*********************** * 第三讲 ecos中断操作 * *********************** ecos的中断处理到底比我们自己写的高明在哪里呢? 如果我们自己写中断处理程序,那么,针对lpc2210、s3c44b0x、2410、2440等具体硬件,每一个片子都要重写ISR。对于不同的体系结构(如ARM、MIPS、X86、POWERPC......)、变种(同体系结构不同型号)、硬件平台(不同公司的开发板),中断机制不尽相同,程序员要花费大量的时间纠缠于细微的差异,心情不会愉快,代码复用性也不强。 ecos采用了一种通用的中断处理机制,抽象出中断最本质的特点,用硬件抽象层HAL来抹平各种中断硬件体系实现的细节,程序员只要针对ecos抽象出来的通用虚拟中断系统编程就可以了。 那么ecos到底是如何“抽象”中断的呢?暂且不表,先来说说中断响应时间。 如果你写过汇编中断处理程序,或者用过ucos,那么你对ISR的实现方式一定不会陌生,先填好中断向量表,再写好ISR处理程序,一旦中断就通过向量表找到ISR函数地址,跳到那里执行。 而ecos的虚拟中断系统是ISR+DSR,当然Linux也是ISR+tasklet。很明显,中断分成了两个部分,一部分是中断服务程序ISR,关中断执行,尽可能短,很多内核函数用不了;另一部分是延迟服务程序DSR,不关中断,可以进行比较耗时的处理,比ISR能用更多的内核函数。 为什么这样做?有什么好处呢? 我们知道,中断是随时都有可能异步发生的,中断处理程序和被中断程序的“并发”执行,会引起重入、同步、临界资源保护等诸多问题。中断发生时会保存现场,返回时恢复,故不会对被中断的无临界资源的应用线程产生影响,但如果被中断的线程正在执行内核调用,则有可能破坏内核数据,因为内核函数需要原子操作,不能被打断。避免这一问题的方法之一是在处于临界区的内核函数中禁止中断。例如ucos的内核函数就经常开关中断。不过有时这种原子操作的时间可能相当长,对于中断响应时间这个指标有不良影响。改善性能的方法就是不使用开关中断的方法避免冲突,而是使用锁、信号量等方式实现内核数据保护。这样就约定在ISR里限制使用不安全的绝大部分内核API,内核API也不再频繁开关中断,代之以锁、信号量。当我们的ISR可以写得很短,内核API又不会关中断的情况下,中断响应时间就会变小,RTOS的实时性指标就会更好看。因此,采用ISR+DSR的ecos中断响应比ucos快。可能您现在还不太习惯这种把ISR分成两半儿的写法,没关系,我们下面提供一个万能中断处理模板,您只要套用就可以了。把精力集中在中断事件处理上,再不用为搭架子发愁。 想看中断如何被抽象吗?我们结合一个题目边看边讲。 总的思路是:创建中断句柄,挂接中断,使能中断,正常工作后一旦发生中断,先调用ISR,再调用DSR(可选)。其中涉及到中断应答,中断清除、外部中断清除、中断触发方式配置、中断禁止/使能、中断创建/删除、中断挂接/解挂等概念。 题目:用KEY1按键控制蜂鸣器鸣响。低电平有效,按下发声,再按停止,再按又发声,周而复始。(别忘了先装好跳线再实验) 全部源码如下所示。多任务编程第一讲已经讲过了,I/O寄存器读写在第二讲也已经讲过了,现在来看看中断编程。 我在创建taska线程时传递了一个参数CYGNUM_HAL_INTERRUPT_EXT3,这是KEY1对应的外部中断号,没什么特别的目的,只是想用线程参数存放我的私有数据(priv_data),总得找个地儿放我自己的东西不是,得,就放这儿了。CYGNUM_HAL_INTERRUPT_EXT3的意思是符合CYG公司标准的数字---位于硬件抽象层---中断用途---外部中断3号。 线程taska中首先设置引脚,虽然ecos抽象了中断,但中断毕竟还是和硬件紧密相关,有些芯片为了引脚复用或低功耗等目的,多种功能对应在同一个引脚上/多个引脚对应在同一个功能上,使用时必须根据需要选择。例如:SMARTARM2200平台的KEY1使用的是EINT3中断,该中断由P0.9、P0.20、P0.30复用,要屏蔽P0.9(网卡8019中断)和P0.30(ZLG7290中断),以免冲突。感兴趣的读者可以试试允许P0.9和P0.30对应EINT3会发生什么现象。(低电平触发时,中断信号线相与;高电平触发时,中断信号线相或。) 设置BEEP控制引脚方向为输出,禁止刚一开始就BEEP鸣响,上电缺省输出是低电平,导致一开始就鸣叫,此处明确关掉声音。 中断触发方式有4种:高电平、低电平、上升沿、下降沿。ecos使用cyg_interrupt_configure函数设置中断触发方式。 cyg_interrupt_configure(中断号,电平/边沿选择,上下/高低选择) 其中: 电平/边沿选择:0---电平;1---边沿 上下/高低选择:0---低下;1---高上 此处设置为(priv_data,0,0),即低电平触发方式。priv_data是线程参数传递过来的EINT3中断号。 用中断触发配置函数是不是比直接写EMODE,EPOLAR寄存器要方便很多呢! 边沿触发的中断不用清中断源,但可能会丢中断;电平触发的中断需要清除外部中断源,不会丢失中断指示,而且可以共享同一根中断线。 清除priv_data(即EINT3)中断标志,等效于1<<3。这句要放在cyg_interrupt_configure后面,好象改EMODE和EPOLAR会影响EINT。最好在使用中断前明确清除以前的中断指示,以免发生不能预料的随机事件,这是好习惯。 ecos的虚拟中断体系要求把需要的中断处理函数挂接到对应的中断号上,而不必关心具体的硬件映射细节。中断句柄可以创建多个,但只能挂接其中的一个。 cyg_interrupt_create( 中断号, 中断优先级, 传递的中断参数, ISR函数, DSR函数, 被返回的中断句柄, 存放与此中断相关的内核数据的变量空间); cyg_interrupt_attach(中断句柄); 创建了中断句柄并且挂接后,中断服务程序就和中断向量建立了联系,每当中断后,先执行向量服务程序VSR,再调用已注册的中断服务程序ISR,然后执行延迟服务程序DSR。至此,中断已经准备就绪。 刚挂接的中断是被屏蔽的,要调用解除屏蔽函数,中断才能正式开始工作。这么做是为了在中断注册后,还能有一段时间继续准备其他需要做的工作,而这些工作不希望被中断干扰。如果都准备好了,就可以解除屏蔽,让中断正常工作。 cyg_interrupt_unmask(中断号);//使能中断 “while(1);”是为了不退出taska线程,你可以试试去掉这一句会发生什么现象。 ISR程序非常短小,也不调用绝大部分内核函数,不过中断应答和返回值是必须的。 cyg_interrupt_acknowledge(中断号); 中断应答应该在ISR快结束时执行一次写操作(写入的值一般为0),以便更新优先级硬件。如果不应答,硬件不能正常工作,而且一定要在ISR里应答。 如果ISR返回CYG_ISR_HANDLED,则不再调用DSR,如果返回CYG_ISR_CALL_DSR,则还要调用DSR。 此处屏蔽中断的目的是避免重入,因为我不希望中断嵌套,那样会搞乱数据。如果没有冲突的数据,允许嵌套,就可以不用此语句屏蔽中断。注意不要在ISR里用printf函数。 DSR里执行了大部分的处理工作,可以使用更多的内核函数。这段程序的主要作用是取反BEEP控制,让蜂鸣器随着KEY1按键中断控制在响与不响之间切换。解除中断屏蔽是对应ISR里的中断屏蔽,此时中断已经执行完毕,可以使能新的中断。 需要注意的是:电平中断的处理过程稍微烦琐一些。先撤消外部中断源指示(例如等待KEY1按键抬起/读空8019网卡输出缓冲区),然后撤消内部EINT中断标志位(对应位写1就可以清除)。如果不先撤消外部指示就清除内部标志/不清除内部标志,那么会反复不断地陷入中断,直至出错死机。感兴趣的读者可以试试注释掉“HAL_WRITE_UINT8(LPC2XXX_SYSCON_EINT,1<<(priv_data-CYGNUM_HAL_INTERRUPT_EXT0));”看看中断能否退出,是否死机。去掉while中的KEY1按键抬起判断,看看按下去时的现象有何差别。 以上是面向ecos虚拟中断体系编程的讲解,可以看出,ecos的中断更加抽象,再也不用关心什么VIC,一大堆中断寄存器了,套用这个模板就可以了。 如果你想改成KEY1键高电平触发,只要写成“cyg_interrupt_configure(priv_data,0,1);”即可。此时,一运行就鸣叫,按一下停止,再按一下又鸣叫......结果正确。DSR里同低电平触发时一样等待外部中断源指示失效才退出,此时若信号保持为高电平,中断标志会一直置1。 如果想改成边沿触发,要将以下语句: HAL_READ_UINT8(LPC2XXX_SYSCON_EINT,flag); while((flag&1<<(priv_data-CYGNUM_HAL_INTERRUPT_EXT0)) != 0) { HAL_WRITE_UINT8(LPC2XXX_SYSCON_EINT,1<<(priv_data-CYGNUM_HAL_INTERRUPT_EXT0)); HAL_READ_UINT8(LPC2XXX_SYSCON_EINT,flag); } 改为一句: HAL_WRITE_UINT8(LPC2XXX_SYSCON_EINT,1<<(priv_data-CYGNUM_HAL_INTERRUPT_EXT0)); 不用再判断外部中断源的情况,边沿触发不需要清除外部中断源,因为边沿不会一直保持。EINT写“1”清除还是必须的,不然还会反复陷入中断。 写成“cyg_interrupt_configure(priv_data,1,0);”就是下降沿触发,按下KEY1键会响,再按下停止...... 写成“cyg_interrupt_configure(priv_data,1,1);”就是上升沿触发,按下后抬起KEY1键,会响,再按下抬起停止...... 套用这个摸板,写基于中断的8019网卡驱动程序十分方便,8019中断也是用的EINT3,高电平触发,感兴趣的读者可以试试。(提示:改引脚分配PINSEL0和PINSEL1,ecos中有dp83902a参考源码) 很多人可能不用ARM或者ecos,那也没有关系,这里介绍的主要是编程思路和中断本质抽象,有了思路,细节的解决只是时间问题,您完全可以把这里的中断处理思路用在2410、X86、MIPS......上。初学者如果一上来就接触大量硬件细节,难免会晕掉,只见树木不见森林,ecos增值软件包使你能集中精力掌握思路,花最少的时间,取得最大的效果。 以下是中断程序源码 #include <cyg/kernel/kapi.h> #include <cyg/hal/hal_io.h> #include <cyg/hal/plf_io.h> #define STACK_SIZE 4096 #define BEEPCON 0x0000080 char stack[2][STACK_SIZE]; static cyg_thread thread_data[2]; static cyg_handle_t thread_handle[2]; // This ISR is called when the ethernet interrupt occurs static cyg_uint32 yy_isr(cyg_vector_t vector, cyg_addrword_t data) { int priv_data = (int)data; cyg_interrupt_mask(priv_data); //屏蔽中断 cyg_interrupt_acknowledge(priv_data);//中断应答,应该在ISR快结束时执行一次写操作(写入的值一般为0),以便更新优先级硬件。 return (CYG_ISR_HANDLED|CYG_ISR_CALL_DSR); // Run the DSR如果ISR返回CYG_ISR_HANDLED,则不再调用DSR,如果返回CYG_ISR_CALL_DSR,则还要调用DSR。 } static void yy_dsr(cyg_vector_t vector, cyg_ucount32 count, cyg_addrword_t data) { int priv_data = (int)data; int i; unsigned char flag; HAL_READ_UINT32(LPC2XXX_GPIO_IO0SET,i); if((i&BEEPCON) == 0 ) { HAL_WRITE_UINT32(LPC2XXX_GPIO_IO0SET,BEEPCON); } else { HAL_WRITE_UINT32(LPC2XXX_GPIO_IO0CLR,BEEPCON); } HAL_READ_UINT8(LPC2XXX_SYSCON_EINT,flag); while((flag&1<<(priv_data-CYGNUM_HAL_INTERRUPT_EXT0)) != 0) { HAL_WRITE_UINT8(LPC2XXX_SYSCON_EINT,1<<(priv_data-CYGNUM_HAL_INTERRUPT_EXT0)); HAL_READ_UINT8(LPC2XXX_SYSCON_EINT,flag); } cyg_interrupt_unmask(priv_data);//解除中断屏蔽 } void taska(cyg_addrword_t data) { int priv_data = (int) data; cyg_handle_t handle; cyg_interrupt intr; printf("irq=%d\n",priv_data); //引脚设置,KEY1接EINT3 HAL_WRITE_UINT32(LPC2XXX_PIN_SEL0,0x55500005); HAL_WRITE_UINT32(LPC2XXX_PIN_SEL1,0x00000300); //设置输出到BEEP HAL_WRITE_UINT32(LPC2XXX_GPIO_IO0DIR,BEEPCON); //禁止刚一开始就BEEP,上电缺省输出是低电平,导致一开始就鸣叫。 HAL_WRITE_UINT32(LPC2XXX_GPIO_IO0SET,BEEPCON); //配置中断触发方式,低电平触发 cyg_interrupt_configure(priv_data,0,0); //清除priv_data(即EINT3)中断标志,等效于1<<3。这句要放在cyg_interrupt_configure后面,好象改EMODE和EPOLAR会影响EINT。 HAL_WRITE_UINT8(LPC2XXX_SYSCON_EINT,1<<(priv_data-CYGNUM_HAL_INTERRUPT_EXT0)); //创建句柄 cyg_interrupt_create( priv_data, 0, // Priority - unused (cyg_addrword_t)priv_data, // Data item passed to ISR & DSR yy_isr, // ISR yy_dsr, // DSR &handle, // handle to intr obj &intr ); // space for int obj //将中断挂接到中断句柄上 cyg_interrupt_attach(handle); //使能中断 cyg_interrupt_unmask(priv_data); printf("Starting...\n"); while(1); } void test(cyg_addrword_t data) { printf("\n\n\n"); printf("\t *******************************\n"); printf("\t * Hello! The world. *\n"); printf("\t *******************************\n\n\n"); cyg_thread_create(10, // Priority - just a number taska, // entry CYGNUM_HAL_INTERRUPT_EXT3, // entry parameter "taska", // Name &stack[1], // Stack STACK_SIZE, // Size &thread_handle[1], // Handle &thread_data[1] // Thread data structure ); cyg_thread_resume(thread_handle[1]); // Start it } void cyg_start(void) { cyg_thread_create(10, // Priority - just a number test, // entry 0, // entry parameter "test", // Name &stack[0], // Stack STACK_SIZE, // Size &thread_handle[0], // Handle &thread_data[0] // Thread data structure ); cyg_thread_resume(thread_handle[0]); // Start it cyg_scheduler_start(); } |
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