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ARMCortex-M4中斷的解決辦法

時(shí)間:2018-08-14 15:50:06來(lái)源:網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)載

導(dǎo)語(yǔ):?對(duì)于中斷優(yōu)先級(jí)配置的需求實(shí)際上主要體現(xiàn)在系統(tǒng)存在多個(gè)可能的中斷源情況下,這時(shí)為了保證代碼的可靠執(zhí)行,我們不得不考慮很現(xiàn)實(shí)的兩個(gè)問(wèn)題,一個(gè)是如果兩個(gè)以上中斷同時(shí)發(fā)生,pending請(qǐng)求到CPU,CPU決策該先進(jìn)哪一個(gè)相應(yīng)的中斷服務(wù)Routine,第二個(gè)問(wèn)題是CPU當(dāng)前已經(jīng)在響應(yīng)某個(gè)中斷服務(wù)。

其實(shí)都搞了這么長(zhǎng)時(shí)間的ARM開(kāi)發(fā),關(guān)于其至關(guān)重要的中斷優(yōu)先級(jí)問(wèn)題我早就想跟大家伙分享分享了,可惜一方面想真正的講清楚這個(gè)問(wèn)題估計(jì)又得大費(fèi)周章和墨水,另一方面自己越來(lái)越忙進(jìn)一步導(dǎo)致寫(xiě)文章倒是越來(lái)越懶了。

對(duì)于中斷優(yōu)先級(jí)配置的需求實(shí)際上主要體現(xiàn)在系統(tǒng)存在多個(gè)可能的中斷源情況下,這時(shí)為了保證代碼的可靠執(zhí)行,我們不得不考慮很現(xiàn)實(shí)的兩個(gè)問(wèn)題,一個(gè)是如果兩個(gè)以上中斷同時(shí)發(fā)生,pending請(qǐng)求到CPU,CPU決策該先進(jìn)哪一個(gè)相應(yīng)的中斷服務(wù)Routine,第二個(gè)問(wèn)題是CPU當(dāng)前已經(jīng)在響應(yīng)某個(gè)中斷服務(wù),此時(shí)來(lái)了另一個(gè)中斷請(qǐng)求,是否允許其打斷當(dāng)前中斷服務(wù)轉(zhuǎn)而響應(yīng)新的中斷請(qǐng)求即我們常說(shuō)的中斷嵌套問(wèn)題,不要告訴我沒(méi)考慮過(guò)哈(如果真是這樣,我只能不客氣的說(shuō),這樣搞單片機(jī)是不負(fù)責(zé)任的,很可能給項(xiàng)目帶來(lái)潛在的風(fēng)險(xiǎn)bug),那樣的話俺也白寫(xiě)了,呵呵。那正題來(lái)了,對(duì)現(xiàn)在紅紅火火的ARMCortex-M4和M0+兩個(gè)核來(lái)說(shuō),他們是如何解決這兩個(gè)問(wèn)題的呢,因?yàn)檫@兩個(gè)核在中斷優(yōu)先級(jí)管理上略有些區(qū)別(雖然都是NVIC和SCB兩個(gè)寄存器來(lái)管理),所以下面我分開(kāi)來(lái)說(shuō),另外由于中斷優(yōu)先級(jí)管理屬于內(nèi)核問(wèn)題,所以這方面的信息你不會(huì)在各大半導(dǎo)體廠家的官方手冊(cè)中找到,我們只能追根溯源直接到內(nèi)核的老家ARM官網(wǎng)去找,建議大家有興趣的到ARM官網(wǎng)把M4和M0+的內(nèi)核手冊(cè)下載下來(lái)簡(jiǎn)單瞅瞅,可能會(huì)有意想不到的收獲哦,呵呵:

ARMCortex-M0+中斷優(yōu)先級(jí)和嵌套

無(wú)論是M0+或者是M4內(nèi)核,實(shí)際上他們兩個(gè)的中斷優(yōu)先級(jí)都是由NVIC和SCB兩個(gè)寄存器來(lái)管理的,在這里我默認(rèn)大家都知道ARM的中斷源分為內(nèi)核中斷和IRQ中斷了哈(我怕再細(xì)講下去又沒(méi)完了,呵呵),而對(duì)IRQ的中斷管理是由NVIC來(lái)主導(dǎo)的,內(nèi)核的中斷管理則是由SCB來(lái)主導(dǎo)的,我們先講IRQ中斷的優(yōu)先級(jí)問(wèn)題(關(guān)于中斷使能和禁能不在本篇討論范圍內(nèi)哈),打開(kāi)M0+的內(nèi)核手冊(cè)找到NVIC_IPR寄存器(InterruptPriorityRegisters)如下圖所示:

注意觀察我高亮標(biāo)注的幾塊,從這幾塊中可以抽象出核心的幾個(gè)問(wèn)題,第一個(gè)是NVICIPR一共有8個(gè)寄存器,而每個(gè)寄存器管理4個(gè)IRQ中斷,乘法口訣算一下,我們就明白了為啥M0+的IRQ中斷源最多只支持32個(gè)了,再加上16個(gè)內(nèi)核中斷,加法口訣再算一下,也就是說(shuō)M0+最多就是48個(gè)中斷源,所以M0+算是比較好搞的了,一會(huì)兒講M4就該頭疼了,呵呵;第二個(gè)問(wèn)題是優(yōu)先級(jí)寄存器里面的配置值越低表明相應(yīng)的中斷優(yōu)先級(jí)越高;第三個(gè)問(wèn)題是每個(gè)PRIxx的8位中只有最高兩位[7:6]有效,也就是說(shuō)實(shí)際上M0+的優(yōu)先級(jí)只有四個(gè)即0,1,2,3,4,其中0的優(yōu)先級(jí)是最高的;第四個(gè)問(wèn)題,為啥我放到最后說(shuō)呢,因?yàn)檫@是比較容易忽略的問(wèn)題,即word-accessible,也就是說(shuō)這幾個(gè)寄存器都只能按字操作,切記不要為了顯示我們的編程技巧而使用指向字節(jié)的指針只對(duì)某個(gè)單獨(dú)中斷的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行配置。

至于嵌套的問(wèn)題,對(duì)M0+是比較簡(jiǎn)單的,即只要相應(yīng)中斷的優(yōu)先級(jí)比較高即可隨時(shí)搶占比它優(yōu)先級(jí)低的中斷服務(wù)。至于內(nèi)核中斷,其中斷優(yōu)先級(jí)則由SCB模塊的SCB_SHPR寄存器來(lái)管理如下圖所示,實(shí)際上我們平時(shí)常用的就是systemtick中斷,其優(yōu)先級(jí)配置同NVIC,這里就不贅述了。另外,我這里提一下,即如果我們不對(duì)優(yōu)先級(jí)進(jìn)行配置的話,則默認(rèn)相應(yīng)中斷源的向量號(hào)越低其優(yōu)先級(jí)越高,不過(guò)如前面我提到的,我是強(qiáng)烈建議在多中斷的情況最好把每個(gè)用到的中斷優(yōu)先級(jí)都根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行相應(yīng)配置,避免潛在的風(fēng)險(xiǎn)。

ARMCortex-M4中斷優(yōu)先級(jí)和嵌套

我前面提到一句,M4雖然指令集是向下兼容M0+的,但是在中斷優(yōu)先級(jí)管理上是有區(qū)別的,由于M4的中斷源比較多(最多允許256),所以其對(duì)中斷優(yōu)先級(jí)管理是略有些復(fù)雜的,不過(guò)一定要仔細(xì)看下去,因?yàn)槲覀兤綍r(shí)會(huì)比較常用到,但是我敢肯定不是所有人的用法是正確的,為啥?待我下面繼續(xù)分解(放心,還沒(méi)完呢,呵呵),先繼續(xù)上圖:

繼續(xù)找上圖亮點(diǎn),一個(gè)是M4最高支持16+4*60=256個(gè)中斷源,第二個(gè)這60個(gè)寄存器是可以按字節(jié)操作的(我們可以繼續(xù)的裝逼用指針了,哈哈),第三個(gè)跟M0+一樣即值越小優(yōu)先級(jí)越高,最后則是最大的區(qū)別,即每個(gè)寄出去你的8位數(shù)據(jù)都是可以定義其中斷優(yōu)先級(jí)了,說(shuō)到這里,aquestionisraised,那是不是意味著M4的優(yōu)先級(jí)最高可以256個(gè)級(jí)別呢。我只能說(shuō),大家想多了,呵呵,繼續(xù)看下圖吧,可見(jiàn)PRIGROUP定義了這8位數(shù)據(jù)到底該怎么用了,這里出現(xiàn)了兩個(gè)新名詞,即GroupPriority和Subpriority,至于這兩個(gè)優(yōu)先級(jí)是什么意思那大家繼續(xù)看圖2,大家先仔細(xì)理解理解,我喝口水先。。。Ok,繼續(xù)回來(lái),從下面兩張圖可以看到在M4內(nèi)核中,其對(duì)中斷優(yōu)先級(jí)管理是分了兩個(gè)部分,一個(gè)是組優(yōu)先級(jí)一個(gè)是子優(yōu)先級(jí),即組優(yōu)先級(jí)是管理?yè)屨純?yōu)先級(jí)的(即是否能嵌套),即高的組優(yōu)先級(jí)中斷(數(shù)值低)可以搶占低的組優(yōu)先級(jí)(數(shù)值高)中斷的,而如果組優(yōu)先級(jí)是一樣的,即使子優(yōu)先級(jí)比正在執(zhí)行的中斷的子優(yōu)先級(jí)高也是不能搶占的,那又有同志們要問(wèn)問(wèn)題了,那子優(yōu)先級(jí)有啥用?呵呵,正如圖2所說(shuō),在組優(yōu)先級(jí)一致的情況下,多個(gè)中斷請(qǐng)求同時(shí)發(fā)生,這樣的情況下子優(yōu)先級(jí)高的可以先執(zhí)行的,而子優(yōu)先級(jí)低的則只能暫時(shí)pending等著了,呵呵。而回到PRIGROUP的作用是用來(lái)配置NVIC的8位數(shù)據(jù)域是如何分配給搶占優(yōu)先級(jí)和子優(yōu)先級(jí)的,而一般情況下,最好是各留4位給這二位大爺和小爺了,即每位爺最多可配16個(gè)優(yōu)先級(jí),而PRIGROUP是從哪來(lái)的呢,呵呵,實(shí)際上它是SCB_AIRCR寄存器的其中3位如圖3所示。

呼。。。終于搞完了,總算把這個(gè)問(wèn)題給寫(xiě)出來(lái)了,我腦袋里可以騰出點(diǎn)地方給其他問(wèn)題了,哈哈。另外實(shí)際上我上面寫(xiě)了這么多理論的東西,但是ARM早已在CMSIS庫(kù)里的頭文件中把這部分函數(shù)API給出來(lái)了(core_cm4.h和core_cm0plus.h),而我之所以不閑麻煩的還是把這個(gè)寫(xiě)出來(lái),還是我這個(gè)知其然也要知其所以然的思想在作怪了。不過(guò)最后,我還是給出M0+和M4的中斷優(yōu)先級(jí)配置的兩個(gè)配置供廣大博友參考吧,然后其他就不多聊了,未完待續(xù):

M0+

NVIC_SetPriority(PORTA_IRQn,1);

NVIC_SetPriority(PORTB_IRQn,2);

M4+

NVIC_SetPriorityGrouping(0x03);

NVIC_SetPriority(PORTA_IRQn,NVIC_EncodePriority(0x03,1,2));

NVIC_SetPriority(PORTB_IRQn,NVIC_EncodePriority(0x03,2,2));

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