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单片机多中断处理技术研究
程序匠人 发表于 2006-4-11 19:34:00 阅读全文 | 回复(0) | 引用通告 | 编辑 |
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作者：边增远 曾… 文章来源：http://www.embed-mcu.com
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摘 要： 为了解决PIC系列单片机在处理多中断时不具备处理"高级优先处理"能力的问题，本文分析了多中断同时出现时的相关处理方法，并提出了一种以耗费一个指令周期为代价弥补了硬件设计上 "缺陷" 的技术。
关键词： 时序，多中断
1．引 言：
中断技术的应用大大提高了CPU的有效使用率，有效提高了资源的利用率。中断的性能同时也就成了衡量芯片性能的标准。新开发的芯片增加了很多的中断源，如 PIC16F877的中断源已经达到14个，可谓相当丰富；但同时也带来了一些难题：如此多的中断源在处理时很容易产生中断冲突，如何有效的处理中断到达时的时序，其算法应该如何实现成了首先需要解决的问题，
2．中断处理技术
为了解决多中断带来的问题，有必要清楚单个中断到达时的处理技术，首先简要介绍中断的基本原理：计算机在执行某一程序过程中，由于计算机系统内外原因,而必须中止原程序的执行，转去执行相应的处理程序，待处理结束后再回来继续执行中止程序。当只有一个事件被响应，进入中断执行中断程序，这较易被处理，当两个，三个，甚至更多的中断同时产生的时候，处理起来就复杂多了，对于PIC系列单片机，其设计上虽然有很多中断，但是并没有规定中断的优先级。当遇到中断的时候，不做任何判断，而是先把指针指向0004H（中断起始地址），至于接下来如何操作则完全交给用户"软处理"完成。其中断时序图如下：
INT引脚中断时序图
其中时序图说明如下：
（1）中断开销时间＝3～4TCY,取决于是单周期还是双周期指令，这里的TCY为指令周期
（2）CLKOUT信号仅在RC振荡器下有效。
（3）INTF标志可在Q4～Q1期间的任何的时候把其置成高电平。
如果正当全局中断允许位GIE清零（禁止中断）时发生中断，GIE位可能会被用户的中断服务程序（RETFIE指令）无意地重新开放，能引起该事件发生有以下情况：
1． 在一个中断被响应时执行一条对GIE位置1的指令；
2． 程序正在转向中断矢量并执行中断服务程序；
在执行中断返回指令RETFIE后中断服务程序完成。这将引起GIE位被置1（开放中断）并且程序返回一条指令，而这条指令的下一条指令将禁止中断。
要确保整个中断被禁止的方法是通过以下程序代码使GIE位清零：
loop BCF INTCON,GIE
BTFCS INTCON,GIE
GOTO loop
3.多路中断处理技术
以上方法不能解决多路中断问题，因此有必要具体分析一下当最坏的情况发生时，即多路中断同时出现时的中断处理过程。
怎样出现的中断才能称为"多路中断同时出现"呢？通过上面的时序图，可以得出这样的结论：（1）当一个中断产生时，在一个周期范围内必然产生一个中断标志，由此触发全局中断禁止位。（2）判断中断的类型就是判断其对应中断的标志位。（3）在第一个诱发中断源产生中断时开始，到中断程序执行完成的范围内，如果有其它中断发生，那么都称为"多路中断同时出现"。
要处理多路中断问题，中断处理程序的算法大体上可以分为两类：弱中断优先级（使用CALL和RETURN方式）和强中断优先级（使用GOTO方式）。其程序结构图如下：
设第n个子程序的运行时间为Rn；同一个中断源的两次中断最小时间间隔In，在中断处理程序结构1中，中断1，中断2，中断3的优先权级为中断1＞中断 2＞中断3，这种方法在中断处理中广为使用。对于具有抢先优先级要求的程序可以通过第二个程序结构完成，即每执行完一个中断程序都重新检查该中断程序的中断标志位，如果其标志位又被置位，则执行该中断。为了确保第二个中断能够执行必须要求R1<I1，同样第三个能够执行的条件是R1+R2< I1+I2，第n个中断能够被执行的条件是Σ（Rn）<Σ（In），同时这也是程序能从中断中正常跳转出来的条件。对于普通的程序设计，这样的优先级一般能够满足用户的使用需求，但对于较大的程序设计往往需要更高的优先级甚至超优先级，也就是说即使正在执行中断程序，当"超优先级"中断到来的时候，马上就要停止当前工作，而去执行"超优先级"中断。要实现这种中断模式，完全可以在中断程序中添加一个或者几个判断指令来实现。以上图的GOTO结构方式为例，为了使ISR1拥有超高优先级，可以在ISR2中断程序中加入如下指令：
BTFSC INT1，INTIF ；判断INT1是否有中断
GOTO INT1 ；是！执行INT1中断
如果ISR2的程序较长或者ISR1的中断级较高，可以在ISR2中加入多条这样的语句。同样道理，为了形成ISR2的次高优先级，可以在ISR3中加入指令：
BTFSC INT2，INTIF ；判断INT2是否有中断
GOTO INT2 ；是！执行INT2中断
由此可以达到预期效果，这种方法主要是基于每个子程序的执行时间比较长而产生的，如果每个中断程序的执行时间都很短，那么也就没有必要牺牲这一个指令周期了，所以程序的设计应该力求中断的简洁。
为了能够编写好一个简洁的中断程序，应抓住中断的特点是具有实时性，针对实时中断数据采集系统，也就是中断的特点在于数据的采集。因此在中断程序中只应该处理数据采集和标志位的设置，而将数据的处理放在中断之外，由主程序通过循环检测执行数据处理工作，具体做法：先开辟一个"储存缓冲区"，作为采集来的数据的传递媒体，即存储采集数据，等待主程序的处理；中断程序负责数据的采集，并且将采集来的数据值赋给"存储缓冲区"；主程序通过条件循环语句反复检测" 存储缓冲区"情况，及时处理采集信息。这样在处理方法既能有效的实现中断的功能，又可以极大的缩减每个中断的时间，提高整个程序的反应速度。
4.结束语：
从上看出，灵活地应用中断，不但可以大量的节省CPU资源，而且能够使程序更加简化，具有更高的实时性和稳定性。在实际应用中应该注意将任务合理分配给中断和主程序，二者要分工明确，接口简单。这其中的技巧还需要在实践中多多摸索与体会。 | |
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