DSP 54系列中断 [转帖] DSP, 转帖

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DSP 54系列中断

中断是嵌入式芯片的灵魂，这是因为多数嵌入式系统对实时性都有很高的要求，即对出现事件的响应要极为迅速。中断与软件查询方式相比有着更高的执行效率。在ＴＩ公司的ＴＭＳ３２０Ｃ５４ｘ系列（以下简称Ｃ５４ｘ系列）ＤＳＰ中，同样也提供了很好的中断机制。

１ Ｃ５４ｘ中的中断机制

中断信号实质上是由硬件或者是软件驱动的信号，它能使ＤＳＰ暂停正在执行的程序并进入中断服务程序（ＩＳＲ）。在最典型的ＤＳＰ系统中，如果Ａ／Ｄ转换器需要送数据到ＤＳＰ中，或者Ｄ／Ａ转换器需要从ＤＳＰ中取走数据，都是通过硬件中断向ＤＳＰ发出请求的。

Ｃ５４ｘ系列ＤＳＰ支持软件中断和硬件中断。软件中断是由指令（ＩＮＴＲ、ＴＲＡＰ、ＲＥＳＥＴ）触发的，硬件中断是由外围器件触发的。硬件中断实际上又分为两类：一类是由ＤＳＰ的片外外设（如Ａ／Ｄ转换器）触发的，另外一类是由ＤＳＰ的片内外设（如定时器中断）触发的。硬件中断又有优先级的区分，这是为了处理同一时刻有多个硬件中断源触发中断的情况。硬件中断的种类和优先级请参看具体使用的芯片资料。

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如果按照可屏蔽情况分类，中断又可分为可屏蔽中断（Ｃ５４ｘ至多支持１６个）和不可屏蔽中断。可屏蔽中断受ＳＴ１寄存器中的ＩＮＴＭ位和ＩＭＲ寄存器中相应位的影响。当ＩＮＴＭ＝０时，ＩＭＲ中某位为１，则开放相应的中断。其实，在Ｃ５４ｘ中硬件中断并不一定要由外围器件触发，它同样可以由指令ＩＮＴＲ、ＴＲＡＰ触发，并且不受ＩＮＴＭ的限制。有一点需要引起注意的是：指令ＲＥＳＥＴ复位和硬件ＲＳ复位对ＩＰＴＲ和外围电路初始化是不相同的。硬件复位时ＩＰＴＲ总是被置为０ｘ１ＦＦ，软件复位时则不会修改当前ＩＰＴＲ的值。Ｃ５４ｘ的中断处理过程分为三个阶段：

①中断请求。可以用硬件器件或者软件指令请求中断。如果请求的中断是可屏蔽中断，则ＩＦＲ寄存器中相应的位被置为１，而不管中断是否会被响应。

②中断响应。对于软件中断和不可屏蔽中断，ＣＰＵ是立即响应的。对于可屏蔽中断，要满足下列条件才能响应：

．优先级最高（同时出现多个中断时）

．ＩＮＴＭ位为０

．ＩＭＲ中相应位为１

ＣＰＵ在取到软件向量的第一个字后会产生ＩＡＣＫ信号，对可屏蔽中断而言，ＩＡＣＫ会清除ＩＦＲ中相应位。

③中断处理。保护特定的寄存器，执行中断服务程序，完成后恢复寄存器。保护寄存器的原则是执行中断服务程序后能正确返回并恢复原来运行程序的环境。

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ＤＳＰ中提供的中断是以中断向量表（ＶＥＣＴ）的形式出现的（见表１）。中断向量表的长度为１２８个字节，每个中断分配为４个字节，一共有３２个中断，具体的中断要看相应的芯片。Ｃ５４ｘ中断向量表的地址是由ＰＭＳＴ寄存器中的ＩＰＴＲ构成高９位地址形成的，所以向量表的地址必须是１２８的倍数。硬件复位时，ＩＰＴＲ总是默认置为０ｘ１ＦＦ，所以中断向量表地址为０ｘＦＦ８０。每个中断向量的地址按如下构成方法形成：ＰＣ＝(ＩＰＴＲ)＜＜７＋(Ｖｅｃｔｏｒ[n])＜＜２ （Ｖｅｃｔｏｒ[ｎ]为中断向量号，在０～３１之间），中断向量号左移两位是因为每个中断向量占用４个字节的缘故。中断向量表总是以汇编的形式出现的。

２ 扩展地址模式下的中断控制

早期的ＤＳＰ共有１９２Ｋ的空间（程序、数据和Ｉ／Ｏ空间各为６４Ｋ），随着ＤＳＰ处理能力越来越强，１９２Ｋ的空间已经不能满足需要。后来的Ｃ５４ｘ均提供了扩展地址模式，使程序空间扩展到８Ｍ。扩展模式下的中断控制有自己特殊的地方，有必要进行说明。

扩展模式下程序空间的寻址是通过寄存器ＰＣ和ＸＰＣ一同进行的。ＰＣ构成低１６位地址位，ＸＰＣ构成高７位地址位。所以保存和恢复ＸＰＣ是用户必须注意的。如果用户使用的是Ｆａｒ Ｃａｌｌ指令，则ＸＰＣ会自动保存和恢复。但在进行中断处理的时候，只有１６位的ＰＣ寄存器能够自动得到保存（这是由于考虑了非扩展模式下中断的效率问题），所以ＸＰＣ必须由用户自己来保存，否则在中断返回的时候往往会跳到不同的页面（由返回前后ＸＰＣ值的不同引起）造成不可预测的后果。程序如表１所示。

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由于必须在长跳转之前保存ＸＰＣ的值，没法使用延迟指令（如ＦＢＤ），所以中断时延会增加两个周期。

再来考虑另外一种情况：设程序运行在ＸＰＣ＝２的页面上，如果这个时候有中断发生并得到了ＣＰＵ的响应，ＤＳＰ会加载ＰＣ：ＰＣ＝(ＩＰＴＲ)＜＜７＋(Ｖｅｃｔｏｒ[ｎ])＜＜２，ＸＰＣ的值不发生变化，于是中断向量的地址为：０ｘ２００００＋０ｘＰＣ。这就明显地说明：中断向量表必须和应用程序在同一６４Ｋ的程序空间页面内。如果应用程序不是只分布在一个程序空间页面内，那应该如何处理呢？可分三种类型共四种技巧来应对这样的情况：（１．１）描述的是ＯＶＬＹ为任意的情况；(２．１)～(２．２)描述的是ＯＶＬＹ＝１的情况；（３．１）描述的是ＯＶＬＹ＝０的情况。

(１.１)有的应用中，一些程序一旦运行是不允许中断的。把不允许中断的程序部分放到扩展空间内，而把中断向量表和ＩＳＲ以及允许中断的程序部分都放在ＸＰＣ＝０的页面。当调用扩展空间的程序时关闭中断使能，而当扩展空间程序返回到ＸＰＣ＝０的页面时再开中断。这样做的好处是不用关注ＸＰＣ的值对中断向量寻址的影响。中断的时候也不需要保存ＸＰＣ的值。调用过程如图１所示，Ｙ表示需要关注ＸＰＣ的值，Ｎ表示不需要关注ＸＰＣ的值，数字表示调用顺序。

(２.１) ＤＳＰ中影响存储器映射的因素有三个：ＯＶＬＹ、ＤＲＯＭ和ＭＰ／ＭＣ。ＯＶＬＹ是Ｏｖｅｒｌａｙ的简写。当ＯＶＬＹ＝１时，数据空间里的一部分ＲＡＭ变为重叠区域（Ｏｖｅｒｌａｙ Ｍｅｍｏｒｙ）。这部分重叠区域同时映射在每一页程序空间的上部。具体示例如图２所示（ＭＰ／ＭＣ＝０，Ｃ５４１６）。

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可见ＯＶＬＹ＝１的时候，数据空间的ＤＡＲＡＭ０～３被映射到程序空间的每一页上。基于这样的特点，可以把中断向量表定位到数据空间的重叠区域ＤＡＲＡＭ０～３中，置ＯＶＬＹ为１。当有中断发生时，不管程序运行于ＤＳＰ的哪个程序页面空间，只用ＰＣ寻址都能够正确地取到中断向量表，而不会受ＸＰＣ的影响。中断程序ＩＳＲ可以放到任何一个程序页面中，但这时跳转到ＩＳＲ的指令只能用长跳转指令（ＦＢ等），跳转之前注意将ＸＰＣ压入堆栈，程序同表１。示意图如图３所示。

（２.２） 如果片内ＲＡＭ比较大，分给数据空间的ＲＡＭ也比较多（如Ｃ５４１６有６４Ｋ的ＲＡＭ可以作为数据空间），数据空间可能会有余量。这时可以把中断向量表和ＩＳＲ都全部放进数据空间的Ｏｖｅｒｌａｙ Ｍｅｍｏｒｙ区域，并把ＯＶＬＹ置１。这样不仅在任何程序页面空间都能够正确地取到中断向量表，同时用短跳转指令（ＢＤ等）就可以实现跳转到ＩＳＲ，不再需要对ＸＰＣ进行保存和还原。程序请参看表２。

（３.１） 在扩展模式下，虽然程序空间扩为８Ｍ，但如果ＯＶＬＹ＝１，则程序空间中存在大量的重叠区域，如Ｃ５４１６在ＯＶＬＹ＝１的情况下真正可用的程序空间最大为４．０３Ｍ。有的场合需要的程序空间大于４．０３Ｍ，就必须使用ＯＶＬＹ＝０的情况。这个时候程序空间不存在重叠区域，但可以模拟出来。方法是：把中断向量表拷贝到会发生中断的每一页程序空间，如图４所示。这样，中断的时候就能正确找到中断向量表而实现中断跳转。

比较上面的四种方法，方法（２.１）更为适应普遍的情况。它不限制ＩＳＲ的地址范围，而中断向量表只占０ｘ８０的空间，把它放到数据空间的重叠区域是很容易做到的。笔者正在做的项目正是采用了这种方法。

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３ ＤＳＰ／ＢＩＯＳ下中断的管理

ＤＳＰ／ＢＩＯＳ是ＴＩ近来推出的准实时操作系统，它同样支持扩展地址模式，只是需要将Ｇｌｏｂａｌ Ｓｅｔｔｉｎｇｓ中的函数调用模式设置为Ｆａｒ就可以了。需要强调的是：ＢＩＯＳ只支持ＯＶＬＹ＝１的扩展模式，而不支持ＯＶＬＹ＝０的扩展模式。扩展模式下在ＢＩＯＳ Ｃｏｄｅ中会多出一个段“．ｂｉｏｓ:．ｎｏｒｐｔｂ”，这个段会被自动放入Ｏｖｅｒｌａｙ Ｍｅｍｏｒｙ之中。ＢＩＯＳ管理的线程有四种类型：ＨＷＩ、ＳＷＩ、ＴＳＫ以及ＩＤＬ。上面所提到的所有中断属于优先级最高的ＨＷＩ线程。每个中断向量都是以ＨＷＩ模块的Ｏｂｊｅｃｔ形式存在，可以用ＢＩＯＳ下的Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ Ｔｏｏｌ来配置每个中断向量所触发的函数。在Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ Ｔｏｏｌ中，会发现Ｓｙｓｔｅｍ的ＭＥＭ模块下有一个名为ＶＥＣＴ的Ｏｂｊｅｃｔ，它实质上是用来给中断向量表分配存储空间的，用户可以自己配置中断向量表的地址（必须是１２８的倍数）。地址的分配方法可以参考上面提到的几种应对技巧。下面就ＢＩＯＳ下的中断做出几点说明：

．在Ｏｂｊｅｃｔ的属性框中填写中断函数名时，如果中断函数是由Ｃ语言编写的，则需要在函数名前加下划线（Ｃ语言和汇编语言相互调用的需要）。汇编语言则不需要。

．在编写中断函数的时候不能再用关键字ｉｎｔｅｒｒｕｐｔ来说明中断函数，因为ＢＩＯＳ已经自动包括了这个功能。如果再用ｉｎｔｅｒｒｕｐｔ，则会造成致命后果。

．如果中断函数是用汇编语言编写的，中断函数应夹在ＢＩＯＳ的ＡＰＩ ＨＷＩ＿ｅｎｔｅｒ和ＨＷＩ＿ｅｘｉｔ之间。这样，在中断处理的时候会正确保存和恢复一些需要使用的寄存器，并妥善处理线程间的关系以及中断函数中对ＢＩＯＳ ＡＰＩ的调用；如果中断函数是用Ｃ语言编写的，则必须使用ＨＷＩ Ｄｉｓｐａｔｃｈｅｒ属性，作用和前面是一样的。
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．在ＢＩＯＳ中的ＳＷＩ（软件中断）模块下，用户可以自己添加软件中断对象。但是必须从概念上分清楚，这里添加的软件中断和在前面提到的软件中断（即由ＩＮＴＲ、ＴＲＡＰ、ＲＥＳＥＴ触发的中断）是完全不同的概念。这里的软件中断并不属于中断向量表里的中断向量（显然中断的个数也不会存在限制），并且它可以带两个参数（前面的中断函数是不能带参数的）。所以从几个方面看这里的软件中断函数更象是通常意义上的一般函数。

在刚开始使用ＤＳＰ／ＢＩＯＳ的时候可能会觉得比较麻烦，需要理解的东西也很多。但当你熟悉了以后会发现，它能帮你节省不少时间去处理底层的东西，而使你将更多的精力放在算法的实现上。

本文全面介绍了Ｃ５４ｘ系列ＤＳＰ的中断机制，以及中断在使用过程中的一些技巧，阐述了整个中断的响应过程和一些比较容易出错的地方。希望通过共享使大家更快更好地掌握Ｃ５４ｘ的中断处理。