51单片机的中断系统结构



中断允许控制

CPU对中断系统所有中断以及某个中断源的开放和屏蔽是由中断允许寄存器IE控制的。



EX0(IE.0)，外部中断0允许位；

ET0(IE.1)，定时/计数器T0中断允许位； 

EX1(IE.2)，外部中断0允许位；

ET1(IE.3)，定时/计数器T1中断允许位；

ES（IE.4)，串行口中断允许位；

EA (IE.7)， CPU中断允许（总允许）位。

中断请求标志

1、TCON的中断标志



IT0（TCON.0），外部中断0触发方式控制位。

        当IT0=0时，为电平触发方式。

        当IT0=1时，为边沿触发方式（下降沿有效）。

IE0（TCON.1），外部中断0中断请求标志位。

IT1（TCON.2），外部中断1触发方式控制位。

IE1（TCON.3），外部中断1中断请求标志位。

TF0（TCON.5），定时/计数器T0溢出中断请求标志位。

TF1（TCON.7），定时/计数器T1溢出中断请求标志位。      

 

中断源

 



中断响应条件

 中断源有中断请求；

n此中断源的中断允许位为1；

 CPU开中断（即EA=1）。

以上三条同时满足时，CPU才有可能响应中断。

 



 

 


#include "reg51.h"   
#include "intrins.h"
typedef unsigned char u8;
typedef unsigned int u16;


sbit k1=P3^3;	 
sbit led=P2^0;	
void delay(u16 i)
{
	while (i--);
} 

//外部中断0条件
void Int0Init()
{
	IT0 = 1;	//设置外部中断的触发方式为下降沿触发。
	EX0 = 1;	//开启外部中断0
	EA = 1;		//中断总开关
}

//外部中断1条件
void Int1Init()
{
	IT1 = 1;	//设置外部中断1的触发方式为下降沿触发。
	EX1 = 1;	//开启外部中断1
	EA = 1;		//中断总开关
}

void main()
{
	Int1Init();
	while(1);
}
void Int0()	   interrupt 0
{
	  delay(1000);
	  if(k1 == 0)
	  {
	  	led= ~led;
	  }
}

void Int1()	   interrupt 2
{
	  delay(1000);
	  if(k1 == 0)
	  {
	  	led= ~led;
	  }
}


 

proteus 8 电路原理图，k3接p32,k4接p33。p32默认高电平，按下k3后，电平拉低，产生下降沿，触发中断0。同样k4按下，触发为中断1。



 

#include "reg51.h"   
#include "intrins.h"
typedef unsigned char u8;
typedef unsigned int u16;

sbit k3=P3^2;
sbit k4=P3^3;	 
sbit led=P2^0;	
void delay(u16 i)
{
	while (i--);
} 

//外部中断0条件
void Int0Init()
{
	IT0 = 1;	//设置外部中断的触发方式为下降沿触发。
	EX0 = 1;	//开启外部中断0
	EA = 1;		//中断总开关
}

//外部中断1条件
void Int1Init()
{
	IT1 = 1;	//设置外部中断1的触发方式为下降沿触发。
	EX1 = 1;	//开启外部中断1
	EA = 1;		//中断总开关
}

void main()
{
	Int0Init();
	while(1);
}
void Int0()	   interrupt 0
{
	  delay(1000);
	  if(k3 == 0)
	  {
	  	led= ~led;
	  }
}

void Int1()	   interrupt 2
{
	  delay(1000);
	  if(k4 == 0)
	  {
	  	led= ~led;
	  }
}

 

外部中断0和1
外部中断原理
编程原理（外部中断0）
代码实现

外部中断原理

外部中断0：（P3.2）可由IT0(TCON.0)选择其为低电平有效还是下降沿有效。当CPU检测到P3.2引脚上出现有效的中断信号时，中断标志IE0(TCON.1)置1，向CPU申请中断。

外部中断1：(P3.3）可由IT1(TCON.2)选择其为低电平有效还是下降沿有效。当CPU检测到P3.3引脚上出现有效的中断信号时，中断标志IE1(TCON.3)置1,向CPU申请中断。
编程原理（外部中断0）

首先我们对中断允许控制寄存器IE赋值，打开中断总开关，令EA=1.
然后我们还需要打开外部中断0的开关，令EX0=1



EX0(IE.0)，外部中断0允许位；

ET0(IE.1)，定时/计数器T0中断允许位；

EX1(IE.2)，外部中断1允许位；

ET1(IE.3)，定时/计数器T1中断允许位；

ES（IE.4)，串行口中断允许位；

EA (IE.7)， CPU中断允许（总允许）位。
最后再对中断请求标志TCON寄存器赋值，我们可以选择的外部中断0的触发方式有两种，一种是低电平触发方式，一种是下降沿的触发方式。如果选择低电平触发，则令IT0=0，如果选择下降沿触发，则令IT0=1。



IT0（TCON.0），外部中断0触发方式控制位。

当IT0=0时，为低电平触发方式。

当IT0=1时，为边沿触发方式（下降沿有效）。

IE0（TCON.1），外部中断0中断请求标志位。

IT1（TCON.2），外部中断1触发方式控制位。

IE1（TCON.3），外部中断1中断请求标志位。

TF0（TCON.5），定时/计数器T0溢出中断请求标志位。

TF1（TCON.7），定时/计数器T1溢出中断请求标志位。
4.完成以上过程就完成了对中断系统的初始化 ，然后需要编程中断服务函数。格式如下：
void init0() interrupt 0 using m
{
	函数体
}

函数名（自定）：init0

0：外部中断0的中断标号

m：寄存器组

在实际编程中using m 可省去


代码实现
通过独立按键来控制第一个led灯的亮灭
#include<reg52.h>

typedef unsigned char u8;
typedef unsigned int u16;

sbit led1=P2^0;
sbit K3=P3^2;//通过独立按键触发外部中断0

void intint0()//外部中断初始化
{
    EA=1;
	EX0=1;																		  
	IT0=1;
}

void delay(u16 i)//延时函数
{
   while(i--);
}

void main()
{
   intint0();//在主函数中调用初始化外部中断0
   while(1);
}
void int0() interrupt 0	 //中断服务函数
{
   delay(1000);//延时消抖
   if(K3==0)
   {
   led1=~led1;//是第一个led灯状态反转
   }
}

中断基本概念 什么是中断？

先打个比方。当一个经理正处理文件时，电话铃响了（中断请求），不得不在文件上做一个记号（返回地址），暂停工作，去接电话（中断），并指示“按第二方案办”（调中断服务程序），然后，再静下心来（恢复中断前状态），接着处理文件……。

计算机科学家观察了类似实例，“外师物化，内得心源”，借用了这些思想、处理方式和名称，研制了一系列中断服务程序及其调度系统。 中断是CPU处理外部突发事件的一个重要技术。它能使CPU在运行过程中对外部事件发出的中断请求及时地进行处理，处理完成后又立即返回断点，继续进行CPU原来的工作。引起中断的原因或者说发出中断请求的来源叫做中断源。

根据中断源的不同，可以把中断分为硬件中断和软件中断两大类，而硬件中断又可以分为外部中断和内部中断两类。外部中断一般是指由计算机外设发出的中断请求，如：键盘中断、打印机中断、定时器中断等。外部中断是可以屏蔽的中断，也就是说，利用中断控制器可以屏蔽这些外部设备 的中断请求。内部中断是指因硬件出错（如突然掉电、奇偶校验错等）或运算出错（除数为零、运算溢出、单步中断等）所引起的中断。内部中断是不可屏蔽的中断。 软件中断其实并不是真正的中断，它们只是可被调用执行的一般程序。例如：ROM BIOS中的各种外部设备管理中断服务程序（键盘管理中断、显示器管理中断、打印机管理 中断等，）以及DOS的系统功能调用（INT 21H）等都是软件中断。

 CPU为了处理并发的中断请求，规定了中断的优先权，中断优先权由高到低的顺序是： （1）除法错、溢出中断、软件中断 （2）不可屏蔽中断 （3）可屏蔽中断 （4）单步中断。 　　2. 中断与计算机病毒 计算机操作系统是开放的，用户可以修改扩充操作系统，在计算机上实现新的功能。 修改操作系统的主要方式之一是扩充中断功能。计算机提供很多中断，合理合法地修改中断会给计算机增加非常有用的新功能。如 INT 10H是屏幕显示中断，原只能显示西文，而在各种汉字系统中都可以通过修改INT 10H使计算机能够显示中文。另一方面，计算机病毒则篡改中断为其达到传染、激发等目 的服务，与病毒有关的重要中断有： INT 08H和INT 1CH定时中断，每秒调用18.2次，有些病毒利用它们的记时判断 激发条件。 INT 09H键盘输入中断，病毒用于监视用户击键情况。 INT 10H屏幕输入输出中断，一些病毒用于在屏幕上显示字符图形表现自己。 INT 13H磁盘输入输出中断，引导型病毒用于传染病毒和格式化磁盘。 INT 21H DOS功能调用，包含了DOS的大部分功能，已发现的绝大多数文件型病毒 修改INT 21H中断，因此也成为防病毒的重点监视部位。 INT 24H DOS的严重错误处理中断，文件型病毒常进行修改，以防止传染写保护磁 盘时被发现。 中断子程序的入口地址存放在计算机内存的最低端，病毒窃取和修改中断的人口地 址获得中断的控制权，在中断服务过程中插入病毒的“私货”。 　　

总之，中断可以被用户程序所修改，从而使得中断服务程序被用户指定的程序所替代。这样虽然大大地方便了用户，但也给计算机病毒制造者以可乘之机。病毒正是通过修 改中断以使该中断指向病毒自身来进行发作和传染的。

重要声明： 以下代码有粘贴 截取他人劳动成果的成分 如有雷同 不胜荣幸 如您不能容忍 请不要独自忍受@weChat:iisssssssssii 联系小民
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中断含义： 
{
中断是CPU处理外部突发事件的一个重要技术。它能使CPU在运行过程中对外部事件发出的中断请求及时地进行处理，处理完成后又立即返回断点，继续进行CPU原来的工作。引起中断的原因或者说发出中断请求的来源叫做中断源。
       根据中断源的不同，可以把中断分为硬件中断和软件中断两大类，而硬件中断又可以分为外部中断和内部中断两类
硬件中断：
      外部中断：一般是指由计算机外设发出的中断请求，如：键盘中断、打印机中断、定时器中断等。外部中断是可以屏蔽的中断，也就是说，利用中断控制器可以屏蔽这些外部设备
 的中断请求。
       内部中断：是指因硬件出错（如突然掉电、奇偶校验错等）或运算出错（除数为零、运算溢出、单步中断等）所引起的中断。内部中断是不可屏蔽的中断。
 软件中断其实并不是真正的中断，它们只是可被调用执行的一般程序
软件中断：
其实并不是真正的中断，它们只是可被调用执行的一般程序。例如：ROM
 BIOS中的各种外部设备管理中断服务程序（键盘管理中断、显示器管理中断、打印机管理 中断等，）以及DOS的系统功能调用（INT
 21H）等都是软件中断
}
硬中断、软中断是怎么来的？ ：Linux 将中断 分为两个部分 
   上半部--》硬中断：完成紧急但很快完成的事 
   下半部：分为软中断、tasklet（当然它也是一种软中断）、工作队列（当然它也是一种软中断） 作用：处理不紧急但比较耗时间的事 
重要是事：中断下半部的最早执行时间是中断上半部执行完之后 但是中断还没有完全返回之前 比如软中断
完整过程：
第一步：参考 http://blog.csdn.net/zqixiao_09/article/details/50927416 略
第二步：参考 https://www.cnblogs.com/wmx-learn/p/5360269.html#undefined
第三步：参考 http://blog.csdn.net/zhangskd/article/details/21992933
第四步： 需要说明的是：


/*----------------------------------------------****
 巩固 *****------------------------------------------------------*/




1. 问：对于软中断，I/O操作是否是由内核中的I/O设备驱动程序完成？




答：对于I/O请求，内核会将这项工作分派给合适的内核驱动程序，这个程序会对I/O进行队列化，以可以稍后处理（通常是磁盘I/O），或如果可能可以立即执行它。通常，当对硬中断进行回应的时候，这个队列会被驱动所处理。当一个I/O请求完成的时候，下一个在队列中的I/O请求就会发送到这个设备上。

2. 问：软中断所经过的操作流程是比硬中断的少吗？换句话说，对于软中断就是：进程 ->内核中的设备驱动程序；对于硬中断：硬件->CPU->内核中的设备驱动程序？

答：是的，软中断比硬中断少了一个硬件发送信号的步骤。产生软中断的进程一定是当前正在运行的进程，因此它们不会中断CPU。但是它们会中断调用代码的流程。

如果硬件需要CPU去做一些事情，那么这个硬件会使CPU中断当前正在运行的代码。而后CPU会将当前正在运行进程的当前状态放到堆栈（stack）中，以至于之后可以返回继续运行。这种中断可以停止一个正在运行的进程；可以停止正处理另一个中断的内核代码；或者可以停止空闲进程。；

一般硬中断 基本为中断的上半部分，软中断、tasklet、队列是中断的下半部分，将上半部分没有实现完的处理继续执行。



中断下半部的处理


对于一个中断，如何划分出上下两部分呢?哪些处理放在上半步，哪些放在下半部?

这里有一些经验可供借鉴：

如果一个任务对时间十分敏感，将其放在上半部。

如果一个任务和硬件有关，将其放在上半部。

如果一个任务要保证不被其他中断打断，将其放在上半部。

其他所有任务，考虑放在下半部。

实现下半部中断的三种机制

目前使用下面三种方法：

1.软中断

2.tasklet

3.工作队列

软中断

软中断是一组静态定义的下半部接口，有 32 个，可以在所有处理器上同时执行，类型相同也可以;在编译时静态注册。


asmlinkage void do_softirq(void)
{
    __u32 pending;
    unsigned long flags;
 
    /* 判断是否在中断处理中，如果正在中断处理，就直接返回 */
    if (in_interrupt())
        return;
 
    /* 保存当前寄存器的值 */
    local_irq_save(flags);
 
    /* 取得当前已注册软中断的位图 */
    pending = local_softirq_pending();
 
    /* 循环处理所有已注册的软中断 */
    if (pending)
        __do_softirq();
 
    /* 恢复寄存器的值到中断处理前 */
    local_irq_restore(flags);
}



代码之中第一次就判断是否在中断处理中，如果在立刻退出函数。这说明了什么?说明了如果有其他软中断触发，执行到此处由于先前的软中断已经在处理，则其他软中断会返回。所以，软中断不能被另外一个软中断抢占!唯一可以抢占软中断的是中断处理程序，所以软中断允许响应中断。虽然不能在本处理器上抢占，但是其他的软中断甚至同类型可以再其他处理器上同时执行。由于这点，所以对临界区需要加锁保护。

软中断留给对时间要求最严格的下半部使用。目前只有网络，内核定时器和 tasklet 建立在软中断上。

Tasklet

注意，这第二种机制是基于软中断实现的，灵活性强，动态创建的下半部实现机制。两个不同类型的 tasklet 可以在不同处理器上运行，但相同的不可以，可以通过代码动态注册。

在 SMP 上，调用 tasklet 是会检测 TASKLET_STATE_SCHED 标志，如果同类型在运行，就退出函数。

tasklet 由于是基于软中断实现的，所以也允许响应中断。但不能睡眠(我认为不能睡眠原因是它们内部有 spin lock)。

工作队列

将下半部功能交由内核线程执行，有着线程上下文环境，可以睡眠。

提供接口把需要推后执行的任务排列到队列里，提供默认的工作者线程处理排到队列里的下半部工作。

工作队列实际上是一个链表，工作线程作为死循环，链表空时休眠，不空是执行每一个工作。

各种机制的比较
下半部
上下文
顺序执行保障
软中断
中断
随意，同类型都可以在不同处理器同时执行
tasklet
中断
同类型不能同时执行
工作队列
进程
不保障，可能被调度和抢占

选择：

- 工作队列：适用于任务推后到进程上下文完成，可以休眠

- tasklet：任务接口简单，支持中断响应，但有同种类型不能同时执行的限制

- 软中断：提供的执行顺序保障最少，支持中断响应，由于同类型软中断在其他处理器可同时执行，所以要采取措施保护共享数据。




linux的驱动程序分两个部分实现：top-half和bottom-half。
top-half在运行时，不能被其他任何中断再次中断，也不能被其他进程中断，它通过对CPU内的中断屏蔽置位实现，而bottom-half则只对top-half开中断。
这样，系统就可以根据中断服务程序的访问特点，安排那些访问临界区的服务程序为top-half，其他中断服务程序为bottom-half。

每次离开中断处理程序，系统会执行schedule()，发生进程调度。