K U R S
Mikrokontrolery z rdzeniem ARM,
część 14
System przerwań
Bieżący stan układu ARM7TDMI, zapoznamy się z budową krokontrolerów ARM7TDMI S sprawa
kontrolera przerwań VIC (Vectorized jest prostsza, ponieważ wywołanie
peryferyjnego mikrokontrolera
Interrupt Controller) oraz sposobem przerwania programowego (instrukcja
można określić poprzez
obsługi przerwań zewnętrznych. Za- SWI) powoduje wygenerowanie wy-
odczytanie odpowiedniego
poznamy się także z mechanizmem jątku software interrupt i skok pod
rejestru SFR (tą metodą
generowania przerwań programowych niezmienny adres 0x00000008. Dodat-
posługiwaliśmy się w poprzednio z wykorzystaniem instrukcji SWI. kowo w momencie zgłoszenia wyjątku
zmieniany jest tryb ochrony z bieżą-
opisywanych przez nas
Przerwania programowe cego na supervisor. W związku z tym,
przykładach). Taka metoda jest
W systemach mikroprocesorowych podczas normalnego wykonania pro-
dobra tylko wtedy, gdy nie
idea przerwań programowych polega gramu mikroprocesor może pracować
zależy nam na szybkiej reakcji
na przerwaniu wykonania bieżącego w bezpiecznym trybie użytkownika,
na zdarzenie. W przypadku,
programu w momencie napotkania spe- a w momencie potrzeby wykonania
cjalnej instrukcji i skok pod odpowied- jakiejś funkcji systemowej procedura
gdy wymagana jest szybka
ni wektor przerwania, tak jakby było przerwania systemowego ma dostęp
odpowiedz
, mikrokontroler
to przerwanie generowane sprzętowo. do wszystkich zasobów. Wywołanie
musiałby cały czas cyklicznie
Czytelnikom może się wydać bezcelo- instrukcji przerwania programowego
badać stan rejestru SFR w celu
we wprowadzanie specjalnej instrukcji jest jedynym możliwym sposobem
wykrycia zdarzenia i nie mógłby
przerywającej, ponieważ do złudzenia na przejście z trybu użytkownika do
przypomina ona zwykłe wywołanie trybu uprzywilejowanego. Na rys. 30
w tym czasie robić nic innego.
CALL, czyli skok do podprogramu. przedstawiono sposób interpretacji in-
Z tych właśnie względów
Działanie to polega na zapamiętaniu strukcji SWI przez rdzeń ARM7.
wszystkie mikrokontrolery są
na stosie lub w odpowiednim rejestrze Bity 31...28  jak zwykle  za-
wyposażone w mechanizm
adresu bieżącej instrukcji, a następnie wierają kod warunkowy instrukcji,
przerwań.
kontynuację wykonywania programu bity 27...24 zawierają właściwy kod
od adresu będącego argumentem in- instrukcji SWI (1111b), natomiast po-
W momencie, gdy nastąpi ja- strukcji. Jest to zasadnicza wada tego zostałe bity (23& 0) mogą być wy-
kieś zdarzenie (np. odebranie znaku mechanizmu, ponieważ musimy znać korzystane przez procedurę obsługi
poprzez port szeregowy), wówczas dokładny adres skoku. Na przykład, wyjątku do określenia podprogramu,
zgłaszane jest przerwanie informu- chcąc wywołać jakąś funkcję systemu jaki ma zostać wykonany w zależno-
jące o tym mikrokontroler. W wyni- operacyjnego musielibyśmy dokładnie ści od tego, jaką liczbę zawierają bity
ku, tego przerywane jest wykonanie wiedzieć, że znajduje się ona pod (23...0). Na przykład wpisanie instruk-
bieżącego programu i następuje skok konkretnym adresem w pamięci. Wia- cji SWI #8 spowoduje umieszczenie
do podprogramu obsługi zdarzenia. domo, że z czasem oprogramowanie w bitach (23.0) rozkazu wartości 8.
Po zakończeniu mikrokontroler wraca takie jak system operacyjny ewoluuje, Aby program obsługi wyjątku mógł
do wykonania programu w miejscu, w efekcie czego nie da się zagwaran- określić numer przerwania, musi od-
w którym został on przerwany. W pro- tować, że konkretna procedura będzie czytać z pamięci programu instrukcję
stych mikrokontrolerach 8 bitowych znajdować się pod tym samym adre- SWI, a następnie wyciągnąć z niej ar-
na przykład 8051 działanie przerwań sem, gdyż prowadziłoby to do dużego gument znajdujący się w bitach 23...0.
było bardzo proste, mianowicie wystą- marnotrawstwa pamięci. Aby zapobiec W momencie wystąpienia wyjątku,
pienie jakiegoś zdarzenia powodowało bałaganowi w tej kwestii, w systemach do licznika rozkazów wpisywany jest
skok pod konkretny adres w pamięci. mikroprocesorowych wprowadzono in- wektor przerwania SWI (0x00000008)
System przerwań mikrokontrolerów strukcję przerwań programowych, któ- oraz do rejestru LR wpisywana jest
LPC213x/214x jest zdecydowanie bar- rej wywołanie z danym argumentem zawartość licznika rozkazów, tak więc
dziej skomplikowany z uwagi na to, gwarantuje przekazanie sterowania odejmując od licznika rozkazów licz-
że sam rdzeń mikrokontrolera posiada programu zawsze pod ten sam adres bę 4 otrzymamy adres instrukcji SWI.
tylko dwie linie wejść przerywających w pamięci. W efekcie tego, niezależnie W wyniku odczytania danych spod
(IRQ oraz FIQ), dlatego konieczne sta- od wersji systemu operacyjnego oraz tego adresu otrzymamy kod instruk-
ło się wprowadzenie kontrolera prze- zmian w mapie pamięci, będziemy cji SWI, a w wyniku zamaskowania 8
rwań, podobnie jak ma to miejsce mogli zagwarantować jednolity inter- najstarszych bitów otrzymamy numer
w komputerach klasy PC. fejs wywołań systemowych. W mi- przerwania SWI. Niektóre kompilatory
W bieżącym odcinku zapoznamy kroprocesorach x86 przerwanie pro- wspierają bezpośrednio obsługę me-
się z działaniem systemu przerwań gramowe jest generowane instrukcją
w mikrokontrolerach LPC213x. Przypo- INT, której wywołanie powoduje skok
mnimy podstawowe wiadomości doty- pod adres, znajdujący się w tablicy
czące obsługi przerwań poprzez rdzeń wektorów przerwań. W przypadku mi- Rys 30. Budowa instrukcji SWI
Elektronika Praktyczna 1/2007
107
K U R S
chanizmu przerwań programowych, List. 3.
#include  lpc213x.h
natomiast w przypadku używanego
przez nas kompilatora GCC cała ob- //Definicja LEDOW
#define LEDS (0xFF<<16)
sługa spoczywa na programiście. Je-
#define LEDDIR IO1DIR
żeli chcemy przekazywać dodatkowe #define LEDSET IO1SET
#define LEDCLR IO1CLR
parametry do procedury obsługi dane-
go wątku, możemy to zrobić za po- //Deklaracja funkcji przerwania SWI
extern  C void SwiIntHandler(void) __attribute__ ((interrupt( SWI )));
średnictwem wartości przekazywanych
//Funkcja przerwania SWI
void SwiIntHandler(void)
do dowolnych rejestrów, a następ-
{
nie w procedurze obsługi przerwania
//Rejestr R14 4 zawiera adres instrukcji SWI
register unsigned int* link_ptr asm ( r14 );
programowego możemy odczytać ich
//Rejestr R0 zawiera parametr przekazany do SWI
zawartość. Aby poznać sposób reali- register unsigned int param asm ( r0 );
param &= 0xff;
zacji przerwań programowych, napi-
param <<= 16;
szemy prosty program (plik ep6a.zip switch(*(link_ptr 1) & 0x00FFFFFF)
{
na CD EP1/2007B), który za pomocą
//Zalacz Ledy (SWI #1)
case 0x01:
przerwania SWI będzie włączał oraz
LEDSET = param;
wyłączał diody LED znajdujące się na
break;
//Wylacz Ledy (SWI #2)
płytce ZL6ARM. Do działania progra-
case 0x02:
mu musimy zmodyfikować zawartość
LEDCLR = param;
break;
pliku startowego boot.s Pierwsza mo-
}
dyfikacja polega na przydzieleniu kil- }
kudziesięciu bajtów na obszar stosu
//Funkcja wlaczajaca LEDY poprzez SWI
dla trybu supervisor: static inline void SwiLedOn(unsigned int LedSt)
{
.equ SVC_Stack_Size,
asm volatile
(
0x00000020
 mov r0,%[ledon]\n
Kolejną zmianą, jakiej musimy do-
 swi #1\n
::[ledon] r (LedSt): r0
konać, to ustawienie adresu funkcji
);
obsługi wyjątku przerwania programo- }
wego:
//Funkcja wylaczajaca LEDY poprzez SWI
SWI_Addr: .word static inline void SwiLedOff(unsigned int LedSt)
{
SwiIntHandler
asm volatile
Program przestawiono na list. 3. (
 mov r0,%[ledon]\n
Procedura obsługi wyjątku ma
 swi #2\n
::[ledon] r (LedSt): r0
taką samą nazwę jak ta, która jest
);
przypisana w pliku boot.s. Została ona
}
zadeklarowana jako extern  C przez
co kompilator C++ nie zmienia na- /* Funkcja glowna main */
int main(void)
zwy tej funkcji oraz z modyfikato-
{
rem __attribute__ ((interrupt( SWI ))), //Ledy jako wyjscie
LEDDIR |= LEDS;
co informuje kompilator, że jest to
//Petla nieskonczona
while(1)
funkcja obsługi wyjątku przerwania
{
programowego. W przypadku, gdyby
//Wlacz D7,D4,D1,D0
SwiLedOn(0x93);
została ona zadeklarowana jako zwy-
//Czekaj
kła funkcja, mikroprocesor zwyczaj-
for(int i=0;i<2000000;i++);
//Wylacz D7,D4,D1,D0
nie by się zawiesił, ponieważ inna
SwiLedOff(0x93);
jest funkcja wyjścia kończąca obsługę
//Czekaj
for(int i=0;i<2000000;i++);
wyjątku SWI, o czym była mowa we
}
wcześniejszej części kursu. W proce- return 0;
}
durze obsługi wyjątku posłużono się
bardzo ciekawą właściwością kom-
pilatora, umożliwiającą przypisanie w którym przekazujemy maskę bito- Zapalanie i gaszenie diod LED za
zmiennej lokalnej do określonego re- wą diod, miało na celu pokazanie pośrednictwem przerwań programo-
jestru. W naszym przypadku zmien- sposobu przekazywania dodatkowych wych jest oczywiście lekką przesadą,
nej link_ptr przypisano rejestr LR parametrów do procedur przerwań ponieważ powinny być one wykorzy-
(R14), tak więc wykonując instrukcję programowych. Działanie funkcji stywane jako funkcję obsługi systemu
switch (*(link_ptr 1) & 0x00FFFFFF) SwiLedOn/SwiLedOff polega na prze- operacyjnego, ale przykład ten ma
możemy określić numer przerwania pisaniu do rejestru R0 maski bito- pokazać sposób, w jaki można z nich
programowego, jakie spowodowało wej diod oraz wywołania przerwa- korzystać we własnych aplikacjach.
wyjątek. W naszym przypadku prze- nia programowego SWI #1/SWI #2. Jako ciekawe zastosowanie nasuwa
rwanie SWI #1 włącza LED y, któ- Działanie programu głównego opie- mi się tutaj wykorzystanie przerwań
rych maska bitowa przekazana jest ra się na cyklicznym wywoływaniu SWI do konfiguracji systemu prze-
w rejestrze R0, natomiast przerwanie funkcji SwiLedOn/SwiLedOff, co po- rwań zewnętrznych mikrokontrolera
programowe SWI #2 wyłącza je. woduje błyskanie diod D7, D4, D1, LPC21xx. W pliku startowym boot.s
Użycie dodatkowego rejestru (R0), D0 na płytce uruchomieniowej. należy ustawić procesor w tryb użyt-
Elektronika Praktyczna 1/2007
108
K U R S
Tab. 19. Podłączenie poszczególnych kanałów
w uprzywilejowanym trybie podłączenie więcej niż jednego kana-
kontrolera VIC do układów peryferyjnych
ochrony. łu do linii FIQ. Wówczas jakiekol-
Nr Urządze-
wiek przerwanie na jednej z tych linii
Zgłaszane przerwania
kanału nie
Przerwania sprzętowe spowoduje zgłoszenie przerwania FIQ.
#0 WDT Przerwanie WATCHDOG
 kontroler przerwań Określenie, który kanał zgłosił prze-
Zarezerwowane dla przerwań progra-
VIC rwanie jest możliwe poprzez zbadanie
#1 -
mowych
Jak wiemy z poprzednich zawartości rejestru VICFIQStatus
Rdzeń
#2 Embedded ICE (RX) odcinków kursu, rdzeń AR- (0xFFFFF004). Jeżeli dana linia prze-
ARM
M7TDMI S posiada tylko rwania została zakwalifikowana jako
Rdzeń
#3 Embedded ICE (TX)
dwa wejścia przerwań ze- FIQ i przerwanie od tej linii zostało
ARM
wnętrznych FIQ oraz IRQ. zgłoszone, wówczas ustawiany jest bit
Match (0& 3)
#4 TIMER0
Przerwanie FIQ jest przerwa- odpowiadający numerowi kanału prze-
Capture (0& 3)
niem szybkim o najwyższym rwania. Jak wiadomo określenie kana-
Match (0& 3)
#5 TIMER1
Capture (0& 3)
priorytecie i najkrótszym łu zgłaszającego przerwanie i podję-
Status linii (RLS)
czasie reakcji, powinno być cie stosownej reakcji zajmuje pewien
Rejestr nadajnika pusty (THRE)
one wykorzystywane do pi- czas, dlatego generalnie nie powinni-
#6 UART0
Odebrane dane są dostępne (RDA)
sania czasowo krytycznych śmy przypisywać do linii FIQ więcej
Przeterminowanie odebrania znaku (CTI)
procedur obsługi przerwań. niż jednego przerwania. Jeżeli oczywi-
Status linii (RLS)
Natomiast przerwanie IRQ ście chcemy, aby przerwanie to było
Rejestr nadajnika pusty (THRE)
powinniśmy wykorzystywać wykorzystywane zgodnie z przeznacze-
#7 UART1 Odebrane dane są dostępne (RDA)
Przeterminowanie odebrania znaku (CTI)
do obsługi przerwań, które niem, czyli jako przerwanie szybkie.
Przerwanie status modemu (MSI)
nie wymagają czasowo kry- Aby przerwanie FIQ zostało zgłoszone,
#8 PWM0 Match (0& 6)
tycznej reakcji. Przerwania musimy w rejestrze VICIntEnable
obsługi są jednopoziomo- (0xFFFFF010) ustawić bit odpo-
#9 I2C Zmiana stanu (SI)
we i w momencie wejścia wiadający numerowi kanału prze-
Przerwanie SPI (SPIF)
#10 SPI0
Mode Fault (MODF) do procedury obsługi nie rwania. Zapis 1 na odpowiednim
FIFO nadajnika w połowie puste może być zgłoszone kolejne bicie danego rejestru spowoduje, że
(TXRIS)
przerwanie tej samej katego- dane przerwanie będzie zgłaszane,
SPI1 FIFO odbiornika w połowie pełne
#11 rii. Przerwanie szybkie FIQ natomiast wpisanie 0 nie przynosi
(SSP) (RXRIS)
może natomiast przerwać żadnego efektu. Do kasowania ze-
Przeterminowanie odbioru (RTRIS)
działanie procedury obsługi zwolenia na przerwanie danego ka-
Nadpisany bufor odbiornika (RORRIS)
przerwania IRQ. Ponieważ nału służy rejestr VICIntEnClear
#12 PLL PLL Lock (PLOCK)
dwie linie obsługi przerwań (0xFFFFF014). Wpisanie do niego
Zwiększenie licznika (RTCCIF)
#13 RTC
Alarm (RTCALF) to zdecydowanie za mało jedynki na odpowiednim bicie spo-
#14 System Przerwanie zewnętrzne 0 (EINT0) mikrokontrolery LPC21xx zo- woduje wyłączenie danej linii prze-
#15 System Przerwanie zewnętrzne 1 (EINT1) stały wyposażone w wektory- rwania, natomiast wpisanie zera nie
#16 System Przerwanie zewnętrzne 2 (EINT2) zowany kontroler przerwań przynosi żadnego efektu. Ponadto
#17 System Przerwanie zewnętrzne 3 (EINT3) VIC. Sposób połączenia kon- musimy pamiętać, że aby przerwa-
trolera przerwań z rdzeniem nie FIQ zostało w ogóle zgłoszone,
#18 ADC0 Zakończona konwersja przetwornika
ARM7 przedstawiono na musi być ono odblokowane w jedno-
#19 I2C1 Zmiana stanu (SI)
rys. 31. stce centralnej. W momencie wystą-
#20 BOD Wykryto zanik napięcia zasilającego
W tab. 19 przedstawiono pienia przerwania FIQ, mikrokontroler
Zakończona konwersja przetwornika
#21 ADC1
ADC1
podłączenie poszczególnych skacze pod adres 0x0000001C, pod
kanałów kontrolera VIC do który musimy wpisać skok do odpo-
kownika, wówczas tylko wywołanie układów peryferyjnych. wiedniej procedury obsługi przerwa-
SWI z odpowiednim parametrem bę- nia FIQ. Przed zakończeniem obsługi
dzie umożliwiało zmianę ustawień Przerwania FIQ przerwania, którego epilog jest wypeł-
systemu przerwań, co w istotny spo- Kontroler przerwań umożliwia niany przez kompilator C/C++ mu-
sób może podnieść bezpieczeństwo skonfigurowanie każdej z 32 linii tak, simy pamiętać, aby wyzerować flagę
działania systemu. Wektoryzowany aby sygnał aktywny na danej linii zgłoszenia przerwania w zgłaszającym
kontroler przerwań (VIC) można skon- generował przerwanie szybkie FIQ. urządzeniu peryferyjnym. Gdy o tym
figurować tak, aby odwołanie do re- Można tego dokonać poprzez usta- zapomnimy, wówczas dane przerwa-
jestrów kontrolera było możliwe tylko wienie bitu odpowiadającego numero- nie będzie zgłaszane bez przerwy. Ge-
wi kanału w rejestrze VICIntSelect neralnie w mikrokontrolerach LPC21xx
(0xFFFFF00C). Ustawienie odpo- kasowanie flag przerwań odbywa się
wiedniego bitu spowoduje, że dane poprzez wpisanie jedynki w rejestrze
przerwanie będzie zgłaszane jako FIQ, przerwań wybranego urządzenia pery-
natomiast jego wyzerowanie spowo- feryjnego, a nie jak w innych mikro-
duje, że wybrane przerwanie będzie kontrolerach gdzie wpisanie 0 kaso-
zgłaszane jako IRQ. Na przykład, je- wało wybraną flagę zgłoszenia prze-
żeli chcemy, aby przerwanie od portu rwania.
UART0 (kanał #6) było zgłaszane jako Lucjan Bryndza, EP
Rys. 31. Dołączenie kontrolera prze- FIQ, musimy ustawić bit 6 w rejestrze [e-mail]
rwań do rdzenia ARM7 VICIntSelect. Kontroler VIC umożliwia
Elektronika Praktyczna 1/2007
109