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  • 引起中断的事件称为
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    2018-11-12 23:13:23

    外部中断事件

    众所周知,CPU在计算机系统中,除了能够执行指令,进行运算外,还应该有输入输出功能。比如说,我现在在打字输入‘a’,CPU他会处理这个按键,并在你的屏幕上显示‘a’。我们想想,它能显示,是不是打印机工作了,打印机工作。是不是CPU给它指令了,那是不是我们按键,然后CPU处理并执行。

            那么,CPU现在要处理键盘(也就是外设的输入),很明显要解决两个问题。

    1. 我们是不是随时按按键他都能执行,那么CPU如何得知。
    2. CPU如何得到外设的输入,以及他如何区别键盘输入的内容。

    接口和端口

            CPU和外设的联系是通过端口实现并控制外设的输入和输出。外设的输入不直接送入内存和CPU,而是先送到相应接口芯片的端口中:输出也是如此。CPU向外设输出控制指令也是如此。

    中断信息

            我们现在知道了,外设的输入是存放在端口中,但是它随时都有可能发生,那么CPU如何及时的知道。也就是我们提出的第一个问题。这时,CPU提供中断机制来满足这种需求。 当CPU内部需要有处理的事情发生的时候,将产生终端信息,引发中断过程,中断过程此处不多讲。这种中断信息被称为内部中断。

            还有一种中断信息,来自于CPU外部,比如说外设的输入到达。CPU在执行完当前指令的时候,会读取中断控制器信息,引发中断过程,处理外设输入

    PC系统中外中断过程(可屏蔽):

    1. 取中断类型码;
    2. 标志寄存器入栈,IF = 0,TF = 0;
    3. CS,IP入栈;
    4. 得到中断服务程序的入口地址(IP) = (n*4),(cs) = (n*4+2)
    5. 处理中断服务程序

    PC系统中外中断过程(不可屏蔽):中断类型码固定为2,所以在中断过程中不需要取中断类型码

    1. 标志寄存器入栈,IF = 0,TF = 0;
    2. CS,IP入栈
    3. (IP) = (8),(CS) = (0AH)。

    这里主要举个键盘的外部中断例子

    键盘事件:int 09h中断

         当键盘输入到端口地址60h,相关控制芯片会向CPU发出中断类型号为9的可屏蔽外部中断信息,如果此时IF(中断屏蔽标志位)为1则执行相应的中断处理。处理如下

    1. 读出60h端口中的扫描码
    2. 将扫描码和字符码送入BIOS键盘缓冲区;如果是控制键他会将其转换成状态字节(二进制)送入存储键盘状态的单元(0040:17);
    3. 对键盘系统发出相关的控制。

    编写int 9 中断例程 :

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  • 中断

    2019-03-02 22:51:10
    1.中断相关概念 计算机中都配置了中断装置,用户程序执行过程中不但可通过系统调用,还可以用中断方式来请求和获得操作系统的服务。采用中断技术后还能实现...中断(interrupt)是指程序执行过程中,当发生某个事件...

    1.中断相关概念

    计算机中都配置了中断装置,用户程序执行过程中不但可通过系统调用,还可以用中断方式来请求和获得操作系统的服务。采用中断技术后还能实现CPU 和 I/O 设备交换信息使 CPU 与 I/O 设备并行工作。此外,在计算机运行过程中,还有许多事件会随机发生,如硬件故障、电源掉电、人机联系和程序出错等,这些事件必须及时加以处理。中断(interrupt)是指程序执行过程中,当发生某个事件时,中止 CPU 上现行程序的运行,引出处理该事件的服务程序执行的过程。在提供中断装置的计算机系统中,在每两条指令或某些特殊指令执行期间都检查是否有中断事件发生,若无则立即执行下一条或继续执行,否则响应该事件并转去处理中断事件。

    计算机处理突发事件的能力是由硬件和软件配合完成的。首先由硬件的中断装置发现中断事件;然后中断装置停止当前正在执行的程序,引出处理该中断事件的程序来处理。引起中断的事件称为中断源,发现中断源并产生中断事件的硬件称为中断装置
     

    2.中断的分类

    2.1.根据中断事件的性质分类

    根据中断事件的性质,中断可分为强迫性事件中断和自愿性事件中断

    2.1.1.强迫性事件中断

    强迫性事件中断是由于某种事故或外部请求信息所引起的,包括:

    • 机器故障中断事件,如电源故障;
    • 程序性中断事件,如除数为0;
    • 外部中断事件,如时钟的定时中断;
    • 输入输出中断事件,如设备出错,传输结束等。

    2.1.2.自愿性事件中断

    自愿性事件中断是运行的程序所期待的事件。由于程序执行了一条访管指令,程序对操作系统有某种需求,便自愿停止当前程序而转入中断处理程序进行处理,如要求OS协助启动外围设备工作。

    2.2.根据中断信号的来源分类

    根据中断信号来源可分为外中断和内中断。

    2.2.1.外中断

    一般又称为中断,是指来自处理器和主存储器之外的中断,包括:电源故障中断、时钟中断、控制台中断、它机中断和 I/O 中断等。

    2.2.2.内中断

    指来自处理器和主存内部的中断,一般又称陷入或异常,包括:通路校验错、主存奇偶错、非法操作码、地址越界、页面失效、调试指令、访管中断、算术操作溢出等各种程序性中断等。其中访管中断是由机器指令提供的特殊指令,该指令执行时将会引起中断。
    中断和陷入的区别在于:中断是由与现行指令无关的中断信号触发的,通常在两条机器指令之间才可以响应中断,一般而言,中断处理程序提供的服务不是为当前进程所需要的。而陷入则是由处理器正在执行的现行指令所引起的,因而,一条指令执行期间允许响应陷入,通常,陷入处理程序提供的服务是为当前进程所用的。

    3.中断装置

    发现中断源并产生中断事件的硬件称为中断装置。计算机处理突发事件的能力是由硬件和软件配合完成的。中断装置处理中断的流程如下:

    • 发现中断源,提出中断请求。当发现多个中断源时,将根据优先级先后发出中断请求。
    • 保护现场。将处理器中某些寄存器内的数据存放于内存储器,以便中断返回后恢复现场,程序继续运行。
    • 启动处理中断事件的中断处理程序。

    4.中断处理程序

    处理中断事件的程序称为中断处理程序它的主要任务是处理中断事件和恢复正常操作。由于不同中断源对应不同中断处理程序,故快速找到中断处理程序的入口地址是一个关键问题。寻找入口地址可用如下办法:在主存储器(常在低地址区)设置一张向量地址表,存储单元的地址对应向量地址,存储单元的内容为入口地址。 CPU响应中断后,根据预先规定的次序找到相应向量地址,便可获得该中断事件处理程序的入口地址。
    一个操作系统设计者将根据中断的不同类型和不同的应用环境,而确定不同的处理原则。具体地讲,一个中断处理程序主要做以下四项工作:

    • 保护未被硬件保护的一些必需的处理状态。例如,将通用寄存器的内容保存到主存储器,从而,使中断处理程序在运行中可以使用通用寄存器。
    • 识别各个中断源,分析产生中断的原因。
    • 处理发生的中断事件。中断处理程序将根据不同的中断源,进行各种处理操作。有简单的操作,如置一个特征标志;也有相当复杂的操作,如重新启动磁带机倒带并执行重读操作。
    • 恢复正常操作。恢复正常操作一般有几种情况:恢复中断前的程序按断点执行;重新启动一个新的程序或者甚至重新启动操作系统。
       

    5.中断的优先级和多重中断

    5.1.中断优先级

    在计算机执行的每一瞬间,可能有几个中断事件同时发生,这时,中断装置如何来响应这些同时发生的中断呢?一般说,中断装置按照预定的顺序来响应,这个按中断请求轻重缓急的程度预定的顺序称为中断的优先级,中断装置首先响应优先级高的中断事件。在一个计算机系统中,各中断源的优先顺序是根据某个中断源或中断级若得不到及时响应,造成计算机出错的严重性程度来定。当某一时刻有多个中断源或中断级提出中断请求时,中断系统如何按预先规定的优先顺序响应呢?可以使用硬件和软件两种办法。

    • 硬件:根据排定的优先次序做一个硬件链式排队器,当有高一级的中断事件产生时,应该封住比它优先级低的所有中断源;
    • 软件:编写一个查询程序,依据优先级次序,自高到低进行查询,一旦发现有一个中断请求,便转入该中断事件处理程序入口
    • 注意:中断的优先级只是表示中断装置响应中断的次序,而并不表示处理它的先后顺序。

    5.2.中断屏蔽

    主机可以允许或禁止某类中断的响应,如主机可以允许或禁止所有的输入输出中断、外部中断、机器校验中断以及某些程序性中断。对于被禁止的中断,有些以后可继续响应,有些将被丢弃。例如,对于被禁止的输入输出中断的条件将被保留以便以后响应和处理,对于被禁止的程序中断条件,除了少数置特征码以外,都将丢弃不管。有些中断是不能被禁止的,例如,计算机中的电源掉电中断,自愿性访管中断就不能被禁止。

    主机是否允许某类中断,由当前程序状态字(PSW,Programming Status Word)中的某些中断屏蔽位来决定。一般,当屏蔽位为 1 时,主机允许相应的中断,当屏蔽位为 0 时,相应中断被禁止。按照屏蔽位的标志,可能禁止某一类内的全部中断,也可能有选择地禁止某一类内的部分中断。有了中断屏蔽功能,就增加了中断排队的灵活性,采用程序的方法在某段时间中屏蔽一些中断请求,以改变中断响应的顺序。

    5.3.多重中断

    在一个计算机系统运行过程中,由于中断可能同时出现,或者虽不同时出现但却被硬件同时发现,或者出现在其他中断正在进行处理期间,这时 CPU 又响应了这个新的中断事件,于是暂时停止正在运行的中断处理程序,转去执行新的中断处理程序,这就叫多重中断(又称中断嵌套)一般来说,优先级别高的中断有打断优先级别低的中断处理程序的权利,但反之不允许优先级别低的中断干扰优先级别高的中断处理程序的运行
    对于多个中断,可能是同一中断类型的不同中断源,这时一般由同一个中断处理程序按预定的次序分别处理;也可能是不同类型的中断,这时可以按不同情况作如下处理:

    • 禁止再发生中断。在运行—个中断处理程序时,对任何新产生的中断不予理睬,这可以通过屏蔽某些中断来实现。这种方法简单易行,所有中断都严格按顺序处理,但没有考虑相对优先级和时间限制的要求。
    • 定义中断优先级。对于有些必须处理且优先级更高的中断源,采用屏蔽方法有时可能是不妥的,因此,在中断系统中往往允许在运行某些中断例行程序时,仍然可以响应中断,这时,系统应负责保护被中断的中断处理例行程序的现场,然后,再转向处理新中断的例行程序,以便处理结束时有可能返回原来的中断处理例行程序继续运行。操作系统必须预先做出规定,哪些中断类型允许嵌套?嵌套的最大级数?过多重的‘嵌套’将会增加不必要的系统开销。
    • 响应并进行中断处理。在运行中断处理例行程序时,如果出现任何程序性中断源,一般情况下,表明这时中断处理程序有错误,应立即响应并进行处理。
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  • 中断是当进程或事件需要立即引起注意时由硬件或软件发出的信号。它向处理器发出高优先级进程警报, 要求中断当前工作进程。在I/O设备中, 总线控制线之一专用于此目的, 称为总线控制线。中断服务程序(ISR). 当设备...

    中断是当进程或事件需要立即引起注意时由硬件或软件发出的信号。它向处理器发出高优先级进程警报, 要求中断当前工作进程。在I/O设备中, 总线控制线之一专用于此目的, 称为总线控制线。中断服务程序(ISR).

    当设备在进程i引发中断时, 处理器首先完成指令i的执行。然后, 它向程序计数器(PC)加载ISR的第一条指令的地址。在向程序计数器加载地址之前, 被中断指令的地址将被移至临时位置。因此, 在处理了中断之后, 处理器可以继续处理i + 1。

    在处理器处理中断时, 它必须通知设备其请求已被识别, 以便停止发送中断请求信号。此外, 保存寄存器以便将来可以恢复被中断的过程, 从而增加了接收中断到开始执行ISR之间的延迟。这称为中断延迟。

     

    硬件中断:

    在硬件中断中, 所有设备都连接到中断请求线。一条请求线用于所有n个设备。要请求中断, 设备会关闭其关联的开关。当设备请求中断时, INTR的值是来自各个设备的请求的逻辑或。

    处理IRQ涉及的事件顺序:

    1. 设备发出IRQ。
    2. 处理器中断当前正在执行的程序。
    3. 通知设备其请求已被识别, 并且设备停用请求信号。
    4. 所请求的动作已执行。
    5. 启用中断, 并恢复被中断的程序。

     

    处理多个设备:

    当多个设备发出中断请求信号时, 则需要其他信息来确定首先考虑哪个设备。以下方法用于决定选择哪个设备:轮询, 向量中断和中断嵌套。这些解释如下。

     

    轮询:

    在轮询中, 遇到IRQ位置1的第一个设备是首先要服务的设备。调用适当的ISR来提供相同的服务。这很容易实现, 但是通过查询所有设备的IRQ位会浪费很多时间。

     

    向量中断:

    在向量中断中, 请求中断的设备通过在总线上向处理器发送特殊代码来直接标识自己。这使处理器能够识别产生中断的设备。特殊代码可以是ISR的起始地址, 也可以是ISR在内存中的位置, 称为中断向量。

     

    中断嵌套:

    在这种方法中, I/O设备按优先级结构进行组织。因此, 识别出来自较高优先级设备的中断请求, 而不是来自较低优先级设备的请求。为了实现这一点, 每个进程/设备(甚至是处理器)。处理器仅接受优先级高于其的设备/进程的中断。

    处理器优先级编码在PS(进程状态寄存器)的几位中。可以通过写入PS的程序指令对其进行更改。仅在执行OS例程时, 处理器才处于监督模式。在执行应用程序之前, 它将切换到用户模式。

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    一、Cortex-M3 处理器内核 vs 基于Cortex-M3的MCU

    Cortex-M3 处理器内核是由 ARM 公司设计的,传统意义上的 ARM7/ARM9(简称A7/A9) 也是处理器内核,也是 ARM 公司设计的。

    Cortex‐M3处理器内核:故名思意就是单片机(MCU)的核心,是单片机的中央处理单元(CPU)

    完整的基于CM3的MCU还需要很多其它组件。在芯片制造商得到CM3处理器内核的使用授权后,它们就可以把CM3内核用在自己的硅片设计中,添加存储器,外设, I/O以及其它功能块。不同厂家设计出的单片机会有不同的配置,包括存储器容量、类型、外设等都各具特色。

    Cortex-M3 处理器内核 vs. 基于Cortex-M3的MCU

    二、中断和异常

    中断属于异常的一种。所有能打断正常执行流的事件都称为异常

    CM3 的所有中断机制都由 NVIC 实现。除了支持 240 条中断之外, NVIC 还支持 16‐4‐1=11 个内
    部异常源(保留了 4+1 个档位),可以实现 fault 管理机制。结果, CM3 就有了 256 个预定义的异常类型。其中编号为 1-15 的对应系统异常,大于等于 16 的则全是外部中断。

    类型编号为 1-15 的系统异常如表 7.1 所示(注意: 没有编号为 0 的异常),从 16 开始的外部中断类型如表 7.2 所示
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    虽然 CM3 是支持 240 个外中断的,但具体使用了多少个是由芯片制造商决定。 CM3 还有一个NMI(不可屏蔽中断)输入脚。当它被置为有效( assert)时, NMI 服务例程会无条件地执行。

    三、STM32外部中断(EXTI )

    STM32F103 是基于 CM3 内核设计的,ST 公司(芯片制造商)在原有 CM3 内核基础上,添加了储如定时器、串口、DMA等外设,最终组合成一个STM32单片机。其中 CM3 内核是整个单片机的核心部分,相当于CPU(大脑)

    所以 STM32 根据原有 NVIC 中断,从中选择性添加了部分中断,并重新命名与排序。下图是STM32的中断向量表:
    STM32的中断向量表
    从表中可以看出,STM32 对上文中 CM3 内核的系统异常/外部中断表重新进行了编排和删减,把编号从-3 至 6 的中断向量定义为系统异常。从编号 7 开始将原本 CM3 所描述的外部中断又分成了若干中断类型:外部中断(EXTI)、定时器中断、DMA中断等等。

    细心的朋友可能已经发现了这里有一个概念冲突:外部中断。释义如下:

    CM3 内核描述中的外部中断均是相对于内核而言的,比如串口中断、定时器中断等等都是(内核的)外部中断!而这里提到的STM32的外部中断(EXTI)指的是芯片的外部中断,主要是由芯片外部事件触发的中断,不是内核的外部中断!
    STM32的外部中断(EXTI)属于内核的外部中断一部分。在STM32手册中外部中断(EXIT)均是指芯片的外部中断加粗样式,也就是上表中的 EXIT0-9。
    这里的 内外部 就是物理空间的内外部。

    所以当阅读 STM32 参考手册时,外部中断(EXTI)指的均是芯片外部(IO引脚)事件触发的中断。而当阅读网络文章时,则要注意区分。为了避免混淆,都会加 (EXTI) 以区分。

    这里还有一个概念:软件中断 ,下文中再详述。
    另外 STM32 是没有 内部中断 这个概念的,
    在这里插入图片描述

    四、中断/事件关系

    MCU运行过程,其中会有许多各种各样的事件,比方:管脚电平变化、计数器溢出、DMA空、FIFO非空、AD转换结束、超时、外设使能、初始化等等。
    其中有些事件本身是不会导致中断产生的,比方外设使能或部分初始化动作是不会导致中断发生的;有些事件则可能导致中断发生,比方计数器溢出,AD转换结束等,这些就是中断事件。当然这些中断事件最终能否触发后续中断,还需要对中断事件进行配置。

    先说结论

    • 中断:处理器运行的一个状态,该状态会打断处理器当前正常的进程。
    • 事件:就是事件。其可能触发中断。
    • 中断事件:触发中断的事件,而且软件上也有中断函数的,叫中断事件
    • 中断是中断事件发生的结果,中断事件属于事件,事件可分为中断事件或非中断事件

    我们可以借助 STM32 MCU的GPIO的外部事件与中断控制器的框图来理解上述结论。

    这张图的在 STM32中文手册 中是错误的,英文版的是对的。因而网上很多文章此处的配图都有误,我这里重置了。

    在这里插入图片描述
    我们先关注两个寄存器:中断屏蔽寄存器事件屏蔽寄存器。这两个寄存器决定了从编号1、2、3输入进来的事件最终会输出脉冲发生器(不产生中断)还是 NVIC 中断控制器(产生中断)。从而决定了输入的事件是中断事件还是非中断事件。

    MCU参考手册里在谈到事件的触发方式时引入了事件模式中断模式两个概念。这里的不同模式就是通过控制这两个寄存器实现的。

    例子:
    比方STM32的GPIO口的电平跳变是可能触发外部中断(EXIT)的。但在具体配置时,可以根据需要来决定启用还是禁用相关脚的中断功能,从而选择不同的事件触发方式,即:外部事件模式外部中断模式。如果不希望电平跳变事件触发中断,就配置为事件模式,反之,配置为中断模式

    接下来详细说明 EXIT 执行过程。
    上图中信号线上划有一条斜线,旁边标志 19字样的注释,表示相同的这样的中断线路共有19条。EXTI中有一个边沿检测电路(编号②)监视着输入线(编号①),并分别与上升沿和下降沿选择寄存器对比。 如果在这两个寄存器中相应的中断线检测开启了,那么当中断线上有上升沿或者下降沿时边沿检测电路就会产生一个事件触发信号给后继的或门。

    除了边沿检测电路的输出外,或门(编号 ③)还接受一个软件中断事件寄存器的输入。 软件中断事件寄存器的存在使得我们可以通过软件的形式直接触发某一个中断线上的事件。

    我们可以通过程序控制此处的软件中断事件寄存器,人为的通过或门(编号 ③)输入一个外部事件,从而不需要真实的外部输入,就能产生一个可能触发中断的事件,相当与模拟该中断线上的事件。

    诸如ADC、串口、定时器之类产生的中断,就叫 名称+中断,如:定时器中断、串口中断、ADC中断。并不属于这里的软件中断范畴,STM32手册中唯一提到软件中断这个词的就是指这个寄存器,不要混淆了。

    或门的输出接到了两个与门(编号 ④、⑤)上,一方面与中断屏蔽寄存器求与编号(④)触发中断, 另一方面与事件屏蔽寄存器求与(⑤)触发事件。 中断屏蔽寄存器控制了相应的中断是否开启了,如果开启了中断将会产生一个中断触发信号,置位中断请求寄存器, 同时将中断触发信号提交给中断控制器(NVIC)。 同样的道理,事件屏蔽寄存器控制事件是否开启,如果开启则直接产生一个脉冲通知后继的功能模块处理事件,例如通知DMA读写内存等。

    从这张图上我们也可以知道,从外部激励信号来看,中断和事件的产生源都可以是一样的。之所以分成2个部分,因为中断是需要CPU参与的,需要软件的中断服务函数才能完成中断后产生的结果;但是事件,是靠脉冲发生器产生一个脉冲,进而由硬件自动完成这个事件产生的结果,当然相应的联动部件需要先设置好,比如引起DMA操作,AD转换等;

    简单举例: 外部I/O触发AD转换,来测量外部物品的重量;

    • 如果使用传统的中断通道,需要I/O触发产生外部中断(EXIT),外部中断(EXIT)服务程序启动AD转换,AD转换完成中断服务程序提交最后结果;
    • 要是使用事件通道,I/O触发产生事件,然后联动触发AD转换,AD转换完成中断服务程序提交最后结果;

    相比之下,后者不要软件参与启动AD转换,并且响应速度也更块;要是再使用事件触发DMA操作,就完全不用软件参与(AD转换后操作)就可以完成某些联动任务了。

    总结:

    • 事件触发:机制提供了一个完全由硬件自动完成的触发到产生结果的通道,不要软件的参与,降低了CPU的负荷,节省了中断资源,提高了响应速度(硬件总快于软件),是利用硬件来提升CPU芯片处理事件能力的一个有效方法;
    • 中断触发:由软件控制,CPU 参与。

    参考链接

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  • 51单片机之中断实验

    千次阅读 2019-11-07 21:48:34
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  • stm32 中断(f4)

    2022-02-28 22:25:19
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  • 中断详解

    千次阅读 2018-10-24 01:28:04
    1.中断的基本概念 程序中断是指在计算机执行现行程序的过场中,出现某些急需处理的异常情况或特殊请求,CPU暂停中断现行程序,而专区对这些异常情况或特殊情况进行处理,在处理完毕后CPU又自动返回到现行程序的断点...

空空如也

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引起中断的事件称为