??? 摘? 要: 詳細分析了TMS320C54x系列DSP的中斷機制,以及在擴展地址模式下中斷控制所具有的一些特點,并給出了DSP/BIOS" title="DSP/BIOS">DSP/BIOS下中斷的管理。?
??? 關鍵詞: 中斷 中斷向量表" title="向量表">向量表? TMS320C54x? DSP/BIOS? DSP
?
??? 中斷是嵌入式芯片的靈魂,這是因為多數嵌入式系統對實時性都有很高的要求,即對出現事件的響應要極為迅速。中斷與軟件查詢方式相比有著更高的執行效率。在TI公司的TMS320C54x系列(以下簡稱C54x系列)DSP中,同樣也提供了很好的中斷機制。?
1 C54x中的中斷機制?
??? 中斷信號實質上是由硬件或者是軟件驅動的信號,它能使DSP暫停正在執行的程序并進入中斷服務程序(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,都是通過硬件中斷向DSP發出請求的。?
??? 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)觸發的,硬件中斷是由外圍器件觸發的。硬件中斷實際上又分為兩類:一類是由DSP的片外外設(如A/D轉換器)觸發的,另外一類是由DSP的片內外設(如定時器中斷)觸發的。硬件中斷又有優先級的區分,這是為了處理同一時刻有多個硬件中斷源觸發中斷的情況。硬件中斷的種類和優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,中斷又可分為可屏蔽中斷(C54x至多支持16個)和不可屏蔽中斷。可屏蔽中斷受ST1寄存器中的INTM位和IMR寄存器中相應位的影響。當INTM=0時,IMR中某位為1,則開放相應的中斷。其實,在C54x中硬件中斷并不一定要由外圍器件觸發,它同樣可以由指令INTR、TRAP觸發,并且不受INTM的限制。有一點需要引起注意的是: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IPTR總是被置為0x1FF,軟件復位時則不會修改當前IPTR的值。C54x的中斷處理" title="中斷處理">中斷處理過程分為三個階段:?
??? ①中斷請求。可以用硬件器件或者軟件指令請求中斷。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,要滿足下列條件才能響應:?
??? ·優先級最高(同時出現多個中斷時)?
??? ·INTM位為0?
??? ·IMR中相應位為1?
???? CPU在取到軟件向量的第一個字后會產生IACK信號,對可屏蔽中斷而言,IACK會清除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程序后能正確返回并恢復原來運行程序的環境。?
??? DSP中提供的中斷是以中斷向量表(VECT)的形式出現的(見表1)。中斷向量表的長度為128個字節,每個中斷分配為4個字節,一共有32個中斷,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,IPTR總是默認置為0x1FF,所以中斷向量表地址為0xFF80。每個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中斷向量占用4個字節的緣故。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DSP處理能力越來越強,192K的空間已經不能滿足需要。后來的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,有必要進行說明。?
??? 擴展模式下程序空間的尋址是通過寄存器PC和XPC一同進行的。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是用戶必須注意的。如果用戶使用的是Far Call指令,則XPC會自動保存和恢復。但在進行中斷處理的時候,只有16位的PC寄存器能夠自動得到保存(這是由于考慮了非擴展模式下中斷的效率問題),所以XPC必須由用戶自己來保存,否則在中斷返回的時候往往會跳到不同的頁面(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。?
??? 由于必須在長跳轉之前保存XPC的值,沒法使用延遲指令(如FBD),所以中斷時延會增加兩個周期。?
??? 再來考慮另外一種情況:設程序運行在XPC=2的頁面上,如果這個時候有中斷發生并得到了CPU的響應,DSP會加載PC:PC=(IPTR)<<7+(Vector[n])<<2,XPC的值不發生變化,于是中斷向量的地址為:0x20000+0xPC。這就明顯地說明:中斷向量表必須和應用程序在同一64K的程序空間頁面內。如果應用程序不是只分布在一個程序空間頁面內,那應該如何處理呢?可分三種類型共四種技巧來應對這樣的情況:(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的頁面。當調用擴展空間的程序時關閉中斷使能,而當擴展空間程序返回到XPC=0的頁面時再開中斷。這樣做的好處是不用關注XPC的值對中斷向量尋址的影響。中斷的時候也不需要保存XPC的值。調用過程如圖1所示,Y表示需要關注XPC的值,N表示不需要關注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:OVLY、DROM和MP/MC。OVLY是Overlay的簡寫。當OVLY=1時,數據空間里的一部分RAM變為重疊區域(Overlay Memory)。這部分重疊區域同時映射在每一頁程序空間的上部。具體示例如圖2所示(MP/MC=0,C5416)。?
?
?
??? 可見OVLY=1的時候,數據空間的DARAM0～3被映射到程序空間的每一頁上。基于這樣的特點,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。當有中斷發生時,不管程序運行于DSP的哪個程序頁面空間,只用PC尋址都能夠正確地取到中斷向量表,而不會受XPC的影響。中斷程序ISR可以放到任何一個程序頁面中,但這時跳轉到ISR的指令只能用長跳轉指令(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),數據空間可能會有余量。這時可以把中斷向量表和ISR都全部放進數據空間的Overlay Memory區域,并把OVLY置1。這樣不僅在任何程序頁面空間都能夠正確地取到中斷向量表,同時用短跳轉指令(BD等)就可以實現跳轉到ISR,不再需要對XPC進行保存和還原。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。有的場合需要的程序空間大于4.03M,就必須使用OVLY=0的情況。這個時候程序空間不存在重疊區域,但可以模擬出來。方法是:把中斷向量表拷貝到會發生中斷的每一頁程序空間,如圖4所示。這樣,中斷的時候就能正確找到中斷向量表而實現中斷跳轉。?
?
?
??? 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近來推出的準實時操作系統,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中會多出一個段“.bios:.norptb”,這個段會被自動放入Overlay Memory之中,具體原因請參看參考文獻[4]。BIOS管理的線程有四種類型:HWI、SWI、TSK以及IDL。上面所提到的所有中斷屬于優先級最高的HWI線程。每個中斷向量都是以HWI模塊的Object形式存在,可以用BIOS下的Configuration Tool來配置每個中斷向量所觸發的函數。在Configuration Tool中,會發現System的MEM模塊下有一個名為VECT的Object,它實質上是用來給中斷向量表分配存儲空間的,用戶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下的中斷做出幾點說明:?
??? ·在Object的屬性框中填寫中斷函數" title="中斷函數">中斷函數名時,如果中斷函數是由C語言編寫的,則需要在函數名前加下劃線(C語言和匯編語言" title="匯編語言">匯編語言相互調用的需要)。匯編語言則不需要。?
??? ·在編寫中斷函數的時候不能再用關鍵字interrupt來說明中斷函數,因為BIOS已經自動包括了這個功能。如果再用interrupt,則會造成致命后果。?
??? ·如果中斷函數是用匯編語言編寫的,中斷函數應夾在BIOS的API HWI_enter和HWI_exit之間。這樣,在中斷處理的時候會正確保存和恢復一些需要使用的寄存器,并妥善處理線程間的關系以及中斷函數中對BIOS API的調用;如果中斷函數是用C語言編寫的,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[5]。?
??? ·在BIOS中的SWI(軟件中斷)模塊下,用戶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(顯然中斷的個數也不會存在限制),并且它可以帶兩個參數(前面的中斷函數是不能帶參數的)。所以從幾個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。?
??? 在剛開始使用DSP/BIOS的時候可能會覺得比較麻煩,需要理解的東西也很多。但當你熟悉了以后會發現,它能幫你節省不少時間去處理底層的東西,而使你將更多的精力放在算法的實現上。?
??? 本文全面介紹了C54x系列DSP的中斷機制,以及中斷在使用過程中的一些技巧,闡述了整個中斷的響應過程和一些比較容易出錯的地方。希望通過共享使大家更快更好地掌握C54x的中斷處理。?
參考文獻?
1 TMS320C54x DSP Reference Set Volume 1:CPU and?Peripherals. Texas Instruments,2001.3?
2 Interrupt Handing Using Extended Addressing of the?TMS320C54x Family. Texas Instruments, 1999.7?
3 TMS320 DSP/BIOS User’s Guide. Texas Instruments,2002.11?
4 DSP/BIOS and TMS320C54x Extended Addressing. Texas?Instruments, 2000.11?
5 TMS320C5000 DSP/BIOS Application Programming Interface Reference Guide. Texas Instruments, 2002.10