低電平。要求編程實(shí)現(xiàn)利用 IRQ 作為中斷源，采用中斷方式，利用8位撥碼開關(guān)控制8只LED燈的循環(huán)點(diǎn)亮速度，撥碼開關(guān)的不同狀態(tài)設(shè)置代表燈循環(huán)點(diǎn)亮?xí)r點(diǎn)亮速度值的設(shè)定。4.3 S12中斷程序設(shè)計實(shí)例中斷程序設(shè)計實(shí)例 中斷服務(wù)程序可以有兩種編寫方式，一種是利用中斷編號關(guān)聯(lián)中斷服務(wù)程序；另外一種是通過在.prm文件中的聲明關(guān)聯(lián)中斷服務(wù)程序。首先介紹利用中斷編號編寫中斷服務(wù)程序。從表6.2中可以看到，中斷向量表依次自上而下從0開始編號，IRQ中斷在表格中是第7個，所以編號