《中斷與定時(shí)》課件

中斷與定時(shí)歡迎來到《中斷與定時(shí)》課程。本課程將深入探討嵌入式系統(tǒng)中的關(guān)鍵概念。我們將學(xué)習(xí)中斷機(jī)制和定時(shí)器的工作原理，以及它們?cè)趯?shí)際應(yīng)用中的重要性。課程介紹中斷機(jī)制探討中斷的概念、類型和處理方法。定時(shí)器原理了解定時(shí)器的工作原理和應(yīng)用場(chǎng)景。實(shí)踐應(yīng)用通過實(shí)例學(xué)習(xí)中斷和定時(shí)器的編程技巧。什么是中斷？定義中斷是一種硬件或軟件機(jī)制，用于暫停當(dāng)前程序執(zhí)行，轉(zhuǎn)而處理緊急事件。特點(diǎn)中斷具有實(shí)時(shí)性、異步性和可恢復(fù)性，能有效提高系統(tǒng)響應(yīng)速度。中斷的作用提高實(shí)時(shí)性快速響應(yīng)外部事件，確保系統(tǒng)及時(shí)處理緊急任務(wù)。提高效率避免CPU持續(xù)輪詢外設(shè)狀態(tài)，節(jié)省處理器資源。實(shí)現(xiàn)多任務(wù)允許系統(tǒng)在主程序運(yùn)行時(shí)處理其他任務(wù)，提高并發(fā)性。中斷的特點(diǎn)異步性中斷可以在程序執(zhí)行的任何時(shí)刻發(fā)生，不受主程序控制?？焖夙憫?yīng)中斷機(jī)制能夠迅速響應(yīng)外部事件，保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。可恢復(fù)性中斷處理完成后，系統(tǒng)能夠返回到被中斷的程序繼續(xù)執(zhí)行。中斷的分類1硬件中斷由外部硬件設(shè)備觸發(fā)的中斷，如按鍵、傳感器等。2軟件中斷由軟件指令觸發(fā)的中斷，如系統(tǒng)調(diào)用、異常等。3可屏蔽中斷可以通過軟件設(shè)置來禁止或允許的中斷。4不可屏蔽中斷不能被軟件禁止的中斷，通常用于處理緊急事件。硬件中斷外部設(shè)備觸發(fā)如定時(shí)器溢出、按鍵按下、傳感器信號(hào)等。中斷控制器接收中斷控制器識(shí)別并處理中斷請(qǐng)求。CPU響應(yīng)CPU暫停當(dāng)前任務(wù)，執(zhí)行相應(yīng)的中斷服務(wù)程序。返回主程序中斷服務(wù)程序執(zhí)行完畢后，CPU恢復(fù)被中斷的任務(wù)。軟件中斷1系統(tǒng)調(diào)用2異常處理3調(diào)試斷點(diǎn)4特權(quán)級(jí)切換軟件中斷是由程序指令觸發(fā)的中斷，通常用于實(shí)現(xiàn)操作系統(tǒng)功能、處理異常情況或進(jìn)行程序調(diào)試。中斷處理程序功能中斷處理程序負(fù)責(zé)響應(yīng)特定的中斷事件，執(zhí)行相應(yīng)的操作。結(jié)構(gòu)通常包括保存現(xiàn)場(chǎng)、處理中斷、恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)三個(gè)主要步驟。中斷的優(yōu)先級(jí)1不可屏蔽中斷（最高）2硬件中斷3軟件中斷4普通程序（最低）中斷優(yōu)先級(jí)決定了多個(gè)中斷同時(shí)發(fā)生時(shí)的處理順序，確保重要事件得到及時(shí)響應(yīng)。中斷嵌套概念高優(yōu)先級(jí)中斷可以打斷正在執(zhí)行的低優(yōu)先級(jí)中斷服務(wù)程序。實(shí)現(xiàn)通過堆棧保存被中斷的中斷服務(wù)程序的上下文。優(yōu)勢(shì)提高系統(tǒng)對(duì)高優(yōu)先級(jí)事件的響應(yīng)能力。中斷服務(wù)例程編寫1保存現(xiàn)場(chǎng)保存被中斷程序的關(guān)鍵寄存器和狀態(tài)信息。2清除中斷標(biāo)志清除相應(yīng)的中斷標(biāo)志位，防止重復(fù)觸發(fā)。3執(zhí)行中斷處理完成特定的中斷服務(wù)任務(wù)。4恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)恢復(fù)被保存的寄存器和狀態(tài)信息。定時(shí)器概述功能定時(shí)器是一種用于精確計(jì)時(shí)和定時(shí)的硬件設(shè)備。原理通過計(jì)數(shù)器和時(shí)鐘源實(shí)現(xiàn)精確的時(shí)間計(jì)量。應(yīng)用廣泛應(yīng)用于時(shí)間測(cè)量、周期性任務(wù)觸發(fā)等場(chǎng)景。定時(shí)器的作用精確計(jì)時(shí)實(shí)現(xiàn)微秒級(jí)的精確時(shí)間測(cè)量。周期性任務(wù)觸發(fā)定期執(zhí)行的任務(wù)，如采樣或更新顯示。脈沖生成產(chǎn)生特定頻率和占空比的脈沖信號(hào)。定時(shí)器的種類通用定時(shí)器功能靈活，可用于多種計(jì)時(shí)和計(jì)數(shù)應(yīng)用?？撮T狗定時(shí)器用于監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，防止程序死機(jī)。實(shí)時(shí)時(shí)鐘（RTC）提供日期和時(shí)間功能，通常帶有獨(dú)立電源。定時(shí)器編程步驟初始化配置設(shè)置定時(shí)器模式、預(yù)分頻值等參數(shù)。設(shè)置計(jì)數(shù)值根據(jù)所需時(shí)間計(jì)算并設(shè)置定時(shí)器計(jì)數(shù)值。啟動(dòng)定時(shí)器使能定時(shí)器開始計(jì)數(shù)。中斷處理編寫定時(shí)器中斷服務(wù)程序。單片機(jī)定時(shí)器工作原理1時(shí)鐘源為定時(shí)器提供基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)。2預(yù)分頻器對(duì)輸入時(shí)鐘進(jìn)行分頻，調(diào)整定時(shí)精度。3計(jì)數(shù)器根據(jù)預(yù)分頻后的時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)。4比較器比較計(jì)數(shù)值與設(shè)定值，觸發(fā)中斷或輸出信號(hào)。定時(shí)器的初始化選擇時(shí)鐘源選擇合適的時(shí)鐘源，如內(nèi)部振蕩器或外部晶振。設(shè)置工作模式配置定時(shí)器的工作模式，如定時(shí)、計(jì)數(shù)或PWM模式。配置預(yù)分頻值設(shè)置預(yù)分頻值以獲得所需的定時(shí)精度。設(shè)置中斷配置定時(shí)器中斷，并編寫相應(yīng)的中斷服務(wù)程序。定時(shí)器中斷觸發(fā)條件當(dāng)定時(shí)器計(jì)數(shù)達(dá)到設(shè)定值時(shí)觸發(fā)中斷。中斷服務(wù)程序編寫中斷服務(wù)程序處理定時(shí)事件。自動(dòng)重裝配置自動(dòng)重裝模式實(shí)現(xiàn)周期性中斷。定時(shí)器實(shí)現(xiàn)延遲阻塞式延遲使用輪詢方式等待定時(shí)器計(jì)數(shù)完成，適用于短時(shí)間延遲。非阻塞式延遲利用定時(shí)器中斷實(shí)現(xiàn)延遲，允許CPU執(zhí)行其他任務(wù)。定時(shí)器應(yīng)用實(shí)例定時(shí)器計(jì)數(shù)器初始化計(jì)數(shù)值設(shè)置定時(shí)器的初始計(jì)數(shù)值。計(jì)數(shù)遞增/遞減根據(jù)配置，計(jì)數(shù)器值隨時(shí)鐘信號(hào)變化。達(dá)到設(shè)定值當(dāng)計(jì)數(shù)值達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)觸發(fā)事件。重新加載自動(dòng)重裝模式下，重新加載初始值繼續(xù)計(jì)數(shù)。定時(shí)器溢出概念當(dāng)定時(shí)器計(jì)數(shù)達(dá)到最大值后回到零的現(xiàn)象。處理方法通過溢出中斷或溢出標(biāo)志位檢測(cè)溢出事件。應(yīng)用利用溢出實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間計(jì)時(shí)或周期性任務(wù)。定時(shí)器計(jì)時(shí)1啟動(dòng)計(jì)時(shí)記錄起始時(shí)間點(diǎn)。2運(yùn)行計(jì)數(shù)定時(shí)器持續(xù)計(jì)數(shù)。3停止計(jì)時(shí)記錄結(jié)束時(shí)間點(diǎn)。4計(jì)算時(shí)間差計(jì)算兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)之間的差值。電池供電情況下定時(shí)器應(yīng)用低功耗模式利用定時(shí)器喚醒功能實(shí)現(xiàn)低功耗運(yùn)行。實(shí)時(shí)時(shí)鐘使用獨(dú)立供電的RTC保持準(zhǔn)確時(shí)間。電源管理定時(shí)器控制系統(tǒng)定期喚醒執(zhí)行任務(wù)。電池供電中斷處理快速響應(yīng)中斷服務(wù)程序應(yīng)盡可能簡(jiǎn)短，減少喚醒時(shí)間。任務(wù)分配將耗時(shí)任務(wù)放在主循環(huán)中，中斷僅處理關(guān)鍵事件。中斷服務(wù)程序注意事項(xiàng)1簡(jiǎn)潔高效保持中斷服務(wù)程序盡可能簡(jiǎn)短，快速執(zhí)行。2避免長(zhǎng)時(shí)間操作不要在中斷服務(wù)程序中執(zhí)行耗時(shí)操作。3保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)正確保存和恢復(fù)被中斷程序的上下文。4禁用中斷必要時(shí)禁用中斷，防止重入和數(shù)據(jù)競(jìng)爭(zhēng)。中斷屏蔽與嵌套1全局中斷使能2中斷優(yōu)先級(jí)設(shè)置3局部中斷屏蔽4中斷嵌套處理合理配置中斷屏蔽和嵌套可以提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和可靠性。正確處理中斷優(yōu)先級(jí)和嵌套關(guān)系對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng)至關(guān)重要。定時(shí)器性能優(yōu)化合理分頻選擇合適的預(yù)分頻值，平衡精度和功耗。中斷優(yōu)化減少中斷頻率，合理安排中斷服務(wù)程序。DMA傳輸利用DMA減少CPU干預(yù)，提高效率。低功耗設(shè)計(jì)合理使用睡眠模式，降低系統(tǒng)功耗。小結(jié)與思考題課程回顧中斷機(jī)制的原理和應(yīng)用定時(shí)器的工作原理和編程技巧中斷和定時(shí)器在實(shí)際項(xiàng)目中的應(yīng)用思考題如何選擇合適的中斷優(yōu)先級(jí)？定時(shí)器溢出如何實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間計(jì)時(shí)