ARM接口技术——中断控制器
作者：互联网
ARM中断的介绍
ARM中断
不同的处理器对中断的处理流程大体相同，但是具体的实现细节会差别。
ARM异常源
ARM中断也是异常的一种，ARM处理器有以下几种异常源：
- FIQ
- IRQ
- Reset
- Software Interrupt
- Data Abort
- Prefetch Abort
- Undefined Instruction
中断虽然是异常，但不完全是错误，异常也不是，而是为了完成某些功能的东西，只有Undefined Instruction异常是真正的系统错误。
这些在ARM异常机制也介绍过，这里主要介绍的是IRQ。
ARM中断执行过程
在ARM处理器中，CPU收到一个中断时，以IRQ为例，大概会执行以下过程：
- 修改状态寄存器CPSR从User模式切换到到IRQ模式；
- 把中断IRQ禁止位打开，防止再次接收IRQ中断信号（FIQ不禁止，FIQ中断信号可以打断IRQ中断程序）；
- 跳转到中断向量表IRQ的指令，该指令如果写了中断执行函数，再跳转到该代码段；
- 执行完之后再跳转回正常程序。
ARM中断产生的问题
在ARM处理器中，有上百个中断源，可能同时产生多个中断信号，会产生问题。
比如：
- 同样是产生IRQ的中断源有很多个，但是中断向量表的IRQ只有一条跳转指令，那么处理器不知道是谁产生的中断信号，该执行什么中断处理程序；
- 在处理器正在执行中断程序的时候，CPSR打开了IRQ禁止位，那么其它中断就会被忽略；
- Exynos4412芯片集成了4个同样的ARM cortex A9处理器，产生的中断应该让哪个处理器处理。
在复杂封装的ARM处理器芯片中还会产生一系列问题，这时候就需要一个中断控制器GIC，去统一管理外部产生的中断信号。
Exynos4412下的中断控制器GIC
中断控制器做了至少四件事：
- 接收外部设备产生的中断信号；
- 多个中断同时产生时，对中断信号挂起，并按照优先级依次发给CPU；
- 为每个中断选择一个CPU进行处理；
- CPU处理中断程序时，可以查询中断控制器获取中断信号是由哪个硬件产生的。
这样就解决了前面提到的几个问题，除此之外中断控制器还做了一系列管理中断的事情。
中断实验
中断实验分析
Exynos4412这种SOC要比单片机功能强大很多，相关的寄存器配置也及其复杂，SOC一般会安装一个操作系统，这些事情一般都由操作系统内核去调度。
这里裸机实验就一切从简，只实现基本的中断功能，对于设置中断类型、优先级和选择处理器等不做配置。
原理图：
外围电路原理图：按键Key2连接的引脚是UART_RING。
核心板原理图：所连接的是GPX1_1引脚，同时它是外部中断9的中断源：XEINT9。
中断相关寄存器的配置
Exynos4412中断机制比较复杂，有160个中断，分为三种中断类型：
我们使用的是SPI，提供的SPI类型中断有128个(0-127)。
1. 首先是中断源的配置，即引脚相关寄存器：
GPX1CON GPIO配置寄存器，GPX1CON[1]设为中断功能，0xF。
前面提到我们使用的是外部中断9，但是它使用的中断配置寄存器叫EXT_INT41，不知道三星公司为什么这样设计，但是它正好在寄存器列表的GPX相关寄存器下面。
EXT_INT41_CON 中断配置寄存器，EXT_INT41_CON[1]设为下降沿触发，0x2。
EXT_INT41_MASK 中断屏蔽寄存器，默认是打开屏蔽，需要关闭屏蔽使能中断功能，EXT_INT41_MASK[1]设为0。
EXT_INT41_PEND，挂起状态寄存器
EXT_INT41_PEND寄存器在该引脚产生中断时，会自动挂起变成1，在CPU处理了这个中断后，这个寄存器的值不会改变，会不断的发出中断信号，所以中断处理程序在处理完这个中断之后需要修改这个寄存器的值。
这个寄存器很特殊，写0的效果是变成1，写1变成0，所以中断处理程序需要写1，它会变成0。
至此中断源就配置好了，但是Exynos4412的CPU不直接去接收中断信号，而是通过一个中断控制器去管理中断，所以还需要配置一系列中断控制器的配置。
2. 中断控制器相关配置：
首先要找到这个中断源对应的中断号是多少。
中断表的中断号是第二列ID，第一列只是中断类型为SPI的编号。
...
ID: 141-68略
...
可以看到我们要使用的外部中断9的中断号是57，后面会用到。
ICDDCR寄存器
ICDDCR，整个中断控制器的总开关，让中断控制器能够接收外部的中断信号，必须要打开。ICDDCR = 1。
ICDISER_CPU
这组寄存器的作用是使能某个中断与CPU的接口（它的表述上是打开中断与CPU的接口，实际上只是打开中断与中断控制器的接口，真正与CPU交互的是中断控制器）。
Exynos4412有160个中断，每个寄存器是32位，所以可以控制32个中断，一共需要5个寄存器。
（但是它提供了8个寄存器，后面3个是与PPI和SGI相关寄存器，与SPI中断无关）
它的对应关系如下：
57号中断所在的寄存器地址偏移量为0x0104，结合上一张图0x0104对应的寄存器名为ICDISER1_CPU0，在三星提供的头文件中寄存器名是ICDISER1。
所以打开中断57与CPU0的接口就是设置 ICDISER1_CPU0[25]=1。
ICDIPTR_CPU
ICDIPTR_CPU寄存器设置用于告诉中断控制器这个中断该转发给哪个CPU。
它的数量很多对应关系比较复杂，直接给出结果：ICDIPTR14[15:8] = 0x01。
ICCICR_CPU
至此只是告诉中断控制器这个中断转发给哪个CPU，但是中断控制器与这个CPU之间的接口还没打开。
刚刚设置了要转发给CPU0，那么需要打开GIC与CPU0的接口：ICCICR_CPU0 = 1。
ICCEOIR
这个寄存器的作用是当中断处理程序执行完以后，CPU告诉GIC当前处理的中断号程序已经处理完，GIC如果还有挂起的中断，就可以发给CPU了。
在中断处理程序结束之前：ICCEOIR_CPU0 = 57（告诉GIC处理完57号中断）。
配置完以上寄存器就配置了以下功能：
- 打开中断控制器总开关
- 中断控制器对某个中断号的使能
- 配置某个中断发生后该发往哪个处理器
- 打开中断控制器与某个处理器直接的接口
3. 除此之外，还有其它一系列寄存器设置，前面也提到只实现基本的中断功能，所以其它寄存器就不做设置。
中断实验代码
C语言执行环境的修改：
中断实验需要修改中断向量表，另外一篇会介绍裸机实验的工程模板，还没写好，这里不作介绍。
启动汇编程序start.S（这里只需要关注7-14行和93-98行）:
1 .text
2 .global _start
3 _start:
4 /*
5 * Vector table
6 */
7 b reset
8 b .
9 b .
10 b .
11 b .
12 b .
13 b irq_handler
14 b .
15
16 reset:
17 /*
18 * Set vector address in CP15 VBAR register
19 */
20 ldr r0, =_start
21 mcr p15, 0, r0, c12, c0, 0 @Set VBAR
22
23 /*
24 * Set the cpu to SVC32 mode, Disable FIQ/IRQ
25 */
26 mrs r0, cpsr
27 bic r0, r0, #0x1f
28 orr r0, r0, #0xd3
29 msr cpsr ,r0
30
31 /*
32 * Defines access permissions for each coprocessor
33 */
34 mov r0, #0xfffffff
35 mcr p15, 0, r0, c1, c0, 2
36
37 /*
38 * Invalidate L1 I/D
39 */
40 mov r0, #0 @Set up for MCR
41 mcr p15, 0, r0, c8, c7, 0 @Invalidate TLBs
42 mcr p15, 0, r0, c7, c5, 0 @Invalidate icache
43
44 /*
45 * Set the FPEXC EN bit to enable the FPU
46 */
47 mov r3, #0x40000000
48 fmxr FPEXC, r3
49
50 /*
51 * Disable MMU stuff and caches
52 */
53 mrc p15, 0, r0, c1, c0, 0
54 bic r0, r0, #0x00002000 @Clear bits 13 (--V-)
55 bic r0, r0, #0x00000007 @Clear bits 2:0 (-CAM)
56 orr r0, r0, #0x00001000 @Set bit 12 (---I) Icache
57 orr r0, r0, #0x00000002 @Set bit 1 (--A-) Align
58 orr r0, r0, #0x00000800 @Set bit 11 (Z---) BTB
59 mcr p15, 0, r0, c1, c0, 0
60
61 /*
62 * Initialize stacks
63 */
64 init_stack:
65 /*svc mode stack*/
66 msr cpsr, #0xd3
67 ldr sp, _stack_svc_end
68
69 /*undef mode stack*/
70 msr cpsr, #0xdb
71 ldr sp, _stack_und_end
72
73 /*abort mode stack*/
74 msr cpsr,#0xd7
75 ldr sp,_stack_abt_end
76
77 /*irq mode stack*/
78 msr cpsr,#0xd2
79 ldr sp, _stack_irq_end
80
81 /*fiq mode stack*/
82 msr cpsr,#0xd1
83 ldr sp, _stack_fiq_end
84
85 /*user mode stack, enable FIQ/IRQ*/
86 msr cpsr,#0x10
87 ldr sp, _stack_usr_end
88
89 /*Call main*/
90 b main
91
92 /* IRQ的异常处理程序 */
93 irq_handler:
94 /* 因为产生IRQ异常时LR自动保存的是当前执行指令的下下条指令 */
95 sub lr,lr,#4 /* 修正LR位为中断前执行指令的下条指令 */
96 stmfd sp!,{r0-r12,lr} /* 压栈保护现场 */
97 bl do_irq /* 跳转到中断处理程序 */
98 ldmfd sp!,{r0-r12,pc}^ /* 出栈恢复现场，同时恢复中断之前的模式 */
99
100
101 _stack_svc_end:
102 .word stack_svc + 512
103 _stack_und_end:
104 .word stack_und + 512
105 _stack_abt_end:
106 .word stack_abt + 512
107 _stack_irq_end:
108 .word stack_irq + 512
109 _stack_fiq_end:
110 .word stack_fiq + 512
111 _stack_usr_end:
112 .word stack_usr + 512
113
114 .data
115 stack_svc:
116 .space 512
117 stack_und:
118 .space 512
119 stack_abt:
120 .space 512
121 stack_irq:
122 .space 512
123 stack_fiq:
124 .space 512
125 stack_usr:
126 .space 512
interface.c：
/*
* 按下K2，串口打印信息
* 按下K3，LED点亮，再按熄灭
* */
#include "exynos_4412.h"
void do_irq()
{
/* 从中断控制器中获取当前中断的中断号 */
unsigned int IrqNum = CPU0.ICCIAR & 0x3FF;
switch(IrqNum)
{
case 57:
printf("Key2 pressed\n"); /* 另一个文件实现的重定向到UART的printf */
EXT_INT41_PEND = (1<<1); /* 把中断控制器的挂起清除 */
/* 告诉中断控制器当前中断已经处理完成 */
/* 把当前中断的中断号写回中断控制器 */
CPU0.ICCEOIR = CPU0.ICCEOIR & (~0x3FF) | 57;
break;
case 58:
LED2_Turn();
EXT_INT41_PEND = (1<<2); /* 把中断控制器的挂起清除 */
/* 告诉中断控制器当前中断已经处理完成 */
/* 把当前中断的中断号写回中断控制器 */
CPU0.ICCEOIR = CPU0.ICCEOIR & (~0x3FF) | 58;
break;
default:
break;
}
}
void KEY2_INT_Init()
{
/* 外围层次 */
/* GPX1_1设为中断功能 */
GPX1.CON = GPX1.CON | (0xF<<4);
/* 下降沿触发 */
EXT_INT41_CON = EXT_INT41_CON & (~(0x7<<4)) | (0x2<<4);
/* 打开中断，写 0 Enable */
EXT_INT41_MASK = EXT_INT41_MASK & (~(0x1<<1));
/* SOC内层 中断控制器 */
/* 中断控制器全局使能，让中断控制器接收外部的中断信号 */
ICDDCR = ICDDCR | 1;
/* 中断控制器中使能57号中断 */
ICDISER.ICDISER1 = ICDISER.ICDISER1 | (1<<25);
/* 设置57号中断发给CPU0处理 */
ICDIPTR.ICDIPTR14 = ICDIPTR.ICDIPTR14 & (~(0xFF<<8)) | (0x01<<8);
/* 打开中断控制器与CPU0的接口 */
CPU0.ICCICR = CPU0.ICCICR | 1;
}
void KEY3_INT_Init()
{
/* 外围层次 */
/* GPX1_1 设为中断功能 */
GPX1.CON = GPX1.CON | (0xF<<8);
/* EXT_INT41_CON[2] 设为下降沿触发 */
EXT_INT41_CON = EXT_INT41_CON & (~(0x7<<8)) | (0x2<<8);
/* EXT_INT41_MASK[2] 打开中断，写 0 Enable */
EXT_INT41_MASK = EXT_INT41_MASK & ~(0x1<<2);
/* SOC内层 中断控制器 */
/* 中断控制器全局使能，让中断控制器接收外部的中断信号 */
ICDDCR = ICDDCR | 1;
/* 中断控制器中使能58号中断 */
ICDISER.ICDISER1 = ICDISER.ICDISER1 | (1<<26);
/* 设置58号中断发给CPU0处理 */
ICDIPTR.ICDIPTR14 = ICDIPTR.ICDIPTR14 & (~(0xFF<<16)) | (0x1<<16);
/* 打开中断控制器与CPU0的接口 */
CPU0.ICCICR = CPU0.ICCICR | 1;
}
void LED2_Init()
{
GPX2.CON = GPX2.CON & (~(0xF<<28)) | (0x1<<28);
}
void LED2_On()
{
GPX2.DAT |= (1<<7);
}
void LED2_Off()
{
GPX2.DAT &= (~(1<<7));
}
void LED2_Turn()
{
if(GPX2.DAT & (1<<7))/* 条件为真，则关掉LED */
LED2_Off();
else
LED2_On();
}
int main()
{
KEY2_INT_Init();
KEY3_INT_Init();
LED2_Init();
while(1);
return 0;
}
实验现象
按下K2，终端会打印信息: Key2 pressed。
按下K3，LED2会打开，再次按下LED2会熄灭。
标签：控制器,r0,接口技术,中断,CPU,ARM,寄存器,stack 来源： https://www.cnblogs.com/zjccc/p/16192125.html