蜻蜓点水之Microblaze-Custom-PLBIP及中断

本实验完成了使用Microblaze-Custom-IP实现INTEL 8255A芯片的端口A模式2的功能。

输入功能：没有数据输入时LD0亮，输入数据按右下方BTNU、LD0灭,船形开关SW0-3数据读入T8255IP读寄存器。随后T8255IP向CPU发出中断请求，CPU响应中断并在3秒后读取读寄存器并解除中断，此时LD0重新点亮。
输出功能：有数据输出时，数据先到输出寄存器，此时数据时LD1亮，按右下方BTNL，寄存器数据输出LED4-7，此时LD1灭、并向CPU发出中断请求，CPU响应中断后清空中断请求(本实验数据在输入数据请求按下后即将数据输出，且仅输入输入4bit数据)。

这里首先介绍一下Microblaze的中断系统及软件操作，Microblaze内核支持外部中断响应，但仅支持一个外部中断，其中断入口地址为0x10。PC指针保存在R14寄存器内，中断控制位为MSR的IEbit(详细介绍请看附件中PDF手册)。
单中断操作比较简单，仅需用

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void myISR( ) __attribute__ ((interrupt_handler));

函数声明即可，然后添加用户代码即可

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void myISR( void ) 

{ 

}

未使用函数声明的编译代码

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void myISR( void ); 



void myISR( void ) 

{ 

} 



Compiles to: 



myISR: 

  .frame r1,0,r15    # vars= 0, regs= 0, args= 0 

  .mask  0x00000000 

$LM2: 

  .stabn  68,0,55,$LM2-myISR 

  rtsd  r15,8  

  nop    # Unfilled delay slot 



  .end  myISR

使用函数声明编译后的代码

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void myISR( void ) __attribute__ ((interrupt_handler)); 



void myISR( void ) 

{ 

} 



myISR: 

_interrupt_handler: 

.frame r1,20,r15 # vars= 0, regs= 3, args= 0 

.mask 0x00060800 

addik r1,r1,-20 

swi r15,r1,0 

swi r11,r1,8 

swi r17,r1,12 

mfs r11,rmsr #mfs 

swi r18,r1,16 

swi r11,r1,4 

$LM2: 

.stabn 68,0,55,$LM2-myISR 

lwi r15,r1,0 

lwi r11,r1,4 

mts rmsr,r11 #mts 

lwi r11,r1,8 

lwi r17,r1,12 

lwi r18,r1,16 

rtid r14,0 



addik r1,r1,20 



.end _interrupt_handler

多中断则需要用到int_ctrl控制器，入下图所示，这个控制器管理所有外部中断，将多个外部中断合为一个，中断响应后通过判断此控制器内部寄存器以判断是哪个中断，下面是没有用到库函数时是例程

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// ISR Code**************************************************************** 

#define   TIMER_INT  XPAR_TIMER_INTERRUPT_MASK 

#define   BTN_INT  XPAR_BUTTONS_IP2INTC_IRPT_MASK 

#define   SPI_INT  XPAR_SPI_IP2INTC_IRPT_MASK 



#define   INTC_IPR  (*((volatile unsigned long *)(XPAR_INT_CTRL_BASEADDR + 0x04))) 

#define   INTC_IER  (*((volatile unsigned long *)(XPAR_INT_CTRL_BASEADDR + 0x08))) 

#define   INTC_IAR  (*((volatile unsigned long *)(XPAR_INT_CTRL_BASEADDR + 0x0C))) 

#define   INTC_MER  (*((volatile unsigned long *)(XPAR_INT_CTRL_BASEADDR + 0x1C))) 



void myISR( void ) __attribute__ ((interrupt_handler)); 



void myISR( void ) 

{ 

  if( INTC_IPR & TIMER_INT )    // Timer Interrupt Is Pending 

    timer_ISR(); 

   

  if( INTC_IPR & BTN_INT )    // Button interrupt is pending 

    button_ISR(); 

   

  if( INTC_IPR & SPI_INT )    // SPI interrupt is pending 

    spi_ISR(); 

   

  INTC_IAR = INTC_IPR;      // Acknowledge Interrupts 

} 

// ************************************************************************* 





// Timer Specific Code ***************************************************** 

#define  TCSR0   (*((volatile unsigned long *)(XPAR_TIMER_BASEADDR + 0x00))) 

#define   TLR0    (*((volatile unsigned long *)(XPAR_TIMER_BASEADDR + 0x04))) 



void timer_ISR( void ) 

{ 

  // Do Stuff Here 

  TCSR0 = TCSR0;   // Acknogledge Interrupt In Timer (Clear pending bit) 

} 

// ************************************************************************* 





// GPIO (Connected to Buttons) Specific Code ******************************* 

#define  BTNS    (*((volatile unsigned long *)(XPAR_BUTTONS_BASEADDR))) 

#define  BTN_OE  (*((volatile unsigned long *)(XPAR_BUTTONS_BASEADDR + 0x04))) 

#define  BTN_GIE  (*((volatile unsigned long *)(XPAR_BUTTONS_BASEADDR + 0x11C))) 

#define  BTN_IER  (*((volatile unsigned long *)(XPAR_BUTTONS_BASEADDR + 0x128))) 

#define  BTN_ISR  (*((volatile unsigned long *)(XPAR_BUTTONS_BASEADDR + 0x120))) 



void button_ISR( void ) 

{ 

  // Do Stuff Here 

  BTN_ISR = BTN_ISR;  // Clear any pending button interrupts 

} 

// ************************************************************************* 



// SPI Specific Code ******************************************************* 

#define  SPI_GIE  (*((volatile unsigned long *)(XPAR_SPI_BASEADDR+0x1C))) 

#define   SPI_ISR  (*((volatile unsigned long *)(XPAR_SPI_BASEADDR+0x20))) 

#define   SPI_IER  (*((volatile unsigned long *)(XPAR_SPI_BASEADDR+0x28))) 



void spi_ISR( void ) 

{ 

  // Do Stuff Here 

  SPI_ISR = SPI_ISR;  // Clear pending interrupts 

} 

// ************************************************************************* 



  void main( void ) 

{ 

  // ... 



TCSR0 = 0x000007F6;    // Timer Load and Clear any Pending Ints 

  TCSR0 = 0x000007D6;    // Timer Clear Load Bit 



BTN_OE = ~0x00;    // Buttons are inputs 

BTN_IER = BTN_CHNL1;    // Enable Interrupts for all 3 buttons; 

  BTN_GIE = ~0x00;    // Enable Interrupts for Button GPIO 



SPI_IER = SPI_TxEMPTY;   // Enable Interrupt for empty  

SPI_GIE = ~0x00000000;   // Global SPI Interrupt Enable 



// Enable Timer and Button Interrupt in IntC 

INTC_IER = TIMER_INT | BTN_INT | SPI_INT;   

  INTC_MER = 0x03;    // Int Controller Master Enable 

  microblaze_enable_interrupts(); 



  //... 

}

下面是使用库函数后的代码，要简洁的多，，此例程硬件有多个中断，使用int_ctrl控制器，但程序中仅声明一个中断

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  T8255_EnableInterrupt(XPAR_T8255_0_BASEADDR);

   // Enable MicroBlaze Interrupts

  microblaze_enable_interrupts();

   

  /* Register the t8255 interrupt handler in the vector table */

  XIntc_RegisterHandler(XPAR_XPS_INTC_0_BASEADDR,

                             XPAR_XPS_INTC_0_T8255_0_IP2INTC_IRPT_INTR,

                             (XInterruptHandler) t8255_int_handler,

                             (void *)XPAR_T8255_0_BASEADDR);



  /* Start the interrupt controller */

  XIntc_MasterEnable(XPAR_XPS_INTC_0_BASEADDR);

  XIntc_EnableIntr(XPAR_XPS_INTC_0_BASEADDR, 0x1);

说完软件，来看看硬件中断是怎么连接及生成的。在生成用户IP时，勾选下面图片选项，第一个为使用中断，第二个为中断优先级编码控制，暂时用不上这么高级的玩意。中断数量为2。里面还有一个中断触发条件选项，有上升沿、下降沿、高低电平等。这里选上升沿触发。

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生成PLB总线IP代码后，需要修改三个文件t8255_v2_1_0.mpd、user_logic.v、t8255.vhd，分别在目录\lab_8255\atlys\pcores\t8255_v1_00_a\data、\lab_8255\atlys\pcores\t8255_v1_00_a\hdl下，由于本版比较熟悉Verilog，所以在生成用户代码时勾选了生成.V选项。
中断线连接很简单，在user_logic.v文件里，已经例化了中断线，数量为刚才选着的2，将这个信号和用户想要使用的触发中断信号连接起来即可。这里将他和外部按键项链，按键按下触发中断。代码如下

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output [0 : C_NUM_INTR-1] IP2Bus_IntrEvent;

assign IP2Bus_IntrEvent[1] = ~wt_cnt;

assign IP2Bus_IntrEvent[0] = rd_cnt;

读写寄存器代码如下，PLB总线读写信号高电平有效，用户需在PLB总线读写信号到来时，将数据输出或输入到总线上即可。代码如下

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  // --USER logic implementation added here

    /***  read data logic  ***/

    reg           rd_cnt;

    reg    [3:0]  rd_reg1;

    

    always @(posedge Bus2IP_Clk or posedge Bus2IP_Reset) begin

       if(Bus2IP_Reset)  begin

           rd_cnt     <= 1'd0;

           rd_reg1    <= 4'd0;

       end else begin

           if(key1[0] == 1'd1) begin

              rd_cnt <= 1'd1;

              rd_reg1    <= switch1;

           end 

           if(Bus2IP_RdCE[0])   rd_cnt <= 1'd0;

       end

    end

    

    assign IP2Bus_IntrEvent[0]  = rd_cnt;

    assign IP2Bus_Data   = {28'd0,rd_reg1};   

    //assign   led1[7]    = ~rd_cnt;

    /***  wite data logic  ***/

    reg           wt_cnt;

    reg    [3:0]  wt_reg1;

    reg    [3:0]  led_reg;

    

    always @(posedge Bus2IP_Clk or posedge Bus2IP_Reset) begin

       if(Bus2IP_Reset) begin

           wt_cnt <= 1'd0;

           wt_reg1    <= 4'd0;

       end else begin

           if(Bus2IP_WrCE[0]) begin

              wt_cnt <= 1'd1;

              wt_reg1    <= Bus2IP_Data[0:3];

           end

           if(key1[1] == 1'd1)begin

              wt_cnt <= 1'd0;

              led_reg    <= wt_reg1;

           end

       end

    end

    

    assign IP2Bus_IntrEvent[1]  = ~wt_cnt;

    assign led1 = {~rd_cnt,wt_cnt,2'd0,led_reg};

t8255_v2_1_0.mpd文件里更改需要添加进的端口，代码如下

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## Ports

PORT key1 = "",DIR = I,VEC = [0:1]

PORT switch1 = "",DIR = I,VEC = [0:3]

PORT led1 = "",DIR = O,VEC = [0:7]

t8255.vhd同样，这里就不贴出来了。修改完成后，双击左边T8255IP添加进MICROBLAZE内核，并将其接入mb_plb总线，连接网表，连接t8255中断至microblaze—interrupt，下拉key1，switch1，和led1的选项，选择make external将IP端口引出，引出网标如下。分配t8255地址，至此整个工程结束图片如下：

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附件lab5为基于Spartan3e的EDK13.2工程，为多中断系统使用中断控制器例子。
Atyls_success为基于Atyls的EDK13.2工程，为单中断系统不使用中断控制器例子。
Lab_source为程序原文件。