第十二章 中断控制器与外部中断

本章代码，查看我的github网站：https://github.com/weiqi7777/s5pv210

1、异常处理的2个阶段

1) 异常向量表跳转

依赖于CPU设计时自动提供的异常向量表的机制，也就是当异常发生时，硬件能自动的跳转到异常向量表执行。

该阶段主要任务是产生异常前后的现场保存/恢复现场，跳转到真正的异常处理程序。

2) 进入了真正的异常处理程序

通过判断寄存器，得知是哪一类的中断产生，然后再检查子类中断寄存器，查看具体是哪一个中断产生，然后跳转到对应的程序执行。

2、210的中断控制器

210包括4个VIC（vectored interrupt controller）。

当要清除中断挂起，需要往VICADDRESS寄存器（VIC0ADDRESS,VIC1ADDRESS,VIC2ADDRESS,VIC3ADDRESS）写入0。

210支持的中断源很多，所以直接设计了4个中断寄存器，每个32位，每位对应一个中断源，（理论上210最多支持128个中断源，但是实际上只有93个，有些位是空的）；210没有子中断寄存器，每个中断源都是并列的。当中断发生时，在中断处理程序中依次查询4个中断源寄存器，看哪一个的哪一位置1，则这个位对应的寄存器就发生了中断，即找到了中断编号。

于是计算中断编号就比较麻烦了，很耗费时间，就影响了实时性。（实时性就是中断发生到响应的时间，这个时间越短越好）。

所以210开拓了一种全新的寻找isr的机制。210提供了很多寄存器来解决每个中断源对应isr的寻找问题。这些都是硬件来实现的。

210的中断号有两种，一个是VIC port no，表示的是在寄存器中的偏移，另外一个是No，这个是中断的物理号，每个中断对应一个。应用层使用的是中断的物理号，所以底层代码需要处理，将中断的物理号转换为对应寄存器的对应位。

以下是中断相关的寄存器

2.1、VICIRQSTATUS

中断源在屏蔽之后的状态。为1，说明中断有效。

2.2、VICFIQSTATUS

快速中断源在屏蔽之后的状态

2.3、VICRAWINTR

中断源未屏蔽之前的状态，这个寄存器，表明中断源的原始状态，但是CPU是否响应该中断，还需要后续的一些设置（需要看VINCINTENABLE和VICINESELECT寄存器）才行。

2.4、VINCINTSELECT

中断的选择，是选择普通中断还是快中断。

210支持两种中断，irq和fiq。Irq是普通中断，fiq是快速中断。快速中断提供了一种更快响应处理的中断通道，用于对实时性要求很高的中断源。Fiq在CPU设计时预先提供了一些机制保证fiq可以被快速处理，从而保证实时性。Fiq的限制就是只能有一个中断源被设置为fiq，其他都是irq。

CPU是如何保证fiq比irq快？一、fiq模式有专用的r8-r12寄存器，因此在fiq的isr中可以直接使用r8-r12而不用保存，这就能节省时间。二、异常向量表中fiq是最后一个异常向量入口，因此fiq的isr不需要跳转，这样就比其他异常少跳转了一次，省了函数跳转的时间。

2.5、VICINTENABLE

中断使能寄存器，负责相应的中断的使能，也就是当中断产生时，CPU是否要响应该中断。只要在这个中断编号对应的VICINTENABLE响应位写1即可。

这个寄存器写1才有效果，写0没有效果。

该寄存器可读可写，读的话，是得到中断是否使能的状态，1是使能，0是不使能。

2.6、VICINTENCLEAR    

中断除能寄存器，负责相应的中断的除能，往相应寄存器相应的位写入1，就对该中断禁止了。

2.7、VICSOFTINT    

软中断寄存器，产生软中断，也就是软件往这个寄存器的某些位写1，那么就会触发软件中断，CPU会执行该位对应的中断处理函数。

2.8、VICSOFTINTCLEAR    

软中断除能寄存器。将对应的软中断给除能。使用软中断，CPU执行完中断后，因为软中断没有被清除，所以又会执行中断。所以要在中断处理程序中，将软中断给清除掉，避免再次进入中断。

2.9、VICPROTECTION

中断保护模式寄存器。开启保护模式后，中断中只有特权模式才能访问中断控制器寄存器，用户模式下是不能访问中断控制器寄存器的。如果没有开启的话，用户模式和特权模式都是可以访问中断控制器寄存器的。

2.10、VICADDRESS

中断地址寄存器，当对应中断产生的时候，硬件会将中断处理函数地址赋值给这个寄存器。

在中断处理函数结束后，要往中断地址寄存器写入任意值，以清除中断挂起。

2.11、VICSWPRIORITYMASK

屏蔽优先级中断寄存器。设置这个寄存器，可以屏蔽某些优先级的中断，使CPU不响应这些优先级的中断。

2.12、VICVECTADDR[0-31]

中断异常程序地址寄存器，这个是一个寄存器组，共有32个，每一个对应一个中断的中断处理函数的地址。当对应中断产生的时候，硬件会从该中断号对应的中断地址寄存器，取出该执行的中断处理函数的地址，然后赋值给PC，就执行中断处理函数了。

VICVECTADD0-31这32个寄存器分别用来存放真正的各个中断对应的isr的函数地址。相当于每一个中断源都有一个VECTADDR寄存器，设置中断的时候，把这个中断的isr地址直接放入到这个中断对应的VECTADDR寄存器即可。

2.13、VICVECTPRIORITY[0-31]

中断优先级寄存器，设置中断的优先级，有效值是0-15。

设置多个中断同时发生时先处理谁后处理谁的问题。一般来说高优先级的中断可以打断低优先级的中断，从而嵌套处理中断。

3、中断设置流程

3.1、流程

1) 绑定异常向量表到异常处理程序，禁止所有中断源，选择所有中断类型为IRQ，清除VICADDR寄存器为0

2) 中断的使能和禁止：根据终端号判断这个中断属于VIC几，然后再中断源减去这个VIC的偏移量，得到这个中断号在本VIC中的偏移量，然后1<<x位，写入相应的VIC的INTENABLE/INTENCLEAR寄存器即可

3) 绑定实现的ISE到VICnVECTADDR：VICVECTADDR寄存器共有4*32个，每个中断源都有一个VECTADDR寄存器，我们应该将为这个中断源写的isr地址写入到这个中断源对应的VECTADDR寄存器中即可

4) 发生中断时，硬件会自动把相应中断源的isr地址从VICnVECTADDR寄存器中保存在VICnADDR寄存器中，所以第二阶段的中断处理程序中，判断是哪一个VIC发生中断，只需要判断哪一个VIC的VICnIRQSTATUS不为0，就说明该VIC发生了中断。然后将该VIC的VICADDR赋值给函数指针，然后去执行该函数。

3.2、中断2部分工作

中断的工作分为2部分：

第一部分是我们为中断响应而做的预备工作：

1) 初始化中断控制器

2) 绑定写好的isr到中断控制器

3) 相应中断的使能

第二部分是硬件产生中断后自动执行isr

1) 经过异常向量表跳转入IRQ/FIQ的入口

2) 做中断现场保护（在start.S）中，然后跳入isr_handler

3) 在isr_handler中先找到哪个VIC中断了，然后直接去这个VIC的VICADDR寄存器中取出isr地址执行

4) Isr执行完，中断现场恢复，直接返回继续做常规任务。

4、外部中断

外部中断属于VIC0。

外部中断0-15是各自单独占有一个中断源，中断16-31是公用一个中断源，EINT 16_31。

关键寄存器, CON，PEND， MASK

4.1、GPxnCON

配置GPIO管脚为外部中断，GPHn为外部中断源。

4.2、EXT_CON

配置外部中断的触发方式。触发方式就是外部中断产生的条件。

触发方式有两种：电平触发和边沿触发。

4.3、EXT_PEND

中断挂起寄存器，每一位对应一个外部中断，没有中断产生值为0。发生中断后，硬件会自动将这个寄存器该中断对应的位置为1。

4.4、EXT_MASK

中断屏蔽寄存器。用来屏蔽中断的，如果对应位设置为1，那么该位对应的中断是被屏蔽的。

4.5、EXT_FILTER

中断滤波寄存器

有两种滤波方式，一种是Delay filter，一种是Digital filter。

Delay filter是固定延时（和时钟没有关系），35ns，也就是当中断第一次检测到后，35ns后会再次检测一下，如果第二次检测中断确实产生，就认为中断产生，然后CPU执行中断。这个可以用在电平中断中，滤除电平毛刺。

Digital filter，数字滤波，和时钟是有关系的。滤波时间是时钟的周期*滤波周期数，每隔滤波周期数时间去检测一个中断，这里的时钟应该用的是PCLK，也就是GPIO的CLK。这个可以用在边沿触发的中断中，滤除抖动。

5、外部中断编程实践

5.1、外部中断对应的GPIO模式设置

5.2、中断触发模式设置

5.3、中断允许、清挂起

5.4、中断处理程序isr编写