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深入了解DSP中断及其应用场景

本章节的学习来自于TMS320F28377D参考手册和研旭例程。

学习DSP的中断，使用定时器产生中断。

目录

什么是中断：

TMS320F2837xD的中断架构：

外设阶段：

PIE阶段：

CPU阶段：

配置和使用中断

处理中断：

禁用中断：

中断应用一：使用定时器触发中断：

中断应用二：两个定时器触发中断：

什么是中断：

        中断是使CPU暂停当前执行并分支到称为中断服务程序(ISR)的不同代码的信号。这是处理外围事件的有用机制，并且涉及到比寄存器轮询更少的CPU开销或程序复杂性。但是，因为中断与程序流异步，所以必须注意避免在中断和主程序代码中访问的资源上的冲突。

       中断通过一系列标志和使能寄存器传递到CPU，标志寄存器存储中断，直到它被处理。使能寄存器阻止中断的传递。当中断信号到达CPU时，CPU从称为向量表的列表中提取正确的ISR地址。放下当前的动作，跳转到ISR指向的地址工作。

TMS320F2837xD的中断架构：

        下图为TMS320F2837xD的中断架构，C28x CPU有14个外设中断线。其中两个(INT13和INT14)分别直接连接到CPU定时器1和2。其余12个通过增强型外设中断扩展模块(ePIE或缩写版PIE)连接到外设中断信号，PIE将多达十六个外设中断复用到每个CPU中断线中。它还扩展向量表，以允许每个中断具有自己的ISR。这允许CPU支持大量的外设。

        中断的路径分为三个阶段：外设阶段，PIE阶段，CPU阶段。由上面的中断结构可知，并不是所有的中断都存在这三个阶段，比如说INT13和INT14不通过外设和PIE直接到达了CPU，所以他只有CPU阶段。

外设阶段：

        外设产生信号传输大到GPIO中，通过配置GPIO接收中断信号。例如当我按下按钮GPIO接收到一个上升沿，这个上升沿就是判定为中断信号。

PIE阶段：

        PIE为每个外设中断信号提供单独的标志和使能寄存器位，这些标志和寄存器根据其相关的CPU中断进行分组。每个PIE组都有一个16位使能寄存器(PIEIERx) ，一个16位标志寄存器(PIEIFRx）和PIE应答寄存器(PIEACKx)。

        当CPU接收到中断时，它从PIE中获取ISR的地址。PIE返回已标记和已启用的在向量组中最低编号通道的向量。当多个中断请求时,这为较低编号的中断提供了更高的优先级。如果没有中断被标志和使能，PIE返回通道1的向量。除非软件在中断传递时改变PIE的状态，否则不会发生这种情况。

        简言之就是当外设中断产生后，相应的PIE标志寄存器就会置位，只有配置好相应的PIE使能位中断才会进一步被传递，当对应的PIEACK为0时中断就进入了CPU。

CPU阶段：

        与PIE类似， CPU为其每个中断提供标志和使能寄存器位。有一个使能寄存器（IER)和一个标志寄存器(IFR)，两者都是内部CPU寄存器。还有一个全局中断屏蔽，由ST1寄存器中的INTM位控制。可以使用.CPU的SETC指令设置和清除该掩码。在C代码中, controlSUITE的DINT和EINT宏可用于此目的。对IER和INTM的写操作是内核操作。特别是,如果INTM被清零，流水线中的下一条指令将在中断禁用的情况下运行。不需要软件延迟。

假如此时外设发生了中断。

  1. 中断对应组的标志位会被置一。
  2. 如果使能了这一组的中断，中断会被进一步的传递。
  3. 如果此时对应组的应答位为0，则中断进一步被传递。如果为1可能该组还有未被执行完的中断，需等待。需要注意：当完成中断时要在程序中对ACK进行清零，否则会导致后续中断无法进入。
  4. 该组的IFR被置一。
  5. 如果是能了该组的中断，中断进一步被传递。
  6. 如果INTM被置零，CPU接收中断。
  7. 在通道的 D2 或更后阶段的任何指令都要完成。早期阶段的指令被刷新。（不懂）
  8. CPU将其上下文保存在堆栈中。
  9. 清除IFR.x和 IER.xNTM设置。EALLOW 被清除。
  10. CPU从PIE中获取ISR向量。PIEIFRx.y被清除。
  11. CPU分支到ISR

配置和使用中断

第一次上电时。默认是不开启中断的。PIEIER和IER会被置零，INTM被置一。

要启用外设中断，请执行以下步骤：

1. 全局禁止中断(DINT或SETC INTM)。

2. 通过设置 PIECTRL 寄存器的 ENPIE 位来使能 PIE。

3. 将每个中断的 ISR 向量写入 PIE 向量表中的相应位置，可在 Table3-2 中找到。

4,为每个中断设置相应的PIEIERx位。PIE组和通道分配可以在Table 3-2中找到。

5,为包含已启用中断的任何PIE组设置CPU IER位。

6. 在外设中使能中断。

7,全局使能中断(EINT或CLRC INTM) 。

步骤 4 不适用于直接连接到 CPU 的 Timer1 和 Timer2 中断。

处理中断：

在中断服务程序中需要执行以下操作：

ISR与正常功能类似,但必须执行以下操作:

1. 保存和恢复某些 CPU 寄存器（如果使用）的状态。

2. 清除中断组的PIEACK位。

3. 使用IRET 指令返回。

如果函数使用interrupt关键字定义, TMS320C28xC编译器会自动处理需求1和3。用户代码必须手动清除中断组的PIEACK位，这通常在ISR结束时完成。如果PIEACK位未被清零, CPU将不会从该组接收任何进一步的中断。这不适用于不通过PIE的Timer1和Timer2中断。

禁用中断：

        要禁用所有中断，请通过DINT或SETC INTM设置CPU的全局中断掩码。在设置INTM 或修改IER 后不需要添加NOP下一个指令将在中断禁用时执行。可以使用PIEIERx寄存器禁止各个中断,但必须注意避免竞争条件。如果在PIEIER写入完成时中断信号已经传播，则它可能到达 CPU 并触发伪中断条件。为避免这种情况，请使用以下过程：

1,全局禁止中断(DINT或SETC INTM)。

2. 清除中断的 PIEIER 位。

3. 等待5个周期,以确保任何传播中断已到达CPUIFR寄存器。

4. 清除中断PIE组的CPUIFR位。

5. 清除中断PIE组的PIEACK位。

6. 全局使能中断(EINT或CLRC INTM)。

        可以使用 CPU IER 寄存器禁止中断组。这不会引起竞争条件，因此不需要特殊的过程。

PIEIFR位永远不能在软件中清零，因为读/修改/写操作可能会导致传入中断丢失。清除PIEIFR位的唯一安全方法是让CPU接受中断。以下过程可用于绕过正常ISR:

1. 全局禁止中断（DINT 或SETC INTM)。

2. 修改PIE向量表,将PIEIFR位的中断向量映射到空ISR。此ISR将仅包含中断指令(IRET)的返回。

3. 禁止外设寄存器中的中断。

4. 全局使能中断(EINT或CLRC INTM)。

5. 等待空ISR处理请求的中断。

6. 全局禁止中断。

7. 修改PIE向量表,将中断向量映射回其原始ISR.

8. 清除中断PIE组的PIEACK位。

9. 全局启用中断。

中断应用一：使用定时器触发中断：

void main(void)
{
    //Step 1.初始化系统控制:锁相锁、看门狗、使能外围时钟
    InitSysCtrl();

    //Step 2. 初始化GPIO
    InitGpio();
    GPIO_Setup();
    //Step 3. 清除所有中断并初始化PIE向量表
    //禁用CPU中断
    DINT;

    //将PIE控制寄存器初始化为其默认状态。默认状态是禁用所有PIE中断并清除标志。
    InitPieCtrl();

    //禁用CPU中断并清除所有CPU中断标志:
    IER = 0x0000;
    IFR = 0x0000;

    //初始化中断向量表
    InitPieVectTable();

    //关联ISR函数。
    EALLOW;  //这是写入EALLOW保护寄存器所必需的
    PieVectTable.TIMER0_INT = &cpu_timer0_isr;
    EDIS;
    InitCpuTimers();   //本例中只初始化Cpu0 Timers

    //ConfigCpuTimer括号里第一个是选择定时器，第 2个是定时器频率，单位是MHZ，第三个是设置定时器周期，单位是 us。
    ConfigCpuTimer(&CpuTimer0, 200, 500000);

    //为了确保精确的计时，请使用只写指令来写入整个寄存器。
    //因此，如果ConfigCpuTimer和InitCpuTimers(在F2837xS cputimervars h中)中的任何配置位被更改，则下面的设置也必须更新。
    CpuTimer0Regs.TCR.all = 0x4000;  //启动CPU定时器，并且定时器减至0时请求中断。

    //Step 5. 用户特定代码，启用中断:
    //使能与CPU- timer 0相连的CPU Iint1
    IER |= M_INT1;
    //IER |= M_INT13;
    //IER |= M_INT14;

    //使能PIE中的TIMERO:组1中断7
    PieCtrlRegs.PIEIER1.bit.INTx7 = 1;
    //启用全局中断和更高优先级的实时调试事件:
    EINT;  // 启用全局中断INTM
    ERTM;  // 启用全局实时中断DBGM

    //Step 6. 空闲循环:
    while(1)
    {

    }
}

__interrupt void cpu_timer0_isr(void)
{
   CpuTimer0.InterruptCount++;

   GpioDataRegs.GPATOGGLE.bit.GPIO0 = 1;
   GpioDataRegs.GPATOGGLE.bit.GPIO1 = 1;
   GpioDataRegs.GPATOGGLE.bit.GPIO2 = 1;
   GpioDataRegs.GPATOGGLE.bit.GPIO3 = 1;
   GpioDataRegs.GPATOGGLE.bit.GPIO4 = 1;
   GpioDataRegs.GPATOGGLE.bit.GPIO5 = 1;

   // Acknowledge this interrupt to receive more interrupts from group 1
   PieCtrlRegs.PIEACK.all = PIEACK_GROUP1;
}

 开发板中的现象就是LED闪烁，用示波器测量LED的电平，翻转时间正好是500ms。中断计数每500ms增加一次。

中断应用二：两个定时器触发中断：

我们再添加一个TIMER1中断。令CPU定时器1每间隔1s进入一次中断。

void main(void)
{
    //Step 1.初始化系统控制:锁相锁、看门狗、使能外围时钟
    InitSysCtrl();

    //Step 2. 初始化GPIO
    InitGpio();
    GPIO_Setup();
    //Step 3. 清除所有中断并初始化PIE向量表
    //禁用CPU中断
    DINT;

    //将PIE控制寄存器初始化为其默认状态。默认状态是禁用所有PIE中断并清除标志。
    InitPieCtrl();

    //禁用CPU中断并清除所有CPU中断标志:
    IER = 0x0000;
    IFR = 0x0000;

    //初始化中断向量表
    InitPieVectTable();

    //关联ISR函数。
    EALLOW;  //这是写入EALLOW保护寄存器所必需的
    PieVectTable.TIMER0_INT = &cpu_timer0_isr;
    PieVectTable.TIMER1_INT = &cpu_timer1_isr;
    EDIS;
    InitCpuTimers();   //本例中只初始化Cpu0 Timers

    //ConfigCpuTimer括号里第一个是选择定时器，第 2个是定时器频率，单位是MHZ，第三个是设置定时器周期，单位是 us。
    ConfigCpuTimer(&CpuTimer0, 200, 500000);
    ConfigCpuTimer(&CpuTimer1, 200, 1000000);

    //为了确保精确的计时，请使用只写指令来写入整个寄存器。
    //因此，如果ConfigCpuTimer和InitCpuTimers(在F2837xS cputimervars h中)中的任何配置位被更改，则下面的设置也必须更新。
    CpuTimer0Regs.TCR.all = 0x4000;  //启动CPU定时器，并且定时器减至0时请求中断。
    CpuTimer1Regs.TCR.all = 0x4000;  //启动CPU定时器，并且定时器减至0时请求中断。

    //Step 5. 用户特定代码，启用中断:
    //使能与CPU- timer 0相连的CPU Iint1
    IER |= M_INT1;
    IER |= M_INT13;
    //IER |= M_INT14;

    //使能PIE中的TIMERO:组1中断7
    PieCtrlRegs.PIEIER1.bit.INTx7 = 1;
    //启用全局中断和更高优先级的实时调试事件:
    EINT;  // 启用全局中断INTM
    ERTM;  // 启用全局实时中断DBGM

    //Step 6. 空闲循环:
    while(1)
    {

    }
}
__interrupt void cpu_timer0_isr(void)
{
   CpuTimer0.InterruptCount++;

   GpioDataRegs.GPATOGGLE.bit.GPIO0 = 1;
   GpioDataRegs.GPATOGGLE.bit.GPIO1 = 1;
   GpioDataRegs.GPATOGGLE.bit.GPIO2 = 1;
//   GpioDataRegs.GPATOGGLE.bit.GPIO3 = 1;
//   GpioDataRegs.GPATOGGLE.bit.GPIO4 = 1;
//   GpioDataRegs.GPATOGGLE.bit.GPIO5 = 1;

   // Acknowledge this interrupt to receive more interrupts from group 1
   PieCtrlRegs.PIEACK.all = PIEACK_GROUP1;
}
__interrupt void cpu_timer1_isr(void)
{
   CpuTimer1.InterruptCount++;

//   GpioDataRegs.GPATOGGLE.bit.GPIO0 = 1;
//   GpioDataRegs.GPATOGGLE.bit.GPIO1 = 1;
//   GpioDataRegs.GPATOGGLE.bit.GPIO2 = 1;
   GpioDataRegs.GPATOGGLE.bit.GPIO3 = 1;
   GpioDataRegs.GPATOGGLE.bit.GPIO4 = 1;
   GpioDataRegs.GPATOGGLE.bit.GPIO5 = 1;

   // Acknowledge this interrupt to receive more interrupts from group 1
   //PieCtrlRegs.PIEACK.all = PIEACK_GROUP1;
}

        INT13是直接连接到CPU上的，不需要在PIE中使能（想使能也找不到位置），也不需要在最后清PIEACK。如果timer0不在PIE中使能和在中断中清除PIEACK都不能正常的进行中断。

到这里就明白中断的基本原理了。

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