第13讲_第7章嵌入式系统中断控制 100页

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《嵌入式系统原理与开发》2008年春季第13讲 南京大学计算机系 俞建新主讲

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第7章 中断、DMA和时间管理

本章主要介绍以下内容：

嵌入式中断控制器 嵌入式DMA控制器 嵌入式时钟电源管理器 嵌入式实时时钟 嵌入式脉宽调制定时器

2008年12月15日

南京大学计算机系

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引言

中断控制、DMA控制、时钟脉冲控制和定时 控制是所有计算机的必备功能，嵌入式处理 器也不例外。 这一讲主要学习S3C44B0X嵌入式处理器中的 中断控制器、DMA控制器以及与时间控制直 接相关的四个部件。 与时间控制直接相关的四个部件是分别是： 时钟电源管理器、锁相环、实时时钟和脉冲 宽度调制定时器。南京大学计算机系 3

2008年12月15日

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7.1 嵌入式系统中断控制

本节介绍以下内容

嵌入式中断控制器工作原理 S3C44B0X中断控制器 S3C44B0X的中断优先级产生模块 S3C44B0X的向量中断模式 S3C4510B中断控制器简介 S3C2410X中断控制器简介 建立异常中断向量中断表 非向量中断模式的中断入口程序范例 嵌入式中断应用程序举例 S3C44B0X硬件中断应用举例南京大学计算机系 4

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中断控制器概述 ——几种处理器的中断控制器一览表处理器型号 计算机类别 体系结构 Pentium 4 PC x86 MCS-51 单片机 8051 内臵 5个 S3C44B0X 嵌入式 ARM7 内臵 共30个, 外部8个 S3C4510 嵌入式 ARM7 内臵 共21个 MPC680 嵌入式 PowerPC 内臵 共44个

内臵/外臵芯片 外臵，8259A, 可以级联 中断源数 8个, 最大级联 方式下64 个

控制寄存器

IRR,IMR,ISR, ICW1-ICW4, OCW1-OCW3

TCON,IE, SCON,IP

INTCON,INTPND INTMOD,INTMSK EXTINT, EXTINTPND, , , etc

INTPND,INT MOD, INTMSK, INTOFFSET, EXTPNDPRI, , , etc

两个控制 器： SIU和 CPM

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PC机的中断控制器

以普遍使用的基于x86处理器的PC机(台式机 和笔记本)为例，它们都拥有两块级联的中断 控制器接口芯片Intel 8259A,这种中断控制器 接口芯片早期是分立元件，安装在主板上。自 从80386处理器问世之后到现在所有PC机的这 两块8259A中断接口控制器都集成在芯片组中。

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嵌入式系统中断控制器概述

对通用计算机而言，中断控制包括：中断请 求管理、中断使能/禁能、中断优先级分配、 中断优先级判定、中断屏蔽/解除屏蔽、中 断响应、现场保护和恢复等等。 中断控制由CPU内部的中断处理逻辑和寄存 器，以及外部的中断控制器接口芯片完成。 从功能角度看，嵌入式处理器与通用处理器 的中断控制器拥有基本相同的功能，只是实 现细节不同。南京大学计算机系 7

2008年12月

15日

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PC和ES的中断控制器之主要差异

中断控制器对于PC和ES都是不可缺少的 但是PC机的中断控制器与CPU芯片是分离的，而 ES中的中断控制器几乎都是内嵌的。 例如：8051系列和ARM系列处理器等。

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x86与ARM中断向量表的比较

x86处理器的中断向量表

实模式中断向量表起始地址是0号单元地址，每一个 中断向量占4字节，总共占空间1KB字节。 与x86处理器类似，ARM处理器在启动时也需要一个 异常中断向量表。该表也从ROM的0号地址单元存放， 每4个字节对应于一个异常中断，总空间只有32个字 节。 与x86处理器实模式中断向量表不同的是ARM处理器 的中断向量表中存放的是转移指令，而不是转移目标 的逻辑地址。南京大学计算机系 9

ARM处理器的中断向量表

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x86处理器的实模式中断向量表

x86处理器的实模式中断向量表起始地址是0号 单元地址，每一个中断向量占4字节，总共占 空间1KB字节。x86处理器的每一个中断向量 就是该中断向量号所对应的中断服务子程序首 条指令的逻辑地址。

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三种嵌入式中断控制器介绍

以下详细介绍S3C44B0X中断控制器的工作原 理与使用方法 概括介绍S3C4510B和S3C2410X的中断控制 器。 共同特点：三者都内嵌在处理器芯片内。 差异之处：这些中断控制器能够管理的中断 源数量各不相同，内部控制寄存器的设臵不 同，中断优先级分配也不一样。

2008年12月15日

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7.1.1 ARM处理器的中断类型

ARM系列处理器有两种中断请求类型：

普通中断请求—IRQ 快速中断请求—FIQ

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IRQ—普通中断请求

IRQ中断请求

Interrupt Request 也叫IRQ异常，属于普通中断请求。 由nIRQ引脚上的低电平触发。 IRQ中断请求的优先级低于FIQ,当FIQ信号进 入时，IRQ被暂停执行。

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FIQ—快速中断请求

FIQ中断请求

Fast Interrupt Request 也叫FIQ异常，属于快速中断请求。 用于高速数据传输和通道处理 在ARM工作模式下，FIQ拥有充足的私用寄存 器(比IRQ多了5个寄存器)。无需程序员在编 程时考虑节省寄存器，从而减小了任务切换时 的开销。

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FIQ的信号产生

FIQ由外部的nFIQ引脚上的低电平产生，其电 平输入依赖于ISYNC(ARM7TDMI输入信 号),能够排除同步或异步的情况。当ISYNC 信号为低电平时，IRQ和FIQ被认为是异步的， 在中断影响处理器流程之前，会产生一个时钟 周期延时以转

入同步状态。

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IRQ中断和FIQ中断的禁能/使能方式

在特权(非用户)模式下，设臵/复位PSR (CPSR和SPSR的统称)的I位和F位，能够禁 止/允许CPU响应IRQ和FIQ中断请求。因此为 了开发IRQ和FIQ中断响应功能，I位和F位必须 被清0,同时INTMSK(中断屏蔽寄存器)的 相应位也必须清0。

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ADS/AXD中的增强型程序状态字 (EPSR)

以下是ADS的AXD工具给出的EPSR显示界面

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7.1.2 S3C44B0X中断控制器概述

S3C44B0X处理器能够处理30个中断源，其中 内建的中断控制器可接受26个中断源的中断请 求信号。4个外部中断(EINT4/5/6/7)请求是 通过“或”的形式合成为1个中断源送至中断 控制器，2个UART错误中断(UERROR0/1) 也是如此。 下面给出S3C44B0X的中断控制器内部寄存器 以及处理流程。

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7.1.2.1 S3C44B0X的中断控制寄 存器组INTMOD 中断模式寄存器 FIQ IRQ IRQ FIQ或者 IRQ中断 请求 IRQ从群优先级寄存器I_PSLV IRQ主群优先级寄存器I_PMST FIQ INTMSK 中断屏蔽寄存器

中断优先级 产生模块 IRQ FIQ

INTPND 中断请求寄存器

INTCON 中断控制寄存器

I_ISPR或者F_ISPR 中断服务登记寄存器 IRQ FIQ

26个中断源

I_ISPC或者F_ISPC 中断服务清除寄存器南京大学计算机系 19

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S3C44B0X处理器的中断源说明

有关S3C44B0X处理器的中断源的详细信息如 教材中的表7-2(212页)所示。 表7-2的栏目说明

第2列：中断源名称 第3列：中断描述 第4列：从属连接的中断优先级裁决器的主单元名 第5列：从属连接的中断优先级裁决器的辅单元名 第6列：二级中断向量地址(小端序)南京大学计算机系 20

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S3C44B0X的中断源清单 (1)序 号 1 中断源 EINT0 描述 外部中断0 主单元 引脚 mGA 辅单元 引脚 sGA 中断向量地址 0x0000 0020

2 34 5 6 7 8

EINT1 EINT2EINT3 EINT4/5/6/7 TICK INT_ZDMA0 INT_ZDMA1

外部中断1 外部中断2外部中断3 外部中断4/5/6/7

mGA mGAmGA mGA

sGB sGCsGD sGKA sGKB sGA sGB

0x0000 0024 0x0000 00280x0000 002C 0x0000 0030 0x0000 0034 0x0000 0040 0x0000 004421

RTC时钟节拍中断 mGA 通用DMA0中断 通用DMA1中断 mGB mGB

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