中断系统NVIC

LPC824的中断系统非常强大，要用好中断，就必须先了解LPC824的整个中断系统。下面来讨论一下NVIC中断系统。
在LPC8xx系列处理器中，有一个部分被称为“私有外设总线”（Private peripheral bus），它位于Memory map中地址为0xE0000000~0xE0100000的地方，包含有下表中的几个核心外设。

其中的NVIC（Nested Vectored Interrupt Contorller）就是中断系统，被称为“内嵌套向量中断控制器”。它与处理器内核紧密耦合，可实现低中断延迟及对新中断的有效处理。它具有以下特征：

拥有32路向量中断；每个中断的优先级均可编程设置为0~192（步长64），数值越小优先级越高，0级为最高优先级；支持电平和边沿触发中断；支持中断尾链；拥有一个外部不可屏蔽中断NMI。
NVIC所涉及到的寄存器如下表所示。

从表中可以看出，每个寄存器都是32位的结构，都具有可读可写的属性，复位值都为全0。其中ISER0寄存器是设置中断的使能，32位对应32路中断，值为1使能中断，值为0不使能中断。ICER0寄存器是设置中断的禁能，32位对应32路中断，值为1禁能中断，值为0不禁能。ISPR0寄存器是设置中断的挂起，32位对应32路中断，值为1挂起，值为0不挂起。ICPR0寄存器是清除中断的挂起，32位对应32路中断，值为1清除挂起，值为0不清除挂起。IPR0~7寄存器是设置中断优先级。

下面是NVIC寄存器组所对应的结构体形式（位于头文件core_cm0plus.h中）。

typedef struct
{
__IOM uint32_t ISER[1U];
        uint32_t RESERVED0[31U];
__IOM uint32_t ICER[1U];
        uint32_t RSERVED1[31U];
__IOM uint32_t ISPR[1U];
        uint32_t RESERVED2[31U];
__IOM uint32_t ICPR[1U];
        uint32_t RESERVED3[31U];
        uint32_t RESERVED4[64U];
__IOM uint32_t IP[8U];
} NVIC_Type;

因NVIC寄存器组的基址为0xE000E100，所以要将基址指针强制转换为上述结构体，还必须要加上下面的定义。

#define SCS_BASE            (0xE000E000UL)
#define NVIC_BASE           (SCS_BASE + 0x0100UL)
#define NVIC                ((NVIC_Type *) NVIC_BASE )

接下来给出的是上面NVIC32位寄存器所对应的32路中断向量的中断源。

为了能描述上面的32路中断源，在C语言中运用了枚举类型，代码如下所示（位于头文件lpc82x.h中）。

typedef enum {
/*---Cortex-M0PLUS Processor Exceptions Numbers---*/
Reset_IRQn                    = -15,
NonMaskableInt_IRQn           = -14,
HardFault_IRQn                = -13,
SVCall_IRQn                   = -5,
DebugMonitor_IRQn             = -4,
PendSV_IRQn                   = -2,
SysTick_IRQn                  = -1,
/*---LPC82x Specific Interrupt Numbers---*/
SPI0_IRQn                     =   0,
SPI1_IRQn                     =   1,
UART0_IRQn                    =   3,
UART1_IRQn                    =   4,
UART2_IRQn                    =   5,
I2C1_IRQn                     =   7,
I2C0_IRQn                     =   8,
SCT_IRQn                      =   9,
MRT_IRQn                      = 10,
CMP_IRQn                      = 11,
WDT_IRQn                      = 12,
BOD_IRQn                      = 13,
FLASH_IRQn                    = 14,
WKT_IRQn                      = 15,
ADC_SEQA_IRQn                 = 16,
ADC_SEQB_IRQn                 = 17,
ADC_THCMP_IRQn                = 18,
ADC_OVR_IRQn                  = 19,
DMA_IRQn                      = 20,
I2C2_IRQn                     = 21,
I2C3_IRQn                     = 22,
PIN_INT0_IRQn                 = 24,
PIN_INT1_IRQn                 = 25,
PIN_INT2_IRQn                 = 26,
PIN_INT3_IRQn                 = 27,
PIN_INT4_IRQn                 = 28,
PIN_INT5_IRQn                 = 29,
PIN_INT6_IRQn                 = 30,
PIN_INT7_IRQn                 = 31
} IRQn_Type;

从上述代码中可以看出，除了32路中断源外，还加入了编号为负数的、优先级更高的7个中断源。这里先不进行说明，在后面用到时再来讨论。定义好上述代码后，就可以来写中断所需要的函数了。下面就是依据CMSIS规范所定义的13个中断操作函数（位于头文件core_cm0plus.h中）。

1.允许某个中断
__STATIC_INLINE void __NVIC_EnableIRQ(IRQn_Type IRQn)
{
if ((int32_t)(IRQn) >= 0)
{
    NVIC->ISER[0U] = (uint32_t)(1UL << (((uint32_t)IRQn) & 0x1FUL));
}
}
2.读取某个中断的使能状态
__STATIC_INLINE uint32_t __NVIC_GetEnableIRQ(IRQn_Type IRQn)
{
if ((int32_t)(IRQn) >= 0)
{
    return((uint32_t)(((NVIC->ISER[0U] & (1UL << (((uint32_t)IRQn) & 0x1FUL))) != 0UL) ? 1UL : 0UL));
}
else
{
    return(0U);
}
}
3.禁止某个中断
__STATIC_INLINE void __NVIC_DisableIRQ(IRQn_Type IRQn)
{
if ((int32_t)(IRQn) >= 0)
{
    NVIC->ICER[0U] = (uint32_t)(1UL << (((uint32_t)IRQn) & 0x1FUL));
    __DSB();
    __ISB();
}
}
4.读取某个中断的挂起状态
__STATIC_INLINE uint32_t __NVIC_GetPendingIRQ(IRQn_Type IRQn)
{
if ((int32_t)(IRQn) >= 0)
{
    return((uint32_t)(((NVIC->ISPR[0U] & (1UL << (((uint32_t)IRQn) & 0x1FUL))) != 0UL) ? 1UL : 0UL));
}
else
{
    return(0U);
}
}
5.把某个中断的挂起状态设为1
__STATIC_INLINE void __NVIC_SetPendingIRQ(IRQn_Type IRQn)
{
if ((int32_t)(IRQn) >= 0)
{
    NVIC->ISPR[0U] = (uint32_t)(1UL << (((uint32_t)IRQn) & 0x1FUL));
}
}
6.把某个中断的挂起状态清为0
__STATIC_INLINE void __NVIC_ClearPendingIRQ(IRQn_Type IRQn)
{
if ((int32_t)(IRQn) >= 0)
{
    NVIC->ICPR[0U] = (uint32_t)(1UL << (((uint32_t)IRQn) & 0x1FUL));
}
}
7.把某个中断的可配置优先级设为1
__STATIC_INLINE void __NVIC_SetPriority(IRQn_Type IRQn, uint32_t priority)
{
if ((int32_t)(IRQn) >= 0)
{
    NVIC->IP[_IP_IDX(IRQn)] = ((uint32_t)(NVIC->IP[_IP_IDX(IRQn)] & ~(0xFFUL << _BIT_SHIFT(IRQn))) |
       (((priority << (8U - __NVIC_PRIO_BITS)) & (uint32_t)0xFFUL) << _BIT_SHIFT(IRQn)));
}
else
{
    SCB->SHP[_SHP_IDX(IRQn)] = ((uint32_t)(SCB->SHP[_SHP_IDX(IRQn)] & ~(0xFFUL << _BIT_SHIFT(IRQn))) |
       (((priority << (8U - __NVIC_PRIO_BITS)) & (uint32_t)0xFFUL) << _BIT_SHIFT(IRQn)));
}
}
8.读取某个中断的优先级
__STATIC_INLINE uint32_t __NVIC_GetPriority(IRQn_Type IRQn)
{
if ((int32_t)(IRQn) >= 0)
{
    return((uint32_t)(((NVIC->IP[ _IP_IDX(IRQn)] >> _BIT_SHIFT(IRQn) ) & (uint32_t)0xFFUL) >> (8U - __NVIC_PRIO_BITS)));
}
else
{
    return((uint32_t)(((SCB->SHP[_SHP_IDX(IRQn)] >> _BIT_SHIFT(IRQn) ) & (uint32_t)0xFFUL) >> (8U - __NVIC_PRIO_BITS)));
}
}
9.编码优先级
__STATIC_INLINE uint32_t NVIC_EncodePriority (uint32_t PriorityGroup, uint32_t PreemptPriority, uint32_t SubPriority)
{
uint32_t PriorityGroupTmp = (PriorityGroup & (uint32_t)0x07UL);
uint32_t PreemptPriorityBits;
uint32_t SubPriorityBits;
PreemptPriorityBits = ((7UL - PriorityGroupTmp) > (uint32_t)(__NVIC_PRIO_BITS)) ? (uint32_t)(__NVIC_PRIO_BITS) : (uint32_t)(7UL - PriorityGroupTmp);
SubPriorityBits     = ((PriorityGroupTmp + (uint32_t)(__NVIC_PRIO_BITS)) < (uint32_t)7UL) ? (uint32_t)0UL : (uint32_t)((PriorityGroupTmp - 7UL) + (uint32_t)(__NVIC_PRIO_BITS));
return (
           ((PreemptPriority & (uint32_t)((1UL << (PreemptPriorityBits)) - 1UL)) << SubPriorityBits) |
           ((SubPriority     & (uint32_t)((1UL << (SubPriorityBits    )) - 1UL)))
         );
}
10.解码优先级
__STATIC_INLINE void NVIC_DecodePriority (uint32_t Priority, uint32_t PriorityGroup, uint32_t* const pPreemptPriority, uint32_t* const pSubPriority)
{
uint32_t PriorityGroupTmp = (PriorityGroup & (uint32_t)0x07UL);
uint32_t PreemptPriorityBits;
uint32_t SubPriorityBits;
PreemptPriorityBits = ((7UL - PriorityGroupTmp) > (uint32_t)(__NVIC_PRIO_BITS)) ? (uint32_t)(__NVIC_PRIO_BITS) : (uint32_t)(7UL - PriorityGroupTmp);
SubPriorityBits     = ((PriorityGroupTmp + (uint32_t)(__NVIC_PRIO_BITS)) < (uint32_t)7UL) ? (uint32_t)0UL : (uint32_t)((PriorityGroupTmp - 7UL) + (uint32_t)(__NVIC_PRIO_BITS));
*pPreemptPriority = (Priority >> SubPriorityBits) & (uint32_t)((1UL << (PreemptPriorityBits)) - 1UL);
*pSubPriority     = (Priority                   ) & (uint32_t)((1UL << (SubPriorityBits    )) - 1UL);
}
11.设置中断向量
__STATIC_INLINE void __NVIC_SetVector(IRQn_Type IRQn, uint32_t vector)
{
#if defined (__VTOR_PRESENT) && (__VTOR_PRESENT == 1U)
uint32_t *vectors = (uint32_t *)SCB->VTOR;
#else
    uint32_t *vectors = (uint32_t *)0x0U;
#endif
vectors[(int32_t)IRQn + NVIC_USER_IRQ_OFFSET] = vector;
}
12.读取中断向量
__STATIC_INLINE uint32_t __NVIC_GetVector(IRQn_Type IRQn)
{
#if defined (__VTOR_PRESENT) && (__VTOR_PRESENT == 1U)
uint32_t *vectors = (uint32_t *)SCB->VTOR;
#else
uint32_t *vectors = (uint32_t *)0x0U;
#endif
return vectors[(int32_t)IRQn + NVIC_USER_IRQ_OFFSET];
}
13.复位NVIC
__NO_RETURN __STATIC_INLINE void __NVIC_SystemReset(void)
{
__DSB();
SCB->AIRCR = ((0x5FAUL << SCB_AIRCR_VECTKEY_Pos) | SCB_AIRCR_SYSRESETREQ_Msk);
__DSB();
for(;;)
{
    __NOP();
}
}

在上述函数中有几点要说明一下，一是数组的引用其取值只能是0（即第一个元素），这是因为在结构体定义中只定义了一个数组元素，且由于需要利用数组的地址连续性来对映CPU物理地址，所以也不能将其定义为一个普通变量；二是关键字“__STATIC_INLINE”在头文件cmsis_armcc.h中已做了宏定义“#define __STATIC_INLINE static __inline”，__inline是通知编译器其后面的函数为内联形式；三是中断源IRQn要与0x1F“与”一下，是为了屏蔽高27位的值，因为中断源的最大值只到31，所以只用了32位中的低5位（31的二进制是11111，十六进制是0x1F）；四是在函数的参数中，由于引入了枚举类型，所以可以在调用函数的时候，在参数部分可直接使用枚举中的名称，这样就可以省去记忆32个中断源在32位寄存器中的对应位置，便于书写和阅读。例如，要开启端口0的外部中断，执行程序“NVIC_EnableIRQ(PIN_INT0_IRQn)”即可。
上述就是LPC824中的整个中断系统，即“内嵌套向量中断控制器”。可以看出，它控制着整个处理器32路中断源的使能与挂起等13个动作，功能确实非常强大。

posted @ 2020-06-15 14:21 fxzq 阅读(1548) 评论(0) 编辑收藏举报

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