《嵌入式linux应用程序开发完全手册》中断控制器操作(外部中断)学习笔记

一.ARM中断体系

当一个“异常”发生时，或者说当收到一个中断触发信号时，ARM9将会自动完成如下一些工作：

(1)在异常工作模式的连接寄存器R14中保存前一个工作模式的下一条指令地址，即是pc+4或者pc+8。

(2)将CPSR的值复制到异常模式的SPSR中。

(3)将CPSR的工作模式位设为这个异常对应的工作模式。

(4)令PC值等于这个异常模式在异常向量表中的地址，即跳转去执行异常向量表中的相应指令。既是执行中断服务程序。

当从异常模式恢复至之前的工作模式时，软件需要完成如下工作：

(1)将前面进入异常时保存在R14中的指令地址减去适当值后赋给PC寄存器。

异常模式

退出异常时PC值

进入异常模式时R14值

Svc

MOVS PC,R14

Und

MOVS PC,R14

PC+4

Fiq

SUBS PC,R14,#4

PC+4

Irq

SUBS PC,R14,#4

PC+4

Abt

指令预取终止

SUBS PC,R14,#4

PC+4

指令读取终止

SUBS PC,R14,#8

PC+8

(2)将SPSR的值复制回CPSR。

二. S3C2440中断控制器

其实，无论哪种CPU,中断处理过程都是类似的：

1.中断控制器汇集各类外设发出的中断信号，然后告诉CPU。

2.CPU保存当前程序的运行环境，调用中断服务程序来处理中断。

3.在ISR(interrupt Service Routine)中通过读取中断控制器，外设的相关寄存器来识别这是哪个中断，并进行相应的处理。

4.清除中断：通过读写中断控制器和外设的相关寄存器来实现。

5.最后恢复被中断程序的运行环境，继续执行中断前的程序。

当然，对于不同的CPU体系结构，具体的寄存器操作自然就不同了。

对于S3C2440，寄存器SUBSRCPND和SRCPND表明有哪些中断被触发了，正在等待处理(pending)，INTSUMMSK和INTMSK寄存器用于屏蔽某些中断

基本中断处理过程如下：

中断源被触发过后，SUBSRCPND寄存器中的相应位会被置位，如果此中断没有被INTMSK寄存器屏蔽掉，它将会进一步处理。在SRCPND寄存器中，被触发的中断相应位被置1，等待处理。如果被触发的中断源中有FIQ，则CPU进入FIQ Mode进行处理。如果被触发的是一般的IRQ，可能同时有几个中断被触发，未被INTMSK寄存器屏蔽的中断经过比较，选出优先级最高的中断，此中断在INTPND寄存器中的相应位被置1，然后CPU进入IRQ Mode进行处理。中断服务程序可以通过读取INTPND寄存器或者INTOFFSET寄存器来确定中断源。

综上，使用中断的步骤如下：

1.设置好中断模式和快速中断模式下的栈。

2.准备好中断处理函数。包括异常向量表，ISR，清除中断。

清除中断的方法：

(1)操作具体外设清除中断信号。

(2)清除SUBSRCPND，SRCPND寄存器中的相应位。

(3)清除INTPND寄存器中的相应位。

3.进入和退出时需要对中断程序的运行环境进行保护和恢复。

(1)进入和退出IRQ的一般处理：

sub lr, lr, #4 @ 计算返回地址

stmdb sp!, { r0-r12,lr } @ 保存使用到的寄存器

……@中断处理

ldmia sp!, { r0-r12,pc }^ @ 中断返回, ^表示将spsr的值复制到cpsr

(2)进入和退出FIQ的一般处理：

sub lr, lr, #4 @ 计算返回地址

stmdb sp!, { r0-r7,lr } @ 保存使用到的寄存器

……@快速中断处理

ldmia sp!, { r0-r7,pc }^ @ 中断返回, ^表示将spsr的值复制到cpsr

4.根据具体中断，设置相关外设，比如对于GPIO中断，需要将相应引功能设置为“外部中断”，设置中断触发条件等等。

5.将INTSUBMSK寄存器相应位设为0，如果需要的话。

6.确定使用中断的方式：FIQ或者IRQ

7.如果是FIQ，则INTMOD寄存器中设置相应位为1；如果是IRQ，则在PRIORITY寄存器中设置优先级。

8.如果是IRQ，将INTMSK寄存器相应位设为0，FIQ不受INTMSK寄存器控制。

9.设置CPSR寄存器中的I位(IRQ)或者F位(FIQ)，全能IRQ或者FIQ。

中断控制寄存器：

(1)子中断源未决寄存器SUBSRCPND，地址：0x4A000018

(2)子中断屏蔽寄存器INTSUBMSK，地址：0x4A00001C

(3)中断源未决寄存器SRCPND，地址：0x4A000000

(4)中断屏蔽寄存器INTMSK，地址：0x4A000008

(5)中断模式寄存器INTMOD，地址：0x4A000004

(6)优先级寄存器PRIORITY，地址：0x4A00000C

(7)中断未决寄存器INTPND，地址：0x4A000010

(8)中断偏移寄存器INTOFFSET,地址：0x4A000014

各个寄存器的具体操作说明请参考S3C2440的datasheet。

三.KEY对应的中断连接

EINT19(GPG11)-------K1

EINT11(GPG3)-------K2

EINT2GPF2)-------K3

EINT0GPF0)-------K4

将这几个I/O口设置成外部中断功能。如果某个key按下时就产生中断，点亮对应的led。

四.按键中断实验代码

(1)初始化，设置中断模式、系统模式的栈，设置好中断处理函数

@******************************************************************************

@ File：head.S

@ 功能：初始化，设置中断模式、系统模式的栈，设置好中断处理函数

@******************************************************************************

.extern main

.text

.global _start

_start:

@******************************************************************************

@ 中断向量，本程序中，除Reset和HandleIRQ外，其它异常都没有使用

@******************************************************************************

b Reset

@ 0x04: 未定义指令中止模式的向量地址

HandleUndef:

b HandleUndef

@ 0x08: 管理模式的向量地址，通过SWI指令进入此模式

HandleSWI:

b HandleSWI

@ 0x0c: 指令预取终止导致的异常的向量地址

HandlePrefetchAbort:

b HandlePrefetchAbort

@ 0x10: 数据访问终止导致的异常的向量地址

HandleDataAbort:

b HandleDataAbort

@ 0x14: 保留

HandleNotUsed:

b HandleNotUsed

@ 0x18: 中断模式的向量地址

b HandleIRQ

@ 0x1c: 快中断模式的向量地址

HandleFIQ:

b HandleFIQ

Reset:

ldr sp, =4096 @ 设置栈指针，以下都是C函数，调用前需要设好栈

bl disable_watch_dog @ 关闭WATCHDOG，否则CPU会不断重启

msr cpsr_c, #0xd2 @ 进入中断模式，M[4:0]=10010 , [IFT]=110

ldr sp, =3072 @ 设置中断模式栈指针

msr cpsr_c, #0xdf @ 进入系统模式

ldr sp, =4096 @ 设置系统模式栈指针，

@ 其实复位之后，CPU就处于系统模式，

@ 前面的“ldr sp, =4096”完成同样的功能，此句可省略

bl init_led @ 初始化LED的GPIO管脚

bl init_irq @ 调用中断初始化函数，在init.c中

msr cpsr_c, #0x5f @ 设置I-bit=0，开IRQ中断,[IFT]=010

ldr lr, =halt_loop @ 设置返回地址

ldr pc, =main @ 调用main函数

halt_loop:

b halt_loop

HandleIRQ:

sub lr, lr, #4 @ 计算返回地址

stmdb sp!, { r0-r12,lr } @ 保存使用到的寄存器

@ 注意，此时的sp是中断模式的sp

@ 初始值是上面设置的3072

ldr lr, =int_return @ 设置调用ISR即EINT_Handle函数后的返回地址

ldr pc, =EINT_Handle @ 调用中断服务函数，在interrupt.c中

int_return:

ldmia sp!, { r0-r12,pc }^ @ 中断返回, ^表示将spsr的值复制到cpsr

(2)初始化，关闭watchdog,，初始化GPIO引脚为外部中断。

* init.c: 进行一些初始化

*/

#include "s3c24xx.h"

/*

* LED1-4对应GPB5、GPB6、GPB7、GPB8

*/

#define GPB5_out (1<

#define GPB6_out (1<

#define GPB7_out (1<

#define GPB8_out (1<

/*

* K1-K4对应GPG11、GPG3、GPF2、GPF0

*/

#define GPG11_eint (2<

#define GPG3_eint (2<

#define GPF2_eint (2<

#define GPF0_eint (2<

/*

* 关闭WATCHDOG，否则CPU会不断重启

*/

void disable_watch_dog(void)

{

WTCON = 0; // 关闭WATCHDOG很简单，往这个寄存器写0即可

}

void init_led(void)

{

GPBCON = GPB5_out | GPB6_out | GPB7_out | GPB8_out ;

}

/*

* 初始化GPIO引脚为外部中断

* GPIO引脚用作外部中断时，默认为低电平触发、IRQ方式(不用设置INTMOD)

*/

void init_irq( )

{

GPFCON = GPF0_eint | GPF2_eint;

GPGCON = GPG3_eint | GPG11_eint;

// 对于EINT11、19，需要在EINTMASK寄存器中使能它们

EINTMASK &= (~(1<<11)) & (~(1<<19));

/*

* 设定优先级：

* ARB_SEL0 = 00b, ARB_MODE0 = 0: REQ1 > REQ3，即EINT0 > EINT2

* 仲裁器1、6无需设置

* 最终：

* EINT0 > EINT2 > EINT11,EINT19，即K4 > K3 > K1,K2

* EINT11和EINT19的优先级相同

*/

PRIORITY = (PRIORITY & ((~0x01) | (0x3<<7))) | (0x0 << 7) ;

// EINT0、EINT2、EINT8_23使能

INTMSK &= (~(1<<0)) & (~(1<<2)) & (~(1<<5));

}

(3)真正的ISR

void EINT_Handle()

{

unsigned long oft = INTOFFSET;

unsigned long val;

switch( oft )

{

// K4被按下

case 0:

{

GPBDAT |= (0x0f<<5); // 所有LED熄灭

GPBDAT &= ~(1<<8); // LED4点亮

break;

}

// K3被按下

case 2:

{

GPBDAT |= (0x0f<<5); // 所有LED熄灭

GPBDAT &= ~(1<<7); // LED3点亮

break;

}

// K1或K2被按下

case 5:

{

GPBDAT |= (0x0f<<5); // 所有LED熄灭

// 需要进一步判断是K1还是K2，或是K1、K2被同时按下

val = EINTPEND;

if (val & (1<<11))

GPBDAT &= ~(1<<6); // K2被按下，LED2点亮

if (val & (1<<19))

GPBDAT &= ~(1<<5); // K1被按下，LED1点亮

break;

}

default:

break;

}

//清中断

if( oft == 5 )

EINTPEND = (1<<11) | (1<<19); // EINT8_23合用IRQ5

SRCPND = 1<

INTPND = 1<

}