單片機(jī)中斷電平觸發(fā)和脈沖輸入

Cortex-M0處理器允許兩種形式的中斷請求：電平觸發(fā)和脈沖輸入。

電平觸發(fā)是外設(shè)的中斷請求有持續(xù)的電平信號，若電平信號在處理器從ISR返回之前沒有被取消，則中斷返回后將再次觸發(fā)已經(jīng)服務(wù)過的中斷。

脈沖中斷是在信號的上升沿同步采樣的中斷信號，為了確保NVIC檢測到中斷，外設(shè)必須維持中斷信號至少一個(gè)時(shí)鐘周期，在此期間，NVIC檢測脈沖和鎖存中斷。后續(xù)的脈沖可以將暫掛狀態(tài)加到活動(dòng)中斷中，使?fàn)顟B(tài)為中斷活動(dòng)且掛起。然而，在有限周期內(nèi)發(fā)生的多個(gè)脈沖只登記作為中斷調(diào)度的單個(gè)事件。

哪些中斷是電平觸發(fā)的，哪些是脈沖觸發(fā)的，具體選擇哪一種是根據(jù)芯片設(shè)計(jì)來決定，不過大多數(shù)的外設(shè)使用電平觸發(fā)中斷輸出。

1. 電平觸發(fā)和脈沖輸入

Cortex-M0處理器鎖存所有中斷，外圍中斷成為等待其中一個(gè)原因是：

NVIC檢測到中斷信號被置位并且對應(yīng)的中斷不是active

NVIC檢測到中斷信號的上升沿

軟件寫入相應(yīng)的中斷集掛起寄存器位

掛起的中斷將一直掛起，直到下列情況之一發(fā)生：

處理器為中斷進(jìn)入ISR，這將改變中斷的狀態(tài)等待活躍：

對于電平觸發(fā)型中斷，當(dāng)處理器從ISR返回時(shí)，NVIC采樣中斷信號。如果中斷信號仍然有效，表示中斷的狀態(tài)更改為pending，這可能會(huì)導(dǎo)致處理器立即重新進(jìn)入ISR。否則，中斷的狀態(tài)將變?yōu)榉腔顒?dòng)狀態(tài)。

對于脈沖觸發(fā)型中斷，NVIC繼續(xù)監(jiān)視中斷信號，如果這樣觸發(fā)時(shí)，中斷狀態(tài)變?yōu)閽炱鸷突顒?dòng)狀態(tài)。在這種情況下，當(dāng)處理器從ISR返回中斷狀態(tài)時(shí)，中斷狀態(tài)變?yōu)閽炱馉顟B(tài)可能會(huì)導(dǎo)致處理器立即重新進(jìn)入ISR。如果中斷信號不是脈沖而處理器是在ISR，當(dāng)處理器從ISR返回中斷狀態(tài)變?yōu)榉腔顒?dòng)狀態(tài)。

軟件寫入相應(yīng)的中斷清除寄存器位。

對于電平觸發(fā)型中斷，如果中斷信號仍然有效，則中斷的狀態(tài)中斷不會(huì)改變。否則，中斷的狀態(tài)將變?yōu)榉腔顒?dòng)狀態(tài)。

對于脈沖中斷，中斷狀態(tài)變?yōu)椋?/p>

inactive，如果狀態(tài)是pending

active，如果狀態(tài)是活動(dòng)的和掛起的

2. 中斷處理

當(dāng)中斷事件發(fā)生時(shí)，由于外設(shè)連接到了NVIC上，中斷信號就會(huì)得到確認(rèn)。在處理器執(zhí)行中斷服務(wù)并且沒有清除外設(shè)的中斷的信號以前，該信號會(huì)保持高電平。

在NVIC內(nèi)部，當(dāng)檢測到有中斷發(fā)生時(shí)，該中斷的掛起狀態(tài)會(huì)被置位，當(dāng)處理器接受該中斷并且開始執(zhí)行中斷服務(wù)后，掛起狀態(tài)就會(huì)被清除。

針對脈沖輸入的中斷請求，這種情況下，在中斷得到服務(wù)之前，掛起狀態(tài)寄存器將會(huì)一直保持該請求。

如果中斷請求沒有立即執(zhí)行，并且在確認(rèn)之前被軟件清除了，處理器將會(huì)忽略掉本次請求，并且不會(huì)執(zhí)行中斷處理。

如果在軟件清除掛起狀態(tài)時(shí)，外設(shè)仍然保持著中斷請求，掛起狀態(tài)寄存器還會(huì)立即生成。

3. 中斷等待

通常情況下，處理器的中斷等待時(shí)間為16個(gè)周期，這個(gè)等待時(shí)間從中斷確認(rèn)的處理器時(shí)鐘周期開始，一直到中斷處理開始執(zhí)行結(jié)束。

計(jì)算中斷等待需具備以下前提：

該中斷使能并沒有PRIMASK或者其他正在執(zhí)行的異常處理所屏蔽

存儲(chǔ)器系統(tǒng)沒有任何等待狀態(tài)，在中斷處理、壓棧、取向量表或者中斷處理開始時(shí)取指都會(huì)用到總線傳輸，如果存儲(chǔ)器系統(tǒng)需要等待，那么總線傳輸時(shí)產(chǎn)生的等待狀態(tài)則可能使得中斷延遲。

下面幾種情況可能會(huì)導(dǎo)致不同的中斷等待：

中斷的咬尾連鎖，如果一個(gè)中斷返回時(shí)立即產(chǎn)生另外一個(gè)中斷請求，處理器就會(huì)跳過出棧和壓棧時(shí)間，減少了中斷等待時(shí)間。

延遲到達(dá)，如果中斷發(fā)生時(shí)，另外一個(gè)低優(yōu)先級中斷正在進(jìn)行壓棧處理，由于延遲到達(dá)，高優(yōu)先級的中斷就會(huì)立即執(zhí)行，這樣會(huì)導(dǎo)致高優(yōu)先級的中斷等待時(shí)間減少。

4. 異常屏蔽寄存器PRIMASK

有些對時(shí)間敏感的應(yīng)用，需要在短時(shí)間內(nèi)禁止響應(yīng)所有的中斷，對于這種應(yīng)用，處理器不是直接使用中斷使能、禁止控制寄存器來禁止所有中斷再恢復(fù)，而是一個(gè)單獨(dú)的特殊寄存器 - PRIMASK，通過它可以屏蔽掉除了NMI和HardFault異常的其他的所有的中斷和系統(tǒng)異常。

PRIMASK寄存器只有1位有效，并且在復(fù)位后默認(rèn)為0。該寄存器為0時(shí)，所有的中斷和異常都處于允許狀態(tài)，設(shè)置為1后，只有NMI和HardFault處于使能狀態(tài)。

MOVS R0, #0x1         ;  //中斷#2
MSR PRIMASK , R0       ;  //將R0的值送到PRIMASK

NVIC編程提示軟件使用CPSIE i和CPSID i指令來啟用和禁用中斷。

CPSIE i                 ;  //清除 PRIMASK(使能中斷)
CPSID i                 ;  //設(shè)置 PRIMASK(不響應(yīng)中斷)

CMSIS設(shè)備驅(qū)動(dòng)庫提供了C語言的實(shí)現(xiàn)函數(shù)，用戶可以直接使用函數(shù)來設(shè)置和清除PRIMASK寄存器：

void __disable_irq(void) //不響應(yīng)中斷
void __enable_irq(void)  //啟用中斷

在對時(shí)間敏感的程序完成后，應(yīng)該清除PRIMASK。要不然即使在中斷處理中使用__disable_irq()函數(shù)，處理器將停止接受新的中斷請求。主要原因是PRIMASK寄存器和Xpsr是相互獨(dú)立的，因此異常返回不會(huì)影響中斷屏蔽狀態(tài)。

5. NVIC使用提示

確保軟件使用正確對齊的寄存器訪問，處理器不支持對 NVIC 寄存器的未對齊訪問。

即使中斷被禁用，它也可以進(jìn)入掛起狀態(tài)。

禁用中斷只能防止處理器處理中斷。

在對中斷向量表重定義之前，必須包含所有的異常中斷，例如 NMI、HardFault 和外設(shè)中斷等。

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審核編輯 黃宇