Встраиваемые системы. Проектирование приложений на микроконтроллерах семейства 68HC12/HCS12 с применением языка С - Стивен Барретт

Рис. 4.19. Таблица адресов, которым передается управление исключениями в пользовательском и отладочном режимах работы МК

4.10.4. Система приоритетов для исключений

Среди представленного множества событий, которые могут вызвать исключения, ряд событий обладают большей значимостью для системы, чем другие. В микропроцессорной технике значимость события характеризуют термином «приоритет». События большей значимости обладают более высоким приоритетом. Рассматривая множество исключений для 68HC12/HCS12, можно отметить, что все немаскируемые источники исключений по умолчанию наделены более высоким приоритетом, нежели маскируемые. Поэтому, если в один и тот же момент времени поступят два запроса, то первым будет обслужен немаскируемый запрос, который обладает более высоким приоритетом. Затем будет выполнена подпрограмма обслуживания запроса с низшим приоритетом, в нашем случае этот запрос маскируемый.

Немаскируемые запросы исключений также ранжируются по приоритету. В приведенном ниже списке приоритет событий снижается с увеличением номера записи:

1. Внешний сброс по входу   или сброс по нарастанию напряжения питания POR;

2. Сброс по монитору системы тактирования;

3. Сброс по переполнению сторожевого таймера COP;

4. Программное прерывание SWI;

5. Немаскируемое прерывание по входу .

Очередность приоритетов маскируемых прерываний отображена на рис. 4.17. Чем выше строка источника события в таблице векторов, тем выше его приоритет. Однако приоритет маскируемого прерывания может быть повышен посредством записи соответствующей комбинации битов в регистр уровня приоритета HPRIO. Код, который следует записать в регистр HPRIO для назначения выбранному источнику запросов наивысшего приоритета среди маскируемых прерываний, приведен в последней колонке таблицы рис. 4.17. Следует помнить, что изменение кода в регистре HPRIO возможно только при единичном значении глобальной маски прерываний I, т.е. когда маскируемые прерывания запрещены. После повышения уровня прерывания какого либо запроса остальные источники запросов сохраняют приведенное в таблице векторов прерываний рис. 4.17 распределение приоритетов.

1. Какой код должен быть записан в регистр HPRIO, чтобы приоритет прерывания от аналого-цифрового преобразователя стал наивысшим среди маскируемых прерываний?

Ответ: Код $D2 следует записать в регистр уровня приоритета HPRIO.

2. Приведите запись выражения на Си, которое реализует действие вопроса 1.

Ответ: HPRIO = 0xD2

3. Как изменятся приоритеты немаскируемых и маскируемых исключений после изменения приоритета прерывания от модуля АЦП в результате действий вопроса 1 или 2?

Ответ: Приоритеты немаскируемых исключений останутся без изменения. Приоритеты все маскируемых прерываний, кроме АЦП, понизятся на один уровень, но при этом по отношению друг к другу их приоритеты не изменятся.

4. Какие действия должен предпринять программист, чтобы после начального запуска МК присвоить входу   наивысший приоритет среди маскируемых прерываний?

Ответ: Никаких. В соответствие с таблицей приоритетов на рис. 4.17 вход   автоматически имеет наивысший приоритет среди маскируемых запросов.

4.10.5. Регистры подсистемы прерывания

Два регистра специальных функций используются для задания режимов подсистемы прерывания:

• INTCR — регистр управления внешним прерыванием по входу ;

• HPRIO — регистр уровня приоритета.

Формат регистра INTCR приведен на рис. 4.18. Для того чтобы разрешить прерывание по входу , необходимо командой CLI сбросить глобальную маску прерывания I в регистре признаков CCR центрального процессора и установить в 1 бит разрешения внешнего прерывания IRQEN в регистре INTCR (бит 6). Бит 7 регистра INTCR, именуемый IRQE, конфигурирует линию   на прием запроса при низком уровне сигнала (при IRQE = 0) или только по перепаду сигнала с 1 на 0 (при IRQE = 1). В первом случае, если активный низкий уровень на входе   установлен и поддерживается внешним устройством после завершения исполнения подпрограммы прерывания, МК воспримет такую ситуацию как новый запрос и снова перейдет к исполнению подпрограммы прерывания. Так будет продолжаться до тех пор, пока на входе внешнего прерывания   не установится логическая 1. Во втором случае, когда внешнее событие фиксируется только по перепаду сигнала   из 1 в 0, в аналогичных условиях будет распознан только один запрос на прерывание, соответственно и подпрограмма прерывания будет исполнена только один раз.

Рис. 4.20. Формат регистра HPRIO

Регистр уровня приоритета HPRIO предназначается для изменения уровня приоритета одного из источников маскируемых прерываний. Формат регистра HPRIO приведен на рис. 4.20. Если в регистр записать число, которое указано в правой колонке таблицы рис. 4.17, то соответствующий запрос получит наивысший приоритет среди группы маскируемых прерываний. В состоянии сброса МК регистр HPRIO устанавливается в $F2, что соответствует наивысшему уровню приоритета для запроса от внешнего устройства по входу , что и отражено в таблице векторов рис. 4.17.

4.11. Процесс перехода к подпрограмме прерывания

На рис. 4.12 показана последовательность действий МК семейства 68HC12/HCS12 по обработке запроса на прерывание, начиная с момента поступления запроса и заканчивая возвратом из подпрограммы прерывания к продолжению исполнения основной программы. При изучении механизма перехода к подпрограмме прерывания и возврата из нее Вам следует обратить внимание на то, какие действия совершаются аппаратными средствами МК, т.е. автоматически, а какие требуют программной поддержки, т.е. должны сопровождаться написанием специального программного кода.

Первый шаг при разработке прикладной программы, которая будет содержать подпрограммы прерывания, — создание в памяти таблицы векторов прерываний. Для этого в ячейки памяти с указанными в техническом описании МК адресами должны быть помещены адреса начала соответствующих подпрограмм прерывания. При написании исходного текста программы начальные адреса подпрограмм прерывания могут быть указаны в абсолютных значениях, т.е. в численном виде. Однако это неудобно при отладке программы, когда в результате исправления ошибок эти адреса будут изменяться. Поэтому более грамотно указывать в таблице векторов прерывания символьные имена подпрограмм прерывания. При программировании на ассемблере для этой цели обычно используется псевдокоманда Ассемблера «DW».

Второй шаг при разработке программы с прерываниями — инициализация начального значения указателя стека SP. Область стека используется микроконтроллером для хранения значений регистров центрального процессора во время исполнения подпрограммы прерывания. В МК семейства 68HC12/HCS12 при пересылке данных в память указатель стека сначала уменьшается на единицу, и только затем содержимое какого либо регистра загружается в память по новому адресу из SP. Поэтому начальное значение указателя стека должно быть равно увеличенному на единицу адресу последней ячейки в области стека. При программировании на Си программист обязан указать диапазон адресов области стека в опциях конфигурирования компилятора. Старший адрес этого диапазона будет загружен в указатель стека при исполнении файла Start.с.

Третий шаг — разрешить прерывания по выбранным источникам запросов. Это действие выполняется в два этапа. Сначала следует установить биты разрешения прерывания от каждого выбранного источника в соответствующем регистре специальных функций. Например, для прерывания от АЦП, должен быть установлен бит IRQEN в регистре INTCR. На втором этапе необходимо сбросить глобальную маску прерывания I в регистре признаков CCR. При программировании на ассемблере следует использовать команду «CLI».

После того, как указатель стека инициализирован и прерывания разрешены, пишется текст основной программы, которая будет являться фоновой программой. Поступление запроса на прерывание во время исполнения фоновой программы вызывает в микроконтроллере определенную последовательность действий (рис. 4.21), которую принято называть процессом перехода к подпрограмме прерывания.

Рис. 4.21. Последовательность действий МК при обслуживании запроса на прерывание

Наиболее вероятно, что запрос поступит в момент, когда центральный процессор уже начал, но еще не завершил исполнение очередной команды. В большинстве случаев исполнение текущей команды будет завершено, в счетчике PC будет сформирован адрес следующей команды основной программы, и только затем МК начнет процедуру перехода к подпрограмме прерывания. В отличие о других, МК семейства 68HC12/HCS12 обладают рядом специфических команд, время исполнения которых значительно превышает время исполнения традиционных команд ассемблера. К таким командам относятся инструкции нечеткой логики REV, REVW, WAV, которые могут потребовать для своего выполнения несколько сот циклов центрального процессора. Поэтому, при возникновении запроса, исполнение этих команд будет прервано с сохранением промежуточных результатов. Завершение исполнения инструкции произойдет после выполнения подпрограммы прерывания. Центральный процессор МК семейства 68HC12/HCS12 оснащен двухступенчатым конвейером команд. Это означает, что во время исполнения текущей команды регистры конвейера команд хранят выбранные из памяти коды двух следующих команд. Когда запрос на прерывание поступает, нормальный порядок исполнения команд фоновой программы нарушается. Поэтому хранящиеся в конвейере команд коды становятся бесполезными, и конвейер автоматически очищается. После этого в счетчике команд автоматически восстанавливается адрес первой не исполненной команды фоновой программы, к которой МК должен будет вернуться после прерывания. Далее содержимое программного счетчика PC и других регистров центрального процессора сохраняется в стеке. Последовательность загрузки в стек следующая (рис. 4.22): старший байт счетчика команд PCH, младший байт счетчика команд PCL, старший YH и младший YL байты индексного регистра Y, старший XH и младший XL байты индексного регистра X, аккумулятор B, аккумулятор A, регистр признаков CCR. Важно, что это сохранение выполняется микроконтроллером автоматически, никаких команд в подпрограмме прерывания для этого не требуется.