十四、s3c2440裸机—中断控制器

14.1 中断体系

  • ARM 体系的CPU 有 7 种工作模式
    • 用户模式（usr）：ARM 处理器正常的程序执行状态
    • 快速中断模式（fiq）：用于高速数据传输或通道处理
    • 中断模式（irq）：用户通用的中断处理　　
    • 管理模式（svc）：操作系统使用的保护模式
    • 数据访问终止模式（abt）：当数据或指令预取终止时进入该模式，可用于虚拟存储及存储保护
    • 系统模式（sys）：运行具有特权的操作系统任务
    • 未定义指令中止模式（und）：当未定义的指令执行时进入该模式，可用于支持硬件协处理器的软件仿真

　　可通过软件来进行模式切换，或者发生各类中断、异常时CPU自动进入相应的模式。除用户模式外，其他6种工作模式都属于特权模式，

  • ARM体系的CPU有以下两种工作状态
    • ARM 状态：此时处理器执行 32 位的字对齐的 ARM 指令
    • Thumb 状态：此时处理器执行 16 位的、半字对齐的  Thumb  指令　　

　　ARM920T 有 31 个通用的 32 位寄存器和 6 个程序状态寄存器。这37个寄存器分位7组，进入某个工作模式就使用哪组寄存器。在ARM状态下，每种工作模式都有16个通用寄存器和1个（或2个，取决于工作模式）程序寄存器。如下图：

　　

14.1.1 CPSR 寄存器

　　CPSR 寄存器称为 当前程序状态寄存器

31 30 29 28     27 ~ 8   7 6 5 4 3 2 1 0
N Z C V 保留 I F T M4 M3 M2 M1 M0
                                   
N Negative/Less Than           I   IRQ disable
Z Zero                   F   FIQ disable
C Carry/Borrow/Extend           T   State bit  
V Overflow                 M0~4 Mode bits  

 

 

 

 

 

（1）条件码标志

  　　N、Z、C、V均为条件码标志位。它们的内容可被算术或逻辑运算的结果所改变，并且可以决定某条指令是否被执行。条件码标志各位的具体含义如下表所示：

标志位 含                                义
N 当用两个补码表示的带符号数进行运算时，N=1表示运算的结果为负数；N=0表示运算的结果为正数或零
Z Z=1表示运算的结果为零，Z=0表示运算的结果非零。
C 可以有4种方法设置C的值：
 -加法运算（包括CMP）：当运算结果产生了进位时（无符号数溢出），C=1，否则C=0。
 -减法运算（包括CMP）：当运算时产生了借位时（无符号数溢出），C=0，否则C=1。
 -对于包含移位操作的非加/减运算指令，C为移出值的最后一位。
 -对于其它的非加/减运算指令，C的值通常不会改变。
V 可以有2种方法设置V的值：
 -对于加减法运算指令，当操作数和运算结果为二进制的补码表示的带符号数时，V=1表示符号位溢出
 -对于其它的非加/减运算指令，V的值通常不会改变。
Q 在ARM V5及以上版本的E系列处理器中，用Q标志位指示增强的DSP运算指令是否发生了溢出。在其它版本的处理器中，Q标志位无定义

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

　　在ARM状态下，绝大多数的指令都是有条件执行的；在THUMB状态下，仅有分支指令是条件执行的。

（2） 控制位

  　　CPSR的低8位（包括I、F、T和M[4：0]）称为控制位，当发生异常时这些位可以被改变。如果处理器运行于特权模式时，这些位也可以由程序修改。

  •   中断禁止位I、F：置1时，禁止IRQ中断和FIQ中断。
  •   T标志位：该位反映处理器的运行状态。当该位为1时，程序运行于THUMB状态，否则运行于ARM状态。该信号反映在外部引脚TBIT上。在程序中不得修改CPSR中的TBIT位，否则处理器工作状态不能确定。
  •   运行模式位M[4：0]：这几位是模式位，这些位决定了处理器的运行模式。具体含义如下表所示：
  •   保留位：CPSR中的其余位为保留位，当改变CPSR中的条件码标志位或者控制位时，保留位不要改变，在程序中也不要用保留位存储数据。保留位将用于ARM版本的扩展。
M[4：0] 处理器模式 ARM模式可访问的寄存器 THUMB模式可访问的寄存器
0b10000 用户模式 PC,CPSR,R0~R14 PC,CPSR,R0~R7,LR,SP
0b10001 FIQ模式 PC,CPSR,SPSR_fiq,R14_fiq~R8_fiq,R0~R7 PC,CPSR,SPSR_fiq,LR_fiq,SP_fiq,R0~R7
0b10010 IRQ模式 PC,CPSR,SPSR_irq,R14_irq~R13_irq,R0~R12 PC,CPSR,SPSR_irq,LR_irq,SP_irq,R0~R7
0b10011 管理模式 PC,CPSR,SPSR_svc,R14_svc~R13_svc,R0~R12 PC,CPSR,SPSR_svc,LR_svc,SP_svc,R0~R7
0b10111 中止模式 PC,CPSR,SPSR_abt,R14_abt~R13_abt,R0~R12 PC,CPSR,SPSR_abt,LR_abt,SP_abt,R0~R7
0b11011 未定义模式 PC,CPSR,SPSR_und,R14_und~R13_und,R0~R12 PC,CPSR,SPSR_und,LR_und,SP_und,R0~R7
0b11111 系统模式 PC,CPSR,R0~R14 PC,CPSR,LR,SP,R0~R74

 

 

 

 

 

 

14.1.2 SPSR---程序状态保存寄存器

　　当切换进入其他模式时候，在SPSR种保存前一个工作模式的 CPSR 的值，当返回前一个工作模式时，可以将 SPSR 的值恢复到 CPSR中。

　　当一个异常发生时，将切换进入相应的工作模式，这时，CPU 核将自动完成如下事情：

  1. 在异常工作模式的连接寄存器 R14 中保存前一个工作模式的下一条，即将执行的指令的地址。对于ARM状态，这个值是当前PC值加4或加8
  2. 将CPSR 的值复制到异常模式的 SPSR
  3. 将 CPSR 的工作模式位设为这个异常对应的工作模式
  4. 令 PC 值等于这个异常模式在异常向量表中的地址，即跳转去执行异常向量表中的相应指令。

　　从异常工作模式退出回到之前的工作模式时，需要通过软件完成如下事情：

  1. 前面进入异常工作模式时，连接寄存器中保存了前一工作模式的一个指令地址，将它减去一个适当的值后赋值给 PC 寄存器
  2. 将 SPSR 的值复制给 CPSR

　　

14.2 S3C2440 中断控制器

　　CPU 运行过程中通过两种方法知道各类外设发生了某些不预期的事件：

  1. 查询方式：程序循环地查询各设备的状态并作出相应反应。
  2. 中断方式：当某事件发生时，硬件会设备某个寄存器；CPU 在每执行完一个指令时，通过硬件查看这个寄存器，如果发现所关注的事件发生了，则中断当前程序流程，跳转到一个固定的物理地址处理这事件，最后返回继续执行被中断的程序。

　　中断处理过程：

  1. 中断控制器汇集各类外设发出的中断信号，然后告诉 CPU
  2. CPU 保存当前程序的运行环境（各个寄存器等），调用中断服务程序（ISR，Interrupt Service Routine）来处理这些中断
  3. 在 ISR 中通过读取中断控制器、外设的相关寄存器来识别这是哪个中断，并进行相应的处理
  4. 清除中断：通过读写中断控制器和外设的相关寄存器来实现
  5. 最后恢复被中断程序的运行环境（即上面保存的各个寄存器等），继续执行

　　2440 的中断处理框图如下：

　　

  1. Request sources(without sub-register) 中的中断源被触发后，SRCPND 寄存器中相应位被只1，如果此时中断没有被 INTMSK 寄存器屏蔽或者快速中断(FIQ)的话，它将被进一步处理
  2. Request sources(with sub-register) 中的中断源被触发后，SUBSRCPND 寄存器中的相应位被置1，如果此中断没有被 INTSUBMSK 寄存器屏蔽的话，它在 SRCPND 寄存器中的相应位也被置 1 ，之后的处理过程与 上面 1 相同
  3. 在 SRCPND 寄存器中，被触发的中断的相应位被置1，等待处理，如果被触发的中断中有快速中断（FIQ）——MODE（INTMOD 寄存器）中为1的位对应的中断是 FIQ，则CPU进入快速中断模式(FIQ Mode)进行处理
  4. 对于一般中断IRQ，可能同时有几个中断被触发，未被 INTMSK 寄存器屏蔽的中断经过比较后，选出优先级最后的中断，此中断在 INTPND 寄存器中的相应位被置1，然后CPU进入中断模式（IRQ Mode）进行处理。中断服务程序可以通过读取 INTPND 寄存器或者 INTOFFSET 寄存器来确定中断源　　

14.3 代码

　　Makefile

 1 objs := head.o init.o interrupt.o main.o
 2 
 3 int.bin: $(objs)
 4     arm-linux-ld -Ttext 0x00000000 -o int_elf $^
 5     arm-linux-objcopy -O binary -S int_elf $@
 6     arm-linux-objdump -D -m arm int_elf > int.dis
 7     
 8 %.o:%.c
 9     arm-linux-gcc -Wall -O2 -c -o $@ $<
10 
11 %.o:%.S
12     arm-linux-gcc -Wall -O2 -c -o $@ $<
13 
14 clean:
15     rm -f int.bin int_elf int.dis *.o
View Code

　　interrupt.c

 1 #include "s3c24xx.h"
 2 
 3 void EINT_Handle()
 4 {
 5     unsigned long oft = INTOFFSET;
 6     unsigned long val;
 7     
 8     switch( oft )
 9     {
10         // S2被按下
11         case 0: 
12         {   
13             GPFDAT |= (0x7<<4);   // 所有LED熄灭
14             GPFDAT &= ~(1<<4);      // LED1点亮
15             break;
16         }
17         
18         // S3被按下
19         case 2:
20         {   
21             GPFDAT |= (0x7<<4);   // 所有LED熄灭
22             GPFDAT &= ~(1<<5);      // LED2点亮
23             break;
24         }
25 
26         // K4被按下
27         case 5:
28         {   
29             GPFDAT |= (0x7<<4);   // 所有LED熄灭
30             GPFDAT &= ~(1<<6);      // LED4点亮                
31             break;
32         }
33 
34         default:
35             break;
36     }
37 
38     //清中断
39     if( oft == 5 ) 
40         EINTPEND = (1<<11);   // EINT8_23合用IRQ5
41     SRCPND = 1<<oft;
42     INTPND = 1<<oft;
43 }
View Code

　　s3c24xxx.h

 1 /* WOTCH DOG register */
 2 #define     WTCON           (*(volatile unsigned long *)0x53000000)
 3 
 4 /* SDRAM regisers */
 5 #define     MEM_CTL_BASE    0x48000000
 6 #define     SDRAM_BASE      0x30000000
 7 
 8 /* NAND Flash registers */
 9 #define NFCONF              (*(volatile unsigned int  *)0x4e000000)
10 #define NFCMD               (*(volatile unsigned char *)0x4e000004)
11 #define NFADDR              (*(volatile unsigned char *)0x4e000008)
12 #define NFDATA              (*(volatile unsigned char *)0x4e00000c)
13 #define NFSTAT              (*(volatile unsigned char *)0x4e000010)
14 
15 /*GPIO registers*/
16 #define GPBCON              (*(volatile unsigned long *)0x56000010)
17 #define GPBDAT              (*(volatile unsigned long *)0x56000014)
18 
19 #define GPFCON              (*(volatile unsigned long *)0x56000050)
20 #define GPFDAT              (*(volatile unsigned long *)0x56000054)
21 #define GPFUP               (*(volatile unsigned long *)0x56000058)
22 
23 #define GPGCON              (*(volatile unsigned long *)0x56000060)
24 #define GPGDAT              (*(volatile unsigned long *)0x56000064)
25 #define GPGUP               (*(volatile unsigned long *)0x56000068)
26 
27 #define GPHCON              (*(volatile unsigned long *)0x56000070)
28 #define GPHDAT              (*(volatile unsigned long *)0x56000074)
29 #define GPHUP               (*(volatile unsigned long *)0x56000078)
30 
31 
32 
33 /*UART registers*/
34 #define ULCON0              (*(volatile unsigned long *)0x50000000)
35 #define UCON0               (*(volatile unsigned long *)0x50000004)
36 #define UFCON0              (*(volatile unsigned long *)0x50000008)
37 #define UMCON0              (*(volatile unsigned long *)0x5000000c)
38 #define UTRSTAT0            (*(volatile unsigned long *)0x50000010)
39 #define UTXH0               (*(volatile unsigned char *)0x50000020)
40 #define URXH0               (*(volatile unsigned char *)0x50000024)
41 #define UBRDIV0             (*(volatile unsigned long *)0x50000028)
42 
43 
44 /*interrupt registes*/
45 #define SRCPND              (*(volatile unsigned long *)0x4A000000)
46 #define INTMOD              (*(volatile unsigned long *)0x4A000004)
47 #define INTMSK              (*(volatile unsigned long *)0x4A000008)
48 #define PRIORITY            (*(volatile unsigned long *)0x4A00000c)
49 #define INTPND              (*(volatile unsigned long *)0x4A000010)
50 #define INTOFFSET           (*(volatile unsigned long *)0x4A000014)
51 #define SUBSRCPND           (*(volatile unsigned long *)0x4A000018)
52 #define INTSUBMSK           (*(volatile unsigned long *)0x4A00001c)
53 
54 /*external interrupt registers*/
55 #define EINTMASK            (*(volatile unsigned long *)0x560000a4)
56 #define EINTPEND            (*(volatile unsigned long *)0x560000a8)
View Code

 

　　head.S

 1 @******************************************************************************
 2 @ File：head.S
 3 @ 功能：初始化，设置中断模式、管理模式的栈，设置好中断处理函数
 4 @******************************************************************************       
 5    
 6 .extern     main
 7 .text 
 8 .global _start 
 9 _start:
10 @******************************************************************************       
11 @ 异常向量，本程序中，除Reset和HandleIRQ外，其它异常都没有使用
12 @******************************************************************************       
13     b   Reset
14 
15 @ 0x04: 未定义指令中止模式的向量地址
16 HandleUndef:
17     b   HandleUndef 
18  
19 @ 0x08: 管理模式的向量地址，通过SWI指令进入此模式
20 HandleSWI:
21     b   HandleSWI
22 
23 @ 0x0c: 指令预取终止导致的异常的向量地址
24 HandlePrefetchAbort:
25     b   HandlePrefetchAbort
26 
27 @ 0x10: 数据访问终止导致的异常的向量地址
28 HandleDataAbort:
29     b   HandleDataAbort
30 
31 @ 0x14: 保留
32 HandleNotUsed:
33     b   HandleNotUsed
34 
35 @ 0x18: 中断模式的向量地址
36     b   HandleIRQ
37 
38 @ 0x1c: 快中断模式的向量地址
39 HandleFIQ:
40     b   HandleFIQ
41 
42 Reset:                  
43     ldr sp, =4096           @ 设置栈指针，以下都是C函数，调用前需要设好栈
44     bl  disable_watch_dog   @ 关闭WATCHDOG，否则CPU会不断重启
45     
46     msr cpsr_c, #0xd2       @ 进入中断模式
47     ldr sp, =3072           @ 设置中断模式栈指针
48 
49     msr cpsr_c, #0xd3       @ 进入管理模式
50     ldr sp, =4096           @ 设置管理模式栈指针，
51                             @ 其实复位之后，CPU就处于管理模式，
52                             @ 前面的“ldr sp, =4096”完成同样的功能，此句可省略
53 
54     bl  init_led            @ 初始化LED的GPIO管脚
55     bl  init_irq            @ 调用中断初始化函数，在init.c中
56     msr cpsr_c, #0x53       @ 设置I-bit=0，开IRQ中断
57     
58     ldr lr, =halt_loop      @ 设置返回地址
59     ldr pc, =main           @ 调用main函数
60 halt_loop:
61     b   halt_loop
62 
63 HandleIRQ:
64     sub lr, lr, #4                  @ 计算返回地址
65     stmdb   sp!,    { r0-r12,lr }   @ 保存使用到的寄存器
66                                     @ 注意，此时的sp是中断模式的sp
67                                     @ 初始值是上面设置的3072
68     
69     ldr lr, =int_return             @ 设置调用ISR即EINT_Handle函数后的返回地址  
70     ldr pc, =EINT_Handle            @ 调用中断服务函数，在interrupt.c中
71 int_return:
72     ldmia   sp!,    { r0-r12,pc }^  @ 中断返回, ^表示将spsr的值复制到cpsr
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　　init.c

 1 /*
 2  * init.c: 进行一些初始化
 3  */ 
 4 
 5 #include "s3c24xx.h"
 6 
 7 /*
 8  * LED1,LED2,LED4对应GPF4、GPF5、GPF6
 9  */
10 #define    GPF4_out    (1<<(4*2))
11 #define    GPF5_out    (1<<(5*2))
12 #define    GPF6_out    (1<<(6*2))
13 
14 #define    GPF4_msk    (3<<(4*2))
15 #define    GPF5_msk    (3<<(5*2))
16 #define    GPF6_msk    (3<<(6*2))
17 
18 /*
19  * S2,S3,S4对应GPF0、GPF2、GPG3
20  */
21 #define GPF0_eint     (0x2<<(0*2))
22 #define GPF2_eint     (0x2<<(2*2))
23 #define GPG3_eint     (0x2<<(3*2))
24 
25 #define GPF0_msk    (3<<(0*2))
26 #define GPF2_msk    (3<<(2*2))
27 #define GPG3_msk    (3<<(3*2))
28 
29 /*
30  * 关闭WATCHDOG，否则CPU会不断重启
31  */
32 void disable_watch_dog(void)
33 {
34     WTCON = 0;  // 关闭WATCHDOG很简单，往这个寄存器写0即可
35 }
36 
37 void init_led(void)
38 {
39     // LED1,LED2,LED4对应的3根引脚设为输出
40     GPFCON &= ~(GPF4_msk | GPF5_msk | GPF6_msk);
41     GPFCON |= GPF4_out | GPF5_out | GPF6_out;
42 }
43 
44 /*
45  * 初始化GPIO引脚为外部中断
46  * GPIO引脚用作外部中断时，默认为低电平触发、IRQ方式(不用设置INTMOD)
47  */ 
48 void init_irq( )
49 {
50     // S2,S3对应的2根引脚设为中断引脚 EINT0,ENT2
51     GPFCON &= ~(GPF0_msk | GPF2_msk);
52     GPFCON |= GPF0_eint | GPF2_eint;
53 
54     // S4对应的引脚设为中断引脚EINT11
55     GPGCON &= ~GPG3_msk;
56     GPGCON |= GPG3_eint;
57     
58     // 对于EINT11，需要在EINTMASK寄存器中使能它
59     EINTMASK &= ~(1<<11);
60         
61     /*
62      * 设定优先级：
63      * ARB_SEL0 = 00b, ARB_MODE0 = 0: REQ1 > REQ3，即EINT0 > EINT2
64      * 仲裁器1、6无需设置
65      * 最终：
66      * EINT0 > EINT2 > EINT11即K2 > K3 > K4
67      */
68     PRIORITY = (PRIORITY & ((~0x01) | (0x3<<7))) | (0x0 << 7) ;
69 
70     // EINT0、EINT2、EINT8_23使能
71     INTMSK   &= (~(1<<0)) & (~(1<<2)) & (~(1<<5));
72 }
View Code

　　

posted @ 2018-04-26 22:52  游戏进行中  阅读(533)  评论(0)  编辑  收藏  举报