.Net Micro Framework的中断处理机制相对比较简单,不支持中断嵌套,中断优先级功能的实现由相关硬件提供支持,软件层面仅仅进行相关优先级的设定即可。
下面以TI DM335开发板为例简单介绍一下相关技术细节(这里仅介绍普通中断IRQ)。
1 中断向量表
我们知道中断向量表一般默认的存放在内存0起始地址处。
先让我们在NativeSample或TinyCLR目录中找到Scatterfile_tools_xxx.xml文件,我们会发现在其中都会有如下这么一段文字:
<ExecRegion Name="ER_RAM_RO" Base="0x00000000" Options="ABSOLUTE" Size="0x1A000">
<FileMapping Name="VectorsTrampolines.obj" Options="(+RO, +FIRST)" />
</ExecRegion>
这是一个编译选项,告诉ARM编译器,连接时把VectorsTrampolines.obj的相关内容放在位置0处(我们可以用WinHex查看编译后的Bin文件,我们会发现Bin文件中最开始的内容就是中断向量表的内容)。
下面是VectorsTrampolines.s文件的汇编代码:
;**************************************************************************
IMPORT UNDEF_SubHandler
IMPORT ABORTP_SubHandler
IMPORT ABORTD_SubHandler
IMPORT IRQ_Handler ; from stubs.cpp
EXPORT ARM_Vectors
;**************************************************************************
AREA |.text|, CODE, READONLY
; ARM directive is only valid for ARM/THUMB processor, but not CORTEX
IF :DEF:COMPILE_ARM :LOR: :DEF:COMPILE_THUMB
ARM
ENDIF
ARM_Vectors
; RESET
RESET_VECTOR
b UNDEF_VECTOR
; UNDEF INSTR
UNDEF_VECTOR
ldr pc, UNDEF_SubHandler_Trampoline
; SWI
SWI_VECTOR
DCD 0xbaadf00d
; PREFETCH ABORT
PREFETCH_VECTOR
ldr pc, ABORTP_SubHandler_Trampoline
; DATA ABORT
DATA_VECTOR
ldr pc, ABORTD_SubHandler_Trampoline
; unused
USED_VECTOR
DCD 0xbaadf00d
; IRQ
IRQ_VECTOR
ldr pc, IRQ_SubHandler_Trampoline
; FIQ
; we place the FIQ handler where it was designed to go, immediately at the end of the vector table
; this saves an additional 3+ clock cycle branch to the handler
FIQ_Handler
IF :DEF: FIQ_SAMPLING_PROFILER
ldr pc,FIQ_SubHandler_Trampoline
FIQ_SubHandler_Trampoline
DCD FIQ_SubHandler
ENDIF
UNDEF_SubHandler_Trampoline
DCD UNDEF_SubHandler
ABORTP_SubHandler_Trampoline
DCD ABORTP_SubHandler
ABORTD_SubHandler_Trampoline
DCD ABORTD_SubHandler
; route the normal interupt handler to the proper lowest level driver
IRQ_SubHandler_Trampoline
DCD IRQ_Handler
;**************************************************************************
从中我们可以看出,当硬件触发IRQ中断时,跳转的最终位置为IRQ_Handler。
【疑问】中断向量表的内容最开始的时候一定是存放在Flash(或其它存储介质)中,它是如何被转移到内存0处的呢(当然调试时也可以通过调试器把中断向量表直接Download到内存中去)?
【解答】在FirstEntry.s汇编代码中有这么一句代码 “bl BootstrapCode”,BootstrapCode是一个子函数,该函数优先于“b BootEntry”执行,在BootstrapCode函数中又调用了一个子函数PrepareImageRegions,在PrepareImageRegions函数中我们就可以看到拷贝中断向量表的相关代码:
UINT32* src = (UINT32*)&LOAD_RAM_RO_BASE;
UINT32* dst = (UINT32*)&IMAGE_RAM_RO_BASE;
UINT32 len = (UINT32 )&IMAGE_RAM_RO_LENGTH + (UINT32)&Image$$ER_RAM_RW$$Length;
Prepare_Copy( src, dst, len );
注:FIQ_SAMPLING_PROFILER选项是没有定义的,所以在DM335开发板上支持FIQ是有问题的。
2 中断函数(IRQ_Handler)
中断向量表一经设置,则触发相关中断时,CPU会把PC指针指到相关的入口地址处,对IRQ中断来说,其入口地址就是IRQ_Handler。
对DM335平台,IRQ_Handler函数的内容如下:
void __irq IRQ_Handler(void)
{
DM335_INTC_Driver::IRQ_Handler();
}
void /*__irq*/DM335_INTC_Driver::IRQ_Handler(void)
{
DM335_INTC &pAic = DM335::INTC();
unsigned int index;
// set before jumping elsewhere or allowing other interrupts
SystemState_SetNoLock(SYSTEM_STATE_ISR);
SystemState_SetNoLock(SYSTEM_STATE_NO_CONTINUATIONS);
while(pAic.IRQENTRY != 0x0)
{
index = (pAic.IRQENTRY>>2) - 1;
if(index < 32)
pAic.IRQ0 |= 1 << index;
else
pAic.IRQ1 |= 1 << (index % 32);
s_IsrTable[index].Handler.Execute(); //执行对应的中断处理函数
}
SystemState_ClearNoLock(SYSTEM_STATE_NO_CONTINUATIONS); // nestable
SystemState_ClearNoLock(SYSTEM_STATE_ISR); // nestable
}
在中断函数执行之前,其实已经执行了中断寄存器的初始工作,比如根据需要打开或关闭(Enable/Disable)相关的中断,对我们的应用来说串口和USB的中断是要打开的,而DMA中断就是关闭的。此外根据你应用的需求,你也可以设置不同中断的优先级(0~7,其中0~1对应快速中断,对我们来说由于快速中断无效,所以中断的优先级最高可设为2)。
相同等级的中断同时来到,是谁来排序呢?
对DM335来说,是由硬件完成的,DM335提供一个寄存器IRQENTRY,IRQENTRY寄存器中存放的值,就是下一个要执行的中断号(要经过一定的换算),该寄存器就像一个队列的出队口,排好队的中断依次出列,直到IRQENTRY的值为0为止(表示当前队列中没有任何中断被触发)。
(当然我们也可以直接根据IRQ0和IRQ1中的值触发二级中断函数,但是这样来做,设定的中断优先级就没有任何意义了。)
这时候我们就可以根据不同的中断号,执行相对应的二级中断函数了。
那中断来了,程序是如何知道该执行那个二级中断函数呢?请看下一节内容就明白了。
3 中断连接函数
CPU_INTC_ActivateInterrupt函数是把硬件的中断号和要执行的中断函数联系起来,其原型是:
BOOL CPU_INTC_ActivateInterrupt(UINT32 Irq_Index, HAL_CALLBACK_FPN ISR, void *ISR_Param);
Irq_Index – 中断号(可根据相关硬件手册进行设定)
ISR – 该中断触发时所要执行的中断函数
ISR_Param –中断函数的入口参数(可以为空)
当然根据需要也可以断开这种连接,或关掉相应的中断,这些函数由于比较好理解,所以这里就不过多介绍了。
我们以USB驱动为例,简单介绍一下CPU_INTC_ActivateInterrupt函数的使用,在USB的初始化函数中,我们添加了如下代码:
CPU_INTC_ActivateInterrupt(DM335_INTC::c_IRQ_Index_USBINT, Global_ISR, NULL);
其中断函数Global_ISR的部分代码如下:
void DM335_USB_Driver::Global_ISR(void *Param)
{
DM335_USB &usb = DM335_USB::Type();
UINT32 endpoint = 0;
UINT32 tmp = usb.Base.INTSRCR;
usb.Base.INTCLRR = usb.Base.INTSRCR;
//在这里面就可以根据USB相关寄存器的值,确定那一个中断被触发了
// … …
}
这样一层一层,由根到枝,按图索骥,获知实际的中断,并最终执行相关的处理代码(如接收数据或发送数据等等)。
4 中断控制
在Porting Kit提供的样例代码中,我们会在中断函数中看到不少GLOBAL_LOCK(irq)代码,由于MF目前不支持中断嵌套,所以从某种意义上说,在中端函数中添加代码GLOBAL_LOCK(irq)是没有意义的(对IRQ中断来说,CPU在触发该中断时,就已经关闭了IRQ中断位,除非你在中断函数中又打开了,当然你这样做的目的一般就是支持中断嵌套了,这部分内容暂不在讨论之列)。
GLOBAL_LOCK是一个宏,其实现为:
#define GLOBAL_LOCK(x) SmartPtr_IRQ x
而SmartPtr_IRQ类的代码为:
class SmartPtr_IRQ
{
UINT32 m_state;
void* m_context;
public:
SmartPtr_IRQ(void* context=NULL) { m_context = context; Disable(); }
~SmartPtr_IRQ() { Restore(); }
…
}
void SmartPtr_IRQ::Disable()
{
UINT32 Cp;
UINT32 Cs;
__asm
{
MRS Cp, CPSR
ORR Cs, Cp, #0x80
MSR CPSR_c, Cs
}
m_state = Cp;
}
void SmartPtr_IRQ::Restore()
{
UINT32 Cp = m_state;
if((Cp & DISABLED_MASK) == 0)
{
ASSERT_SYSTEM_IRQ_MODE(Cp);
__asm
{
MRS Cp, CPSR
BIC Cp, Cp, #0x80
MSR CPSR_c, Cp
}
}
}
由以上代码可知,定义SmartPtr_IRQ的实例的同时,就执行了构造函数,也就是执行了Disable函数(关闭IRQ中断)。换句话说,GLOBAL_LOCK(irq)代码的作用就是,在irq的生命周期内关闭IRQ中断。
相信,如果MF的后续版本开始支持中断嵌套,该部分的内容才会变的复杂。
5 补充说明
MF应用程序(C#)中的中断(或事件函数)其实和我们这章内容所说的中断不是一会事,由以上内容我们可以了解到,中断函数串序执行,所以每一个中断函数执行时间尽量短,否则整个系统的效率便会大大降低。所以我们上层的事件函数是不可能直接勾连在中端函数内,因为在实际的应用中,我们非常有可能在事件函数中执行很多耗时的操作的。实际上TinyCLR代码对这两部分进行了一定得隔离处理,等我们有时间在一一剖析相关的实现机理。
除了中断函数被执行外,对嵌入式应用来说剩下的也就是一个Main函数(对MF来说就是ApplicationEntryPoint)和一个while循环了。对于我们的TinyCLR来说其实就是一个在相对简陋的操作系统上的一个精彩应用而已:
void ApplicationEntryPoint()
{
CLR_SETTINGS clrSettings;
memset(&clrSettings, 0, sizeof(CLR_SETTINGS));
clrSettings.MaxContextSwitches = 50;
#if !defined(BUILD_RTM)
clrSettings.PerformGarbageCollection = false;
clrSettings.PerformHeapCompaction = false;
#endif
clrSettings.WaitForDebugger = false;
ClrStartup( clrSettings );
#if !defined(BUILD_RTM)
debug_printf( "Exiting."r"n" );
#else
::CPU_Reset();
#endif
}