Cortex-M0处理器支持两种形式的中断请求:电平触发和脉冲输入。
电平触发是指外设的中断请求保持持续的电平信号。如果在处理器从中断服务子程序(ISR)返回之前未取消电平信号,那么一旦中断返回,已经服务过的中断将再次触发。
脉冲中断是在信号上升沿同步采样的中断信号。为了确保嵌入式向量中断控制器(NVIC)能够检测到中断,外设必须保持中断信号至少一个时钟周期。在此期间,NVIC会检测脉冲并锁存中断。后续的脉冲可以将挂起状态添加到活动中断中,使其状态变为活动但挂起。然而,在有限的时间周期内发生的多个脉冲只被记录为中断调度的单个事件。
关于哪些中断是电平触发的,哪些是脉冲触发的,具体的选择取决于芯片的设计。然而,大多数外设使用电平触发中断输出。
1. 电平触发和脉冲输入
Cortex-M0处理器锁存所有中断,外围中断成为等待其中一个原因是:
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NVIC检测到中断信号被置位并且对应的中断不是active -
NVIC检测到中断信号的上升沿 -
软件写入相应的中断集挂起寄存器位
挂起的中断将一直挂起,直到下列情况之一发生:
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处理器为中断进入ISR,这将改变中断的状态等待活跃:
对于电平触发型中断,当处理器从ISR返回时,NVIC采样中断信号。如果中断信号仍然有效,表示中断的状态更改为pending,这可能会导致处理器立即重新进入ISR。否则,中断的状态将变为非活动状态。
对于脉冲触发型中断,NVIC继续监视中断信号,如果这样触发时,中断状态变为挂起和活动状态。在这种情况下,当处理器从ISR返回中断状态时,中断状态变为挂起状态可能会导致处理器立即重新进入ISR。如果中断信号不是脉冲而处理器是在ISR,当处理器从ISR返回中断状态变为非活动状态。
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软件写入相应的中断清除寄存器位。
对于电平触发型中断,如果中断信号仍然有效,则中断的状态中断不会改变。否则,中断的状态将变为非活动状态。
对于脉冲中断,中断状态变为:
inactive,如果状态是pending active,如果状态是活动的和挂起的
2. 中断处理
当中断事件发生时,由于外设连接到了NVIC上,中断信号就会得到确认。在处理器执行中断服务并且没有清除外设的中断的信号以前,该信号会保持高电平。
在NVIC内部,当检测到有中断发生时,该中断的挂起状态会被置位,当处理器接受该中断并且开始执行中断服务后,挂起状态就会被清除。
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针对脉冲输入的中断请求,这种情况下,在中断得到服务之前,挂起状态寄存器将会一直保持该请求。
![image-20231108221140281](https://pic.imgdb.cn/item/654b974cc458853aef91c37c.png)
如果中断请求没有立即执行,并且在确认之前被软件清除了,处理器将会忽略掉本次请求,并且不会执行中断处理。
如果在软件清除挂起状态时,外设仍然保持着中断请求,挂起状态寄存器还会立即生成。
3. 中断等待
通常情况下,处理器的中断等待时间为16个周期,这个等待时间从中断确认的处理器时钟周期开始,一直到中断处理开始执行结束。
计算中断等待需具备以下前提:
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该中断使能并没有PRIMASK或者其他正在执行的异常处理所屏蔽 -
存储器系统没有任何等待状态,在中断处理、压栈、取向量表或者中断处理开始时取指都会用到总线传输,如果存储器系统需要等待,那么总线传输时产生的等待状态则可能使得中断延迟。
下面几种情况可能会导致不同的中断等待:
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中断的咬尾连锁,如果一个中断返回时立即产生另外一个中断请求,处理器就会跳过出栈和压栈时间,减少了中断等待时间。 -
延迟到达,如果中断发生时,另外一个低优先级中断正在进行压栈处理,由于延迟到达,高优先级的中断就会立即执行,这样会导致高优先级的中断等待时间减少。
4. 异常屏蔽寄存器PRIMASK
有些对时间敏感的应用,需要在短时间内禁止响应所有的中断,对于这种应用,处理器不是直接使用中断使能、禁止控制寄存器来禁止所有中断再恢复,而是一个单独的特殊寄存器 – PRIMASK,通过它可以屏蔽掉除了NMI和HardFault异常的其他的所有的中断和系统异常。
PRIMASK寄存器只有1位有效,并且在复位后默认为0。该寄存器为0时,所有的中断和异常都处于允许状态,设置为1后,只有NMI和HardFault处于使能状态。
MOVS R0, #0x1 ; //中断#2
MSR PRIMASK , R0 ; //将R0的值送到PRIMASK
NVIC编程提示软件使用CPSIE i和CPSID i指令来启用和禁用中断。
CPSIE i ; //清除 PRIMASK(使能中断)
CPSID i ; //设置 PRIMASK(不响应中断)
CMSIS设备驱动库提供了C语言的实现函数,用户可以直接使用函数来设置和清除PRIMASK寄存器:
void __disable_irq(void) //不响应中断
void __enable_irq(void) //启用中断
在对时间敏感的程序完成后,应该清除PRIMASK。要不然即使在中断处理中使用__disable_irq()函数,处理器将停止接受新的中断请求。主要原因是PRIMASK寄存器和Xpsr是相互独立的,因此异常返回不会影响中断屏蔽状态。
5. NVIC使用提示
确保软件使用正确对齐的寄存器访问,处理器不支持对 NVIC 寄存器的未对齐访问。
即使中断被禁用,它也可以进入挂起状态。
禁用中断只能防止处理器处理中断。
在对中断向量表重定义之前,必须包含所有的异常中断,例如 NMI、HardFault 和外设中断等。
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