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1 C54x中的中斷機制 中斷信號實(shí)質(zhì)上是由硬件或者是軟件驅動(dòng)的信號，它能使DSP暫停正在執行的程序并進(jìn)入中斷服務(wù)程序(ISR)。在最典型的DSP系統中，如果A/D轉換器需要送數據到DSP中，或者D/A轉換器需要從DSP中取走數據，都是通過(guò)硬件中斷向DSP發(fā)出請求的。 C54x系列DSP支持軟件中斷和硬件中斷。軟件中斷是由指令(INTR、TRAP、RESET)觸發(fā)的，硬件中斷是由外圍器件觸發(fā)的。硬件中斷實(shí)際上又分為兩類(lèi)：一類(lèi)是由DSP的片外外設(如A/D轉換器)觸發(fā)的，另外一類(lèi)是由DSP的片內外設(如定時(shí)器中斷)觸發(fā)的。硬件中斷又有優(yōu)先級的區分，這是為了處理同一時(shí)刻有多個(gè)硬件中斷源觸發(fā)中斷的情況。硬件中斷的種類(lèi)和優(yōu)先級請參看具體使用的芯片資料。 如果按照可屏蔽情況分類(lèi)，中斷又可分為可屏蔽中斷(C54x至多支持16個(gè))和不可屏蔽中斷�？善帘沃袛嗍躍T1寄存器中的INTM位和IMR寄存器中相應位的影響。當INTM=0時(shí)，IMR中某位為1，則開(kāi)放相應的中斷。其實(shí)，在C54x中硬件中斷并不一定要由外圍器件觸發(fā)，它同樣可以由指令I(lǐng)NTR、TRAP觸發(fā)，并且不受INTM的限制。有一點(diǎn)需要引起注意的是：指令RESET復位和硬件RS復位對IPTR和外圍電路初始化是不相同的。硬件復位時(shí)IPTR總是被置為0x1FF，軟件復位時(shí)則不會(huì )修改當前IPTR的值。C54x的中斷處理過(guò)程分為三個(gè)階段： ①中斷請求�？梢杂糜布骷蛘哕浖噶钫埱笾袛�。如果請求的中斷是可屏蔽中斷，則IFR寄存器中相應的位被置為1，而不管中斷是否會(huì )被響應。 ②中斷響應。對于軟件中斷和不可屏蔽中斷，CPU是立即響應的。對于可屏蔽中斷，要滿(mǎn)足下列條件才能響應： ·優(yōu)先級最高(同時(shí)出現多個(gè)中斷時(shí)) ·INTM位為0 ·IMR中相應位為1 CPU在取到軟件向量的第一個(gè)字后會(huì )產(chǎn)生IACK信號，對可屏蔽中斷而言，IACK會(huì )清除IFR中相應位。 ③中斷處理。保護特定的寄存器，執行中斷服務(wù)程序，完成后恢復寄存器。保護寄存器的原則是執行中斷服務(wù)程序后能正確返回并恢復原來(lái)運行程序的環(huán)境。 DSP中提供的中斷是以中斷向量表(VECT)的形式出現的(見(jiàn)表1)。中斷向量表的長(cháng)度為128個(gè)字節，每個(gè)中斷分配為4個(gè)字節，一共有32個(gè)中斷，具體的中斷要看相應的芯片。C54x中斷向量表的地址是由PMST寄存器中的IPTR構成高9位地址形成的，所以向量表的地址必須是128的倍數。硬件復位時(shí)，IPTR總是默認置為0x1FF，所以中斷向量表地址為0xFF80。每個(gè)中斷向量的地址按如下構成方法形成：PC=(IPTR)＜＜7+(Vector[n])＜＜2 (Vector[n]為中斷向量號，在0～31之間)，中斷向量號左移兩位是因為每個(gè)中斷向量占用4個(gè)字節的緣故。中斷向量表總是以匯編的形式出現的。 2 擴展地址模式下的中斷控制 早期的DSP共有192K的空間(程序、數據和I/O空間各為64K)，隨著(zhù)DSP處理能力越來(lái)越強，192K的空間已經(jīng)不能滿(mǎn)足需要。后來(lái)的C54x均提供了擴展地址模式，使程序空間擴展到8M。擴展模式下的中斷控制有自己特殊的地方，有必要進(jìn)行說(shuō)明。 擴展模式下程序空間的尋址是通過(guò)寄存器PC和XPC一同進(jìn)行的。PC構成低16位地址位，XPC構成高7位地址位。所以保存和恢復XPC是用戶(hù)必須注意的。如果用戶(hù)使用的是Far Call指令，則XPC會(huì )自動(dòng)保存和恢復。但在進(jìn)行中斷處理的時(shí)候，只有16位的PC寄存器能夠自動(dòng)得到保存(這是由于考慮了非擴展模式下中斷的效率問(wèn)題)，所以XPC必須由用戶(hù)自己來(lái)保存，否則在中斷返回的時(shí)候往往會(huì )跳到不同的頁(yè)面(由返回前后XPC值的不同引起)造成不可預測的后果。程序如表1所示。 由于必須在長(cháng)跳轉之前保存XPC的值，沒(méi)法使用延遲指令(如FBD)，所以中斷時(shí)延會(huì )增加兩個(gè)周期。 再來(lái)考慮另外一種情況：設程序運行在XPC=2的頁(yè)面上，如果這個(gè)時(shí)候有中斷發(fā)生并得到了CPU的響應，DSP會(huì )加載PC：PC=(IPTR)＜＜7+(Vector[n])＜＜2，XPC的值不發(fā)生變化，于是中斷向量的地址為：0x20000+0xPC。這就明顯地說(shuō)明：中斷向量表必須和應用程序在同一64K的程序空間頁(yè)面內。如果應用程序不是只分布在一個(gè)程序空間頁(yè)面內，那應該如何處理呢?可分三種類(lèi)型共四種技巧來(lái)應對這樣的情況：(1.1)描述的是OVLY為任意的情況;(2.1)～(2.2)描述的是OVLY=1的情況;(3.1)描述的是OVLY=0的情況。 (1.1)有的應用中，一些程序一旦運行是不允許中斷的。把不允許中斷的程序部分放到擴展空間內，而把中斷向量表和ISR以及允許中斷的程序部分都放在XPC=0的頁(yè)面。當調用擴展空間的程序時(shí)關(guān)閉中斷使能，而當擴展空間程序返回到XPC=0的頁(yè)面時(shí)再開(kāi)中斷。這樣做的好處是不用關(guān)注XPC的值對中斷向量尋址的影響。中斷的時(shí)候也不需要保存XPC的值。調用過(guò)程如圖1所示，Y表示需要關(guān)注XPC的值，N表示不需要關(guān)注XPC的值，數字表示調用順序。 (2.1) DSP中影響存儲器映射的因素有三個(gè)：OVLY、DROM和MP/MC。OVLY是Overlay的簡(jiǎn)寫(xiě)。當OVLY=1時(shí)，數據空間里的一部分RAM變?yōu)橹丿B區域(Overlay Memory)。這部分重疊區域同時(shí)映射在每一頁(yè)程序空間的上部。具體示例如圖2所示(MP/MC=0，C5416)。 可見(jiàn)OVLY=1的時(shí)候，數據空間的DARAM0～3被映射到程序空間的每一頁(yè)上�；谶@樣的特點(diǎn)，可以把中斷向量表定位到數據空間的重疊區域DARAM0～3中，置OVLY為1。當有中斷發(fā)生時(shí)，不管程序運行于DSP的哪個(gè)程序頁(yè)面空間，只用PC尋址都能夠正確地取到中斷向量表，而不會(huì )受XPC的影響。中斷程序ISR可以放到任何一個(gè)程序頁(yè)面中，但這時(shí)跳轉到ISR的指令只能用長(cháng)跳轉指令(FB等)，跳轉之前注意將XPC壓入堆棧，程序同表1。示意圖如圖3所示。 (2.2) 如果片內RAM比較大，分給數據空間的RAM也比較多(如C5416有64K的RAM可以作為數據空間)，數據空間可能會(huì )有余量。這時(shí)可以把中斷向量表和ISR都全部放進(jìn)數據空間的Overlay Memory區域，并把OVLY置1。這樣不僅在任何程序頁(yè)面空間都能夠正確地取到中斷向量表，同時(shí)用短跳轉指令(BD等)就可以實(shí)現跳轉到ISR，不再需要對XPC進(jìn)行保存和還原。程序請參看表2。 (3.1) 在擴展模式下，雖然程序空間擴為8M，但如果OVLY=1，則程序空間中存在大量的重疊區域，如C5416在OVLY=1的情況下真正可用的程序空間最大為4.03M。有的場(chǎng)合需要的程序空間大于4.03M，就必須使用OVLY=0的情況。這個(gè)時(shí)候程序空間不存在重疊區域，但可以模擬出來(lái)。方法是：把中斷向量表拷貝到會(huì )發(fā)生中斷的每一頁(yè)程序空間，如圖4所示。這樣，中斷的時(shí)候就能正確找到中斷向量表而實(shí)現中斷跳轉。 比較上面的四種方法，方法(2.1)更為適應普遍的情況。它不限制ISR的地址范圍，而中斷向量表只占0x80的空間，把它放到數據空間的重疊區域是很容易做到的。筆者正在做的項目正是采用了這種方法。 3 DSP/BIOS下中斷的管理 DSP/BIOS是TI近來(lái)推出的準實(shí)時(shí)操作系統，它同樣支持擴展地址模式，只是需要將Global Settings中的函數調用模式設置為Far就可以了。需要強調的是：BIOS只支持OVLY=1的擴展模式，而不支持OVLY=0的擴展模式。擴展模式下在BIOS Code中會(huì )多出一個(gè)段“.bios:.norptb”，這個(gè)段會(huì )被自動(dòng)放入Overlay Memory之中，具體原因請參看參考文獻。BIOS管理的線(xiàn)程有四種類(lèi)型：HWI、SWI、TSK以及IDL。上面所提到的所有中斷屬于優(yōu)先級最高的HWI線(xiàn)程。每個(gè)中斷向量都是以HWI模塊的Object形式存在，可以用BIOS下的Configuration Tool來(lái)配置每個(gè)中斷向量所觸發(fā)的函數。在Configuration Tool中，會(huì )發(fā)現System的MEM模塊下有一個(gè)名為VECT的Object，它實(shí)質(zhì)上是用來(lái)給中斷向量表分配存儲空間的，用戶(hù)可以自己配置中斷向量表的地址(必須是128的倍數)。地址的分配方法可以參考上面提到的幾種應對技巧。下面就BIOS下的中斷做出幾點(diǎn)說(shuō)明： ·在Object的屬性框中填寫(xiě)中斷函數名時(shí)，如果中斷函數是由C語(yǔ)言編寫(xiě)的，則需要在函數名前加下劃線(xiàn)(C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言相互調用的需要)。匯編語(yǔ)言則不需要。 ·在編寫(xiě)中斷函數的時(shí)候不能再用關(guān)鍵字interrupt來(lái)說(shuō)明中斷函數，因為BIOS已經(jīng)自動(dòng)包括了這個(gè)功能。如果再用interrupt，則會(huì )造成致命后果。 ·如果中斷函數是用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)的，中斷函數應夾在BIOS的API HWI_enter和HWI_exit之間。這樣，在中斷處理的時(shí)候會(huì )正確保存和恢復一些需要使用的寄存器，并妥善處理線(xiàn)程間的關(guān)系以及中斷函數中對BIOS API的調用;如果中斷函數是用C語(yǔ)言編寫(xiě)的，則必須使用HWI Dispatcher屬性，作用和前面是一樣的。如果想了解更多東西可以參看參考文獻。 ·在BIOS中的SWI(軟件中斷)模塊下，用戶(hù)可以自己添加軟件中斷對象。但是必須從概念上分清楚，這里添加的軟件中斷和在前面提到的軟件中斷(即由INTR、TRAP、RESET觸發(fā)的中斷)是完全不同的概念。這里的軟件中斷并不屬于中斷向量表里的中斷向量(顯然中斷的個(gè)數也不會(huì )存在限制)，并且它可以帶兩個(gè)參數(前面的中斷函數是不能帶參數的)。所以從幾個(gè)方面看這里的軟件中斷函數更象是通常意義上的一般函數。 在剛開(kāi)始使用DSP/BIOS的時(shí)候可能會(huì )覺(jué)得比較麻煩，需要理解的東西也很多。但當你熟悉了以后會(huì )發(fā)現，它能幫你節省不少時(shí)間去處理底層的東西，而使你將更多的精力放在算法的實(shí)現上。 本文全面介紹了C54x系列DSP的中斷機制，以及中斷在使用過(guò)程中的一些技巧，闡述了整個(gè)中斷的響應過(guò)程和一些比較容易出錯的地方。希望通過(guò)共享使大家更快更好地掌握C54x的中斷處理。 |
