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  • arm gic 中断控制工作原理概述

    千次阅读 2018-07-21 19:46:08
    linux pinctrl 里面有个gpio抽象的中断控制器与系统的gic中断控制器级联cascade 阅读arm generic interrupter controller architecture specification,总结下 支持的中断类型 平常工作接触到的是ppi,sgi和spi...

    linux pinctrl 里面有个gpio抽象的中断控制器与系统的gic中断控制器级联cascade

    阅读arm generic interrupter controller architecture specification,总结下

    支持的中断类型

    平常工作接触到的是ppi,sgi和spi,ppi和sgi是对某一个核的,spi是对所有核的,sgi一般是用来核间通信

    gic 的hw 分为简单两部分distributor和cpu interface(实际上还有int service 和 redistributor),下图以是gic工作原理的简化图,distributor是只有一个,cpu interface 每个核有一个,每个核可以通过一个private bus去访问gic的寄存器

    distributor 的功能包括(针对不同类型中断可能支持的功能不同,如下只描述spi):

    .中断的优先级控制(group0  group1)

    .中断的security 配置(secure  non-secure)

    .中断的affinity配置(亲核性 )

    .中断的level-edge sensitive

    .对中断active或者pending(state machine)

    cpu interface的功能包括:

    .中断的ACK

    .中断的priority drop

    .中断在对应的security状态执行(secure  non-secure)

    .中断的deavtive

    gic state machine

    一般的中断处理流程: 中断的初始状态是inactive,device assert 中断后状态变为pending如果这个时候priority security 条件都满足的话cpu interface会ack to this interrupter,中断的状态变为active,系统读取中断号然后执行中断,如果之后该device没有再assert中断的话,中断的状态就变为了inactive

    device assert 中断对于level-edge sensitive(配置在distributor)的中断是不一样的,这次想翻看gic文档的目的是想知道level sensitive的中断gic会不会有device已经关掉中断,gic还记录着该中断是pending的状态,答案是不会

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  • 中断与异常机制工作原理

    千次阅读 2018-04-30 18:01:50
    硬件 —— 中断/异常响应: 捕获中断源发出的中断/异常请求,以一定方式响应,将处理器控制权交给特定的处理程序。 软件 —— 中断/异常处理程序: 识别中断/异常类型并完成相应的处理。 2.中断响应过程: ...

    1.软硬件分工:

    • 硬件 —— 中断/异常响应: 捕获中断源发出的中断/异常请求,以一定方式响应,将处理器控制权交给特定的处理程序。
    • 软件 —— 中断/异常处理程序: 识别中断/异常类型并完成相应的处理。

    2.中断响应过程:
    这里写图片描述
    (中断向量:一个内存单元,存放中断处理程序入口地址和程序运行时所需的处理机状态字)

    中断响应步骤:
    ① 设备发中断信号。
    ② 硬件保存现场(PC、PSW的内容)。
    ③ 根据中断码查表。
    ④ 把中断处理程序入口地址等推送到相应的寄存器。
    ⑤执行中断处理程序。

    3.中断处理程序:
    设计操作系统时,为每一类中断/异常事件编好相应的处理程序,并设置好中断向量表:
    这里写图片描述

    中断处理程序步骤:
    ①保存相关寄存器信息。
    ② 分析中断/异常的具体原因。
    ③执行对应的处理功能。
    ④恢复现场,返回被事件打断的程序。

    4.实例:

    • 打印机给CPU发中断信号。
    • CPU处理完当前指令后检测到中断,判断出中断来源并向相关设备发确认信号。
    • CPU开始为软件处理中断做准备:
      (1)处理器状态被切换到内核态。
      (2)在系统栈中保存被中断程序的重要上下文环境,主要是程序计数器PC、程序状态字PSW。
    • CPU根据中断码查中断向量表,获得与该中断相关的处理程序的入口地址,并将PC设置成该地址,新的指令周期开始时,CPU控制转移到中断处理程序。
    • 中断处理程序开始工作 :
      (1)在系统栈中保存现场信息 。
      (2)检查I/O设备的状态信息,操纵I/O设备或者在设备和内存之间传送数据等等。
    • 中断处理结束时,CPU检测到中断返回指令,从系统栈中恢复被中断程序的上下文环境,CPU状态恢复成原来的状态,PSW和PC恢复成中断前的值,CPU开始一个新的指令周期。

    5.x86处理器对中断的支持:

    • 中断描述符表 (Interrupt Descriptor Table):采用门(gate) 描述符数据结构表示中断向量。
    • 全局描述符表(Global Descriptor Table):在整个系统中,全局描述符表GDT只有一张(一个处理器对应一个GDT),GDT可以被放在内存的任何位置,但CPU必须知道GDT的入口,也就是基地址放在哪里,Intel的设计者门提供了一个寄存器GDTR用来存放GDT的入口地址。

    这里写图片描述

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  • 8259中断控制

    万次阅读 多人点赞 2018-06-17 14:48:59
    掌握8259中断控制器的工作原理。2. 学习8259的应用编程方法。3. 掌握8259级联方式的使用方法。2 实验设备PC机一台,TD-PITE实验装置一套。3 实验内容及步骤1. 中断控制器8259简介在Intel 386EX芯片中集成有中断控制...

    8259中断控制实验


    1  实验目的

    1. 掌握8259中断控制器的工作原理。

    2. 学习8259的应用编程方法。

    3. 掌握8259级联方式的使用方法。

    2  实验设备

    PC机一台,TD-PITE实验装置一套。

    3  实验内容及步骤

    1.  中断控制器8259简介

    Intel 386EX芯片中集成有中断控制单元(ICU),该单元包含有两个级联中断控制器,一个为主控制器,一个为从控制器。该中断控制单元就功能而言与工业上标准的82C59A是一致的,操作方法也相同。从片的INT连接到主片的IR2信号上构成两片8259的级联。

    TD-PITE实验系统中,将主控制器的IR6、IR7以及从控制器的IR1开放出来供实验使用,主片8259的IR4供系统串口使用。8259的内部连接及外部管脚引出如图4.5:

    4.5  8259内部连续及外部管脚引出图

    4.1列出了中断控制单元的寄存器相关信息。

    4.1  ICU寄存器列表

    寄存器

    口地址

    功能描述

    ICW1(主)

    ICW1(从)

    (只写)

    0020H

    00A0H

    初始化命令字1

    决定中断请求信号为电平触发还是边沿触发。

    ICW2(主)

    ICW2(从)

    (只写)

    0021H

    00A1H

    初始化命令字2

    包含了8259的基址中断向量号,基址中断向量是IR0的向量号,基址加1就是IR1的向量号,依此类推。

    ICW3(主)

    (只写)

    0021H

    初始化命令字3

    用于识别从8259设备连接到主控制器的IR信号,内部的从8259连接到主8259IR2信号上。

    ICW3(从)

    (只写)

    00A1H

    初始化命令字3

    表明内部从控制器级联到主片的IR2信号上。

    ICW4(主)

    ICW4(从)

    (只写)

    0021H

    00A1H

    初始化命令字4

    选择特殊全嵌套或全嵌套模式,使能中断自动结束方式。

    OCW1(主)

    OCW1(从)

    (读/写)

    0021H

    00A1H

    操作命令字1

    中断屏蔽操作寄存器,可屏蔽相应的中断信号。

    OCW2(主)

    OCW2(从)

    (只写)

    0020H

    00A0H

    操作命令字2

    改变中断优先级和发送中断结束命令。

    OCW3(主)

    OCW3(从)

    (只写)

    0020H

    00A0H

    操作命令字3

    使能特殊屏蔽方式,设置中断查询方式,允许读出中断请求寄存器和当前中断服务寄存器。

    IRR(主)

    IRR(从)

    (只读)

    0020H

    00A0H

    中断请求:

    指出挂起的中断请求。

    ISR(主)

    ISR(从)

    (只读)

    0020H

    00A0H

    当前中断服务:

    指出当前正在被服务的中断请求。

    POLL(主)

     

    POLL(从)

    (只读)

    0020H

    0021H

    00A0H

    00A1H

    查询状态字:

    表明连接到8259上的设备是否需要服务,如果有中断请求,该字表明当前优先级最高的中断请求。

     

    初始化命令字1寄存器(ICW1)说明见图4.6所示。

    4.6  初始化命令字1寄存器

     

    初始化命令字2寄存器(ICW2)说明见图4.7所示。

    4.7  初始化命令字2寄存器

    初始化命令字3寄存器(ICW3)说明,主片见图4.8,从片见图4.9。

    4.8  主片初始化命令字3寄存器

    4.9  从片初始化命令字3寄存器

     

    初始化命令字4寄存器(ICW4)说明见图4.10。

    4.10  初始化命令字4寄存器

    操作命令字1寄存器(OCW1)说明见图4.11。

    4.11  操作命令字1寄存器

    操作命令字2寄存器(OCW2)说明如图4.12所示。

    4.12  操作命令字2寄存器

    操作命令字3寄存器(OCW3)说明如图4.13所示。

    4.13  操作命令字3寄存器

    查询状态字(POLL)说明如图4.14所示。

    4.14  程序状态字寄存器

    在对8259进行编程时,首先必须进行初始化。一般先使用CLI指令将所有的可屏蔽中断禁止,然后写入初始化命令字。8259有一个状态机控制对寄存器的访问,不正确的初始化顺序会造成异常初始化。在初始化主片8259时,写入初始化命令字的顺序是:ICW1、ICW2、ICW3、然后是ICW4,初始化从片8259的顺序与初始化主片8259的顺序是相同的。

    系统启动时,主片8259已被初始化,且4号中断源IR4)提供给与PC联机的串口通信使用,其它中断源被屏蔽。中断矢量地址与中断号之间的关系如下表所示:

     

    主片中断序号

    0

    1

    2

    3

    4

    5

    6

    7

    功能调用

    08H

    09H

    0AH

    0BH

    0CH

    0DH

    0EH

    0FH

    矢量地址

    20H23H

    24H27H

    28H2BH

    2CH2FH

    30H33H

    34H37H

    38H3BH

    3CH3FH

    说明

    未开放

    未开放

    未开放

    未开放

    串口

    未开放

    可用

    可用

    从片中断序号

    0

    1

    2

    3

    4

    5

    6

    7

    功能调用

    30H

    31H

    32H

    33H

    34H

    35H

    36H

    37H

    矢量地址

    C0HC3H

    C4HC7H

    C8HCBH

    CCHCFH

    D0HD3H

    D4HD7H

    D8HDBH

    DCHDFH

    说明

    未开放

    可用

    未开放

    未开放

    未开放

    未开放

    未开放

    未开放

     

    2.  8259单中断实验

    实验接线图如图4.15所示,单次脉冲输出与主片8259的IR7相连,每按动一次单次脉冲,产生一次外部中断,在显示屏上输出一个字符“7”。

     

               4.15  8259单中断实验接线图

    实验程序清单(INT1.ASM)

     

    SSTACK	SEGMENT STACK
    		DW 32 DUP(?)
    SSTACK	ENDS
    
    CODE   	SEGMENT
    	   	ASSUME CS:CODE
    START: 	PUSH DS
    		MOV AX, 0000H
    		MOV DS, AX
    		MOV AX, OFFSET MIR7		;取中断入口地址
    		MOV SI, 003CH				;中断矢量地址
    		MOV [SI], AX				;填IRQ7的偏移矢量
    		MOV AX, CS				;段地址
    		MOV SI, 003EH
    		MOV [SI], AX				;填IRQ7的段地址矢量
    		CLI                         ;中断屏蔽clear interrupt
    		POP DS
    		;初始化主片8259
    		MOV AL, 11H				;0001 0001 级联,边沿触发,要ICW4
    		OUT 20H, AL				;ICW1
    		MOV AL, 08H				;0000 1000 中断类型号从8开始
    		OUT 21H, AL				;ICW2
    		MOV AL, 04H				;0000 0100 
    		OUT 21H, AL				;ICW3
    		MOV AL, 01H				;0000 0001 非缓冲方式,8086/8088配置
    		OUT 21H, AL				;ICW4
    		MOV AL, 6FH				;OCW1 0110 1111 IR7,IR4引脚的中断开放
    		OUT 21H, AL
    		STI                         ;恢复中断 set interrupt
    
    AA1:		NOP                         ;空指令
    		JMP AA1					;无限循环
    
    MIR7:	STI                         
    		CALL DELAY                  ;延时
    		MOV AX, 0037H               ;37H
    		INT 10H					;显示字符7
    		MOV AX, 0020H                
    		INT 10H
    		MOV AL, 20H
    		OUT 20H, AL				;中断结束命令
    		IRET		
    DELAY:	PUSH CX
    		MOV CX, 0F00H
    AA0:		PUSH AX
    		POP  AX
    		LOOP AA0
    		POP CX
    		RET		
    CODE		ENDS
    		END  START

     

    实验步骤

    1)按图4.15连接实验线路。

    2)编写实验程序,经编译、链接无误后装入系统。

    3)运行程序,重复按单次脉冲开关KK1+,显示屏会显示字符“7”,说明响应了中断。

     

    3.  8259级联实验

    实验接线图如图4.16所示,KK1+连接到主片8259的IR7上,KK2+连接到从片8259的IR1上,当按一次KK1+时,显示屏上显示字符“M7”,按一次KK2+时,显示字符“S1”。编写程序。

     

          4.16  8259级联实验

     

    实验程序清单(INTCAS1.ASM)

    SSTACK	SEGMENT STACK
    		DW 32 DUP(?)
    SSTACK	ENDS
    
    CODE   	SEGMENT
    	   	ASSUME CS:CODE
    
    START: 	PUSH DS
    		MOV AX, 0000H
    		MOV DS, AX
    		MOV AX, OFFSET MIR7		;取中断入口地址
    		MOV SI, 003CH				;中断矢量地址
    		MOV [SI], AX				;填IRQ7的偏移矢量
    		MOV AX, CS				;段地址
    		MOV SI, 003EH
    		MOV [SI], AX				;填IRQ7的段地址矢量		
    		MOV AX, OFFSET SIR1		;取STR1的偏移地址
    		MOV SI, 00C4H
    		MOV [SI], AX
    		MOV AX, CS
    		MOV SI, 00C6H
    		MOV [SI], AX
    		CLI
    		POP DS
    		;初始化主片8259
    		MOV AL, 11H				;0001 0001 级联,边沿触发,要ICW4
    		OUT 20H, AL				;ICW1
    		MOV AL, 08H				;0000 1000 中断类型号从8开始
    		OUT 21H, AL				;ICW2
    		MOV AL, 04H				;0000 0100 
    		OUT 21H, AL				;ICW3
    		MOV AL, 01H				;0000 0001 非缓冲方式,8086/8088配置
    		OUT 21H, AL				;ICW4
    
    		;初始化从片8259
    		MOV AL, 11H				;0001 0001 级联,边沿触发,要ICW4
    		OUT 0A0H, AL				;ICW1
    		MOV AL, 30H				;0011 0000 终端类型号从30H开始
    		OUT 0A1H, AL				;ICW2
    		MOV AL, 02H				;0000 0010 通过IR1引脚连接主片
    		OUT 0A1H, AL				;ICW3
    		MOV AL, 01H				;0000 0001 非缓冲方式,8086/8088配置
    		OUT 0A1H, AL				;ICW4
    		MOV AL, 0FDH
    		OUT 0A1H,AL				;OCW1 = 1111 1101	允许IR1中断请求	
    		MOV AL, 6BH       			;0110 1011
    		OUT 21H, AL				;主8259 OCW1
    		STI
    
    AA1:		NOP
    		JMP AA1
    
    MIR7:	CALL DELAY
    		MOV AX, 014DH
    		INT 10H					;M
    		MOV AX, 0037H
    		INT 10H					;显示字符7
    		MOV AX, 0020H
    		INT 10H
    		MOV AL, 20H
    		OUT 20H, AL				;中断结束命令
    		IRET
    
    SIR1:	CALL DELAY 				;延时
    		MOV AX, 0053H
    		INT 10H					;S
    		MOV AX, 0031H
    		INT 10H					;显示字符1
    		MOV AX, 0020H
    		INT 10H
    		MOV AL, 20H
    		OUT 0A0H, AL
    		OUT 20H, AL
    		IRET
    
    DELAY:	PUSH CX
    		MOV CX, 0F00H
    
    AA0:		PUSH AX
    		POP  AX
    		LOOP AA0
    		POP CX
    		RET
    CODE		ENDS
    		END  START

     

    实验步骤

    1)按图4.16连接实验线路。

    2)输入程序,编译、链接无误后装入系统。

    3)运行程序,按动KK1+或KK2+,观察实验结果,验证实验程序的正确性。

    4)若同时按下KK1+和KK2+,观察实验结果,解释实验现象。

     

     

    附表  输入/输出接口编址

     

    信号线

    编址空间

    主片8259

     

    20H、21H

    从片8259

     

    A0H、A1H

    扩展I/O接口

    IOY0

    0600H~063FH

    IOY1

    0640H~067FH

    IOY2

    0680H~06BFH

    IOY3

    06C0H~06FFH

    附表  INT 10H 使用说明

    入口:AH=01H,AL=数据

    功能:写AL中的数据到屏上

    入口:AH=06H,DS:BX=字串首址,且字串尾用00H填充

    功能:显示一字串,直到遇到00H为止

    附表 INT 21H使用说明

    入口:AH=00H或AH=4CH

    功能:程序终止

    入口:AH=01H

    功能:读键盘输入到AL中并回显

    入口:AH=02H,DL=数据

    功能:写DL中的数据到显示屏

    入口:AH=08H

    功能:读键盘输入到AL中无回显

    入口:AH=09H,DS:DX=字符串首地址,字符串以 '$' 结束

    功能:显示字符串,直到遇到 '$' 为止

    入口:AH=0AH,DS:DX=缓冲区首地址,(DS:DX)=缓冲区最大字符数,

    (DS:DX+1)=实际输入字符数,(DS:DX+2)=输入字符串起始地址

    功能:读键盘输入的字符串到DS:DX指定缓冲区中并以回车结束


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  • 一般键盘结构如图所示. ...如果将所有列线设置为输出,对应行线设置为输入,则可通过程序控制行线的电平状态,如,首先将第一行设置为低电平,其余行为高电平,此时依次检测列线电平输出状态,若第一列电平输出为低

    一般键盘结构如图所示.


    图中的每个行列交叉处为一个按键。当键盘上没有任何按键动作,整个行列线均处于断开状态,此时列线输出为高电平,当某个按键被按下,则与此按键相连的行线被连通,此时对应列线电平输出则取决于行线的电平。如果将所有列线设置为输出,对应行线设置为输入,则可通过程序控制行线的电平状态,如,首先将第一行设置为低电平,其余行为高电平,此时依次检测列线电平输出状态,若第一列电平输出为低电平,表明第一列与第一行交叉处按键被按下,若第二列电平输出为低电平,则相应的第二列与第一行交叉处按键被按下,依次类推;判定为第一行后,将第一行与第三行设置为高电平,第二行设置为低电平。然后按照判定第一行的方法判定第二行,最后判定第三行。这种逐行逐列检测键盘电平状态的过程即为键盘的一次完整扫描。

    CPU对键盘的扫描可采用轮询方式也可采用中断方式。中断实现的方式为:每当有按键被按下,则产生中断传递给CPU,CPU转入中断处理程序从而完成键值的判定及后续动作。键值的判定工作可由程序实现,也可由制定的行线、列线的状态表查询获取。

    具体实现方面,在按键的断开和闭合过程中一般会产生抖动,具体的抖动时间和开关的机械特性有关,一般为5ms-10ms。为保证CPU对键值处理的可靠性,可在程序中添加适当的延时,消除抖动可能产生的错误。也可将行线和列线通过74AC245收发器与一个与非门相连,然后连接到IRQ0中断引脚,这样一旦键盘上有按键被按下,则产生中断信号,从而进入中断服务程序进行减值的判定及后续处理。收发器一般可将按键产生的抖动消除,避免CPU判断错误。

    程序代码实现如下:

    void IRQ_Keyboard_Handler (void)   __irq                                

    {

      unsignedint    i;

     unsigned int    PA_ROW_Status;


     AT91PS_AIC   AIC0 =AT91C_BASE_AIC;

     AT91F_AIC_DisableIt(AIC0,AT91C_ID_IRQ0); //通过IRQ0引脚触发CPU中断

     PA_ROW_Status = (unsignedchar)((AT91F_PIO_GetInput(AT91C_BASE_PIOA)>>25)&0x1F);  //此处偏移地址与硬件设计引脚有关

     if(PA_ROW_Status==0x1E)         //判定键值

     { 

           AT91F_PIO_ClearOutput(AT91C_BASE_PIOA, PIN_COL_1);           //置低电平

              AT91F_PIO_SetOutput(AT91C_BASE_PIOA,PIN_COL_2|PIN_COL_3);         //置高电平

              for (i=0;i<100;i++);  //让引脚电平趋于稳定

              PA_ROW_Status = (unsignedchar)((AT91F_PIO_GetInput(AT91C_BASE_PIOA)>>25)&0x1F);

              if(PA_ROW_Status==0x1E)                                                                 

              {                                                 

                       Button_Pressed_Value=0x00;                                                                      //表明按钮被按下

                   KEY0_PRESSED_MARK=True;

              }

     

              AT91F_PIO_ClearOutput(AT91C_BASE_PIOA,PIN_COL_2);    

              AT91F_PIO_SetOutput(AT91C_BASE_PIOA,PIN_COL_1|PIN_COL_3);

              for (i=0;i<100;i++);         

              PA_ROW_Status = (unsignedchar)((AT91F_PIO_GetInput(AT91C_BASE_PIOA)>>25)&0x1F);

              if(PA_ROW_Status==0x1E)

              {                                               

                       Button_Pressed_Value=0x01;                                                                                     

                       KEY1_PRESSED_MARK=True;                              

              }

                                 

              AT91F_PIO_ClearOutput(AT91C_BASE_PIOA,PIN_COL_3);

              AT91F_PIO_SetOutput(AT91C_BASE_PIOA,PIN_COL_1|PIN_COL_2);

              for (i=0;i<100;i++);         

              PA_ROW_Status=(unsigned char)((AT91F_PIO_GetInput(AT91C_BASE_PIOA)>>25)&0x1F);

              if(PA_ROW_Status==0x1E)

              {                                               

                       Button_Pressed_Value=0x02;           

                       KEY2_PRESSED_MARK=True; 

              }

      }

    //此处可依次添加判定代码。

     AT91F_PIO_ClearOutput(AT91C_BASE_PIOA,PIN_COL_1|PIN_COL_2|PIN_COL_3);     //全部置低电平

      for(i=0;i<100;i++);

     PA_ROW_Status = (unsignedchar)((AT91F_PIO_GetInput(AT91C_BASE_PIOA)>>25)&0x1F);   

     

     while(PA_ROW_Status!=0x1F)                                                                                                       //等到按键抬起再退出中断

      {

              PA_ROW_Status = (unsignedchar)((AT91F_PIO_GetInput(AT91C_BASE_PIOA)>>25)&0x1F);

      }       

     AT91F_AIC_AcknowledgeIt(AIC0);  //End of Interrupt      

     AT91F_AIC_ClearIt(AIC0,AT91C_ID_IRQ0);        //Clear the Interrupt

     AT91F_AIC_EnableIt(AIC0,AT91C_ID_IRQ0);    //Enable ENDRX Interrupt

    }

    void IRQ_Init(void) //config the AIC

    {

      AT91F_AIC_ConfigureIt(AT91C_BASE_AIC,AT91C_ID_IRQ0,6,

                                 AT91C_AIC_SRCTYPE_EXT_NEGATIVE_EDGE,(void(*)())IRQ_Keyboard_Handler);     //配置为边沿触发。

      AT91F_AIC_EnableIt(AT91C_BASE_AIC, AT91C_ID_IRQ0);            //Enable IRQ Interrupt        

    }

     

    void main(void)

    {

             PMC_Init(); //使能外设引脚

             Config_Pio(); //引脚配置初始化

     IRQ_Init();

     

    While(1)

    {

             ;

    }

    }



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中断控制方式的工作原理