ARM篇8--中断实验
一、前言
本篇使用华清远见的FS4412开发板，进行中断实验，知识包括CPU与硬件的交互方式、中断的原理、中断的实现，本篇通过中断信号的产生，中断信号的传递、中断程序的实现来对中断进行详细讲解。
二、准备工作
FS4412开发板，我用的是华清远见的FS4412开发板- ubuntu下linux操作系统（包含交叉编译工具）
serial-com8程序烧入执行工具- 开发板电路原理图、芯片手册
- 开发程序模板
开发板资料、交叉编译工具、程序烧入工具下载（包含教程）
开发板可选择到华清远见官网进行租赁。
工程模板文件下载
三、CPU与硬件的交互方式
轮询
CPU执行程序时不断地询问硬件是否需要其服务，若需要则给予其服务，若不需要一段时间后再次询问，周而复始中断
CPU执行程序时若硬件需要其服务，对应的硬件给CPU发送中断信号，CPU接收到中断信号后，将当前的程序暂停下来，转而去执行中断服务程序，执行完成后再返回到被打断的点继续执行DMA
硬件产生数据后，硬件控制器可将产生的数据直接写入到存储器中，整个过程无需CPU的参与
四、轮询方式实现按键实验
1、电路原图
2、按键的实现
在【Linux】ARM篇四–简单使用汇编点亮LED灯这篇文章中以讲述了GPIO寄存器，这里不在讲述，直接上代码，实验现象在文章最末。
/*
* @Author: 修成真
* @Date: 2022-04-22 18:55:45
* @LastEditTime: 2022-04-22 18:58:46
*/
#include "exynos_4412.h"
#define LED2_ON (GPX2.DAT |= (1 << 7)) //LED2亮
#define LED2_OFF GPX2.DAT &= (~(1 << 7)) //LED2灭
int main()
{
int i = 1;
/* 设置按键引脚为输入模式 */
GPX1.CON &= (~(0xF << 8));
/* 配置LED2的引脚为输出模式 */
GPX2.CON |= (0x1 << 28);
while(1)
{
/*不断检查按键是否按下，按键按下LED电平翻转*/
if(!(GPX1.DAT & (1 << 2)))
{
if(i % 2 == 1)
LED2_ON;
else
LED2_OFF;
while(!(GPX1.DAT & (1 << 2))); //等待手松开按键
i++;
}
else
{
}
}
return 0;
}
五、RAM中断实现原理
由外设硬件产生中断信号，中断信号经过中断控制器传递给CPU处理。
Exynos4412的外设硬件产生的中断被视为FIQ或者IRQ的异常信号Exynos4412总共160个中断，包括16个软件生成中断(SGIs)、16个私有外围中断(PPIs)和128个支持共享外围中断(spi)。Exynos4412有四个CPU处理器，下面中断实验统一将中断信号发送给CPU0
关于RAM的异常处理，在这篇文章中有详细讲解：【Linux】ARM篇二–寄存器组织与异常处理
六、GPIO中断
外设硬件中断的产生方式 可以通过控制相应寄存器产生，这里已GPIO外部引脚中断为例，配置中断的产生。
1、GPX1CON
按键k3是GPX1_2引脚,配置相应位，使引脚为中断模式。
2、EXT_INT41CON寄存器
功能：中断触发方式设置
40-GPX0, 41-GPX1, 42-GPX2, 43-GPX3
GPX1_2引脚对应的是EXT_INT41CON[2]，设置该四位为下降沿触发,（根据按键原理图，引脚接高电平，按键按下时，变为引脚电平变为低电平，所以为下降沿）。
3、EXT_INT41_MASK寄存器
功能：中断触发开关
40-GPX0, 41-GPX1, 42-GPX2, 43-GPX3
0：外设中断触发使能1：外设触发屏蔽
因此配置程序为：
/* 配置key2引脚为中断模式 */
GPX1.CON |= (0xF << 8);
/* 配置中断触发方式,下降沿触发 */
EXT_INT41_CON = EXT_INT41_CON & (~(0x7)) | (0x2 << 8);
/* 打开外设中断开关 */
EXT_INT41_MASK &= (~(1 << 2));
七、中断控制器
外设产生的中断信号需要通过中断控制器，才能将信号发送给CPU。
有人会问，为啥不直接把信号传递给CPU？
主要是中断控制器有这些功能：
- 多个中断同时产生时,可对这些中断挂起
排队，然后按照优先级依次发送给CPU处理 - 可以为每一个中断分配一个
优先级 - 一个中断正在处理时若又产生其它中断，可将新的中断挂起，待CPU空闲时再发送
- 可以为每一个中断选择一个CPU处理
- 可以为每一个中断选择一个
中断类型（FIQ或IRQ） CPU接收到中断信号后并不能区分是哪个外设产生的，此时CPU可查询中断控制器- 来获取当前的中断信号是由哪个硬件产生的，然后再进行对应的处理
可以打开或禁止每一个中断
可以在
（4412手册完整版）SEC_Exynos 4412 SCP_Users Manual_Ver.0.10.00_Preliminary，第749页，找到对应外设中断信号的ID
1、ICDDCR寄存器
功能：中断的总开关
0： 忽略外部所用中断1： 监控外部中断
2、ICDISER寄存器
功能：对应外设中断通道开关
0：关闭对应通道中断1：打开对应通道中断
一个寄存器只有32位，但是我们有160个中断，因此用了5个寄存器来分配相应的中断位。（根据中断ID号寻找对应的位）
3、ICDIPTR寄存器
功能：选择哪个CPU处理中断
- 只有寄存器只有
0-7控制，每一位控制一个寄存器的选择，因此可支持8个CPU处理（8核），对应着CPU0-CPU8 - 位
置1时，选择该位对应的寄存器处理中断，例如：值为0x3时，中断被发送到处理器0和处理器1。 - 一个寄存器可以控制4个外设中断的选择，有160中断，因此需要40个寄存器控制
对应表如下：
本实验中断控制器配置程序为：
/* 打开外设与中断处理器之间的通道开关 */
ICDDCR |= 1;
/* 打开对应外设通道中断开关 */
ICDISER.ICDISER1 |= (1 << 26);
/* 选择对应CPU处理中断 CPU0 */
ICDIPTR.ICDIPTR14 = ICDIPTR.ICDIPTR14 & (~(0xFF << 16)) | (0x01 << 16);
/* 打开中断处理器与CPU之间的通道开关 */
CPU0.ICCICR |= 1;
八、中断的实现
ARMCPU对中断的处理跟ARM本身对异常的相应有关，详情看【Linux】ARM篇二–寄存器组织与异常处理RAM异常响应部分。
因此根据异常响应原理，我们在启动文件中，改变和添加相应的代码：
相应代码：
//外部硬件中断处理
IRQ_handler:
/* 恢复跳转地址 */
SUB LR, LR, #4
/* 保存现场，将寄存器内的值进行压栈操作 */
STMFD sp!, {R0-R12, LR}
/* 跳转到中断执行函数 */
BL do_IRQ
/* 恢复到中断之前的状态,并跳转回中断之前的位置 */
LDMFD sp!, {R0-R12, PC}^
1、ICCIAR寄存器
功能：CPU向中断控制器中获得对应中断ID号
0~9位存放着中断ID号。
2、EXT_INT41_PEND寄存器
功能：中断信号进入中断控制器后，会将相应的挂起并将信号发给CPU，挂起状态需要手动清除，否则会不断将信号发送给CPU。
- 相应位
置1，清除挂起状态。
3、ICCEOIR寄存器
功能通知中断控制器CPU已经执行完中断
0~9位：写入中断ID。
因此，在interface.c里写中断执行函数：
void do_IRQ()
{
unsigned int interrupt_id = 0;
interrupt_id = CPU0.ICCIAR & 0x3FF; //获得中断id
switch(interrupt_id) //选择执行相应的外设中断
{
case 0:
break;
case 1:
break;
// ... ...
case 58:
flag++;
printf("%d\n", flag);
if(flag%2 == 1)
LED2_ON;
else
LED2_OFF;
/* 取消挂起状态,相应位置1 */
EXT_INT41_PEND = (1 << 2);
/* 通知中断控制器CPU已经执行完中断 */
CPU0.ICCEOIR = CPU0.ICCEOIR & (~0x3FF) | 58;
break;
// ... ...
case 159:
break;
default:
break;
}
}
九、完整代码与烧入
1、中断完整代码
#include "exynos_4412.h"
#define LED2_ON GPX2.DAT |= (1 << 7)
#define LED2_OFF GPX2.DAT &= (~(1 << 7))
#define LED3_ON GPX1.DAT |= (1 << 0)
#define LED3_OFF GPX1.DAT &= (~(1 << 0))
int flag = 0;
void delay(unsigned int i)
{
while(i--);
}
void do_IRQ()
{
unsigned int interrupt_id = 0;
interrupt_id = CPU0.ICCIAR & 0x3FF; //获得中断id
switch(interrupt_id) //选择执行相应的外设中断
{
case 0:
break;
case 1:
break;
// ... ...
case 58:
flag++;
printf("%d\n", flag);
if(flag%2 == 1)
LED2_ON;
else
LED2_OFF;
/* 取消挂起状态,相应位置1 */
EXT_INT41_PEND = (1 << 2);
/* 通知中断控制器CPU已经执行完中断 */
CPU0.ICCEOIR = CPU0.ICCEOIR & (~0x3FF) | 58;
break;
// ... ...
case 159:
break;
default:
break;
}
}
void key3_init()
{
//外设中断配置
/* 配置key2引脚为中断模式 */
GPX1.CON |= (0xF << 8);
/* 配置中断触发方式,下降沿触发 */
EXT_INT41_CON = EXT_INT41_CON & (~(0x7)) | (0x2 << 8);
/* 打开外设中断开关 */
EXT_INT41_MASK &= (~(1 << 2));
//中断处理器配置
/* 打开外设与中断处理器之间的通道开关 */
ICDDCR |= 1;
/* 打开对应外设通道中断开关 */
ICDISER.ICDISER1 |= (1 << 26);
/* 选择对应CPU处理中断 CPU0 */
ICDIPTR.ICDIPTR14 = ICDIPTR.ICDIPTR14 & (~(0xFF << 16)) | (0x01 << 16);
/* 打开中断处理器与CPU之间的通道开关 */
CPU0.ICCICR |= 1;
}
int main()
{
/* 配置LED2、LED3的引脚为输出模式 */
GPX2.CON |= (0x1 << 28);
GPX1.CON |= (0x1 << 0);
key3_init();
while(1)
{
LED3_ON;
delay(1000000);
LED3_OFF;
delay(1000000);
}
return 0;
}
2、程序烧入步骤
1.输入make生成.bin文件
2.将.bin文件复制到共享文件夹
①
②
③
输入：
cp ARM_LED.bin /mnt/hgfs/cca
将文件复制到cc文件夹
3.打开serial-com8，连接开发板（COM2接口），烧入程序
①查看端口
②打开serial-com8设置
③接通开发板电源，迅速按enter键，使其快速进入裸机模式。
④烧入程序
输入：
loadb 40008000
选择可执行文件烧入
烧入成功：
⑤执行程序
输入：
go 40008000
十、实验现象
1、轮询按键实验现象
2、中断按键实验现象
