TMS320F28335外部中斷分析與研究

魯昕曈

【摘? 要】隨著信息科技的發(fā)展與變革，DSP技術(shù)已成為人們廣泛關(guān)注與應(yīng)用的前沿技術(shù)。DSP不僅可靠性較高，而且穩(wěn)定性較好、功耗較低，可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模集成。此外，它很大程度上提高了信號處理能力，可以滿足更高的實(shí)時(shí)性要求。中斷處理是DSP應(yīng)用系統(tǒng)中非常重要的一個環(huán)節(jié)。TMS320F28335提供了定時(shí)器和中斷器功能，因此，在數(shù)據(jù)采集、工業(yè)控制、智能測量等方面具有廣泛的應(yīng)用。論文主要闡述DSP芯片TMS320F28335外部中斷的相關(guān)知識和中斷機(jī)制，并詳細(xì)說明了中斷處理過程及實(shí)例分析。

【Abstract】With the development and change of information technology， DSP technology has become the frontier technology widely concerned and applied. DSP not only has high reliability， but also has good stability and low power consumption， which can realize large-scale integration. In addition， it greatly improves the signal processing ability and can meet higher real-time requirements. Interrupt processing is a very important link in DSP application system. TMS320F28335 provides timer and interrupter functions， so it has a wide range of applications in data acquisition， industrial control， intelligent measurement and so on.? This paper mainly describes the knowledge and mechanism of external interrupt of DSP chip TMS320F28335， and describes the process of interrupt processing and example analysis in details.

【關(guān)鍵詞】外部中斷;中斷系統(tǒng);TMS320F28335

【Keywords】external interrupt; interrupt system; TMS320F28335

【中圖分類號】TP311.5? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2021）10-0194-03

1 研究背景

1.1 DSP的發(fā)展歷史

數(shù)字信號處理DSP是如今的一門新興學(xué)科，其發(fā)展經(jīng)歷了3個主要階段。

最初數(shù)字信號處理只能依靠微處理器完成，但是微處理器的處理速度較為緩慢，不能滿足當(dāng)時(shí)大容量信息的需求。隨著大規(guī)模集成電路和半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，1982年第一代DSP芯片TMS32010問世，它采用了NMOS技術(shù)，速度比微處理器快數(shù)十倍，在語言合成等領(lǐng)域得到了廣泛的使用，后來隨著基于CMOS制作的DSP芯片的出現(xiàn)，存儲容量也得到了進(jìn)一步的改善，能夠在圖像硬件處理中占據(jù)一席之地。20世紀(jì)90年代，第三、四、五代DSP芯片的發(fā)明使運(yùn)算速度又提高了許多。其中第五代的集成度較高，因此逐漸滲入人們的生活、學(xué)習(xí)和工作當(dāng)中，成為電子器件更迭的關(guān)鍵。

1.2 DSP的發(fā)展情況

在數(shù)字化時(shí)代中，DSP己成為電子信息、通信交流器件等方面的基石。TMS320F28335是TI公司研發(fā)的一個32位浮點(diǎn)數(shù)字控制處理器，它的外形豐富，設(shè)計(jì)多樣化，性價(jià)比高。該芯片具有豐富的系統(tǒng)資源，時(shí)鐘控制靈活，提供了多種低功耗模式;有56個通用I/O引腳可以復(fù)用，功能豐富;獨(dú)特的寄存器保護(hù)模式可確保程序穩(wěn)定地運(yùn)行;PIE中斷擴(kuò)展控制器能夠增強(qiáng)芯片的中斷處理能力。故本文主要對TMS320F28335芯片的外部中斷進(jìn)行詳細(xì)的介紹、分析與研究。

2 DSP中斷概述

CPU在正常執(zhí)行程序時(shí)，有時(shí)會接受實(shí)時(shí)性要求更高或者更高級別的指令，就需要中斷現(xiàn)有的程序而去響應(yīng)其他請求，進(jìn)入中斷服務(wù)程序;當(dāng)執(zhí)行完該程序時(shí)能夠返回原有的程序繼續(xù)執(zhí)行，該過程就是中斷響應(yīng)機(jī)制。中斷的主要功能有：①實(shí)現(xiàn)CPU與外部設(shè)備的速度配合;②實(shí)時(shí)控制;③出現(xiàn)故障時(shí)及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理;④實(shí)現(xiàn)人機(jī)互聯(lián)。

3 中斷系統(tǒng)簡介

3.1 中斷源

當(dāng)某種軟件或硬件事件發(fā)生時(shí)，計(jì)算機(jī)暫時(shí)停止當(dāng)前的程序，而去執(zhí)行另一個程序，處理完畢后又返回原程序繼續(xù)執(zhí)行。引起這一過程的原因或者能觸發(fā)中斷請求信號的來源稱為中斷源。TMS320F28335處理器中斷源以及連接關(guān)系如圖1所示。

軟件中斷由指令產(chǎn)生，而硬件中斷是由片上外設(shè)或外部中斷源產(chǎn)生的。中斷系統(tǒng)流程圖如圖2所示。

3.2 中斷管理機(jī)制

F28335采用三級中斷機(jī)制，包括CPU級中斷、PIE級中斷和外設(shè)級中斷。CPU需要通過PIE級中斷作為中間級，外設(shè)才能夠經(jīng)過外設(shè)級中斷、PIE、CPU的允許并作出響應(yīng)時(shí)產(chǎn)生中斷響應(yīng)。外設(shè)級中斷主要管理具體的外設(shè)中斷源條件;PIE級中斷負(fù)責(zé)將外設(shè)級中斷分組并根據(jù)優(yōu)先級進(jìn)行控制;CPU級中斷管理則負(fù)責(zé)處理直接向CPU申請的中斷請求。

3.2.1 CPU中斷

當(dāng)中斷請求送達(dá)CPU時(shí)，CPU級中斷的標(biāo)志位IFR將會被置位。標(biāo)志鎖存到IFR，并且外設(shè)中斷請求不被屏蔽時(shí)，CPU就能響應(yīng)該中斷。一切準(zhǔn)備就緒后，CPU就會開始執(zhí)行相應(yīng)的中斷服務(wù)。

3.2.2 PIE級中斷

PIE模塊把外部引腳中斷和8個外設(shè)模塊組合到1個CPU中斷上，它們一共分成12組，每組能夠組合到1個新的CPU中斷上，所以PIE可以一共支持96個獨(dú)立的中斷。當(dāng)PIE發(fā)出中斷請求時(shí)，對應(yīng)的PIED的中斷標(biāo)志位置1，然后檢查其對應(yīng)的中斷應(yīng)答寄存器置位，若該組的ACKx位為0，那么PIE向CPU發(fā)出中斷請求;若ACKx位為1，那么PIE將繼續(xù)等待，直到ACKx位被清零，才能夠再次發(fā)出請求。

3.2.3 外設(shè)級中斷

每個外設(shè)都能產(chǎn)生一個中斷，并且它的寄存器中斷標(biāo)志位會被置位，外設(shè)模塊向PIE發(fā)出中斷請求;若外設(shè)模塊中斷使能失效，中斷標(biāo)志位就會保持置位狀態(tài)，等待軟件清零。

3.3 外部中斷相關(guān)寄存器

3.3.1 外部中斷控制寄存器（XINTnCR）

F28335支持7個外部中斷（XINT1-XINT7），XINT13還有一個不可屏蔽的外部中斷XNMI共用中斷源。每一個外部中斷可以被選擇為正邊沿或負(fù)邊沿觸發(fā)，也可以被使能或者禁止（包括XNMI）。其各位信息如表1所示。

3.3.2 外部NMI中斷控制寄存器（XNMICR）

外部NMI中斷控制寄存器（XNMICR）各位信息如表2所示。

3.3.3 外部中斷x計(jì)數(shù)器（XINTXCTR）

外部中斷x計(jì)數(shù)器（XINTXCTR）各位信息如表3所示。

4 外部中斷配置過程

①失能CPU級中斷，并初始化PIE控制器寄存器和PIE中斷向量表;②使能IO口時(shí)鐘，配置IO口為輸入;③設(shè)置IO口與中斷線的映射關(guān)系;④指定中斷向量表中斷服務(wù)函數(shù)地址;⑤使能外設(shè)對應(yīng)的PIE中斷;⑥設(shè)置外部中斷出發(fā)方式并使能中斷;⑦使能CPU級中斷及全局中斷;⑧編寫外部中斷服務(wù)函數(shù)。

5 外部中斷實(shí)驗(yàn)

5.1 實(shí)驗(yàn)原理

5.1.1 中斷處理

DSP的中斷控制器發(fā)現(xiàn)一個中斷以后，它就會把下一個將要執(zhí)行的指令地址保存起來，然后跳到中斷服務(wù)指令處執(zhí)行，執(zhí)行完以后，再把剛才保存的地址重新裝入執(zhí)行寄存器，然后正常執(zhí)行。中斷向量表里面保存著不同中斷的服務(wù)指令入口地址，同時(shí)DSP內(nèi)部有1個中斷控制器，它能夠識別每一個編號的中斷，所以一旦中斷發(fā)生后，中斷控制器就可以根據(jù)編號在相應(yīng)的中斷向量表里面找中斷服務(wù)指令的地址。

5.1.2 中斷執(zhí)行的流程

該中斷執(zhí)行的過程大致如下：①若外設(shè)級中斷產(chǎn)生，則檢查外設(shè)級中斷是否允許，若允許則將中斷送至PIE模塊，令PIEIFRx，y=1。②若PIEACKx=0，則將中斷送至CPU，PIEACKx=1，F(xiàn)IRx=1。③程序繼續(xù)向下執(zhí)行，判斷INTM是否為0，若是則啟動現(xiàn)場保護(hù)，清除IFRx，并且置位INTM，清除EALLOW。④識別中斷向量，并且讀取中斷向量地址，然后執(zhí)行中斷服務(wù)程序，清除PIEACKx和INTM。⑤返回開始狀態(tài)。

5.2 程序設(shè)計(jì)

第一，實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備：①連接實(shí)驗(yàn)設(shè)備。②連接試驗(yàn)箱附帶的鍵盤的PS2插頭與鍵盤接口P8。③打開供電電源開關(guān)。第二，設(shè)置Code Composer Studio 3.1，在硬件仿真下運(yùn)行。第三，啟動Code Composer Studio 3.1，選擇菜單Debug—Reset CPU。第四，右鍵點(diǎn)擊Project Explorer窗口下的“Open Project”命令打開該工程。第五，點(diǎn)擊菜單欄下Project/Build All命令編譯、下載程序。第六，運(yùn)行程序，按下鍵盤上的任意鍵，觀察指示燈亮滅狀態(tài)。第七，觀察中斷執(zhí)行情況，單擊“Debug”菜單中“暫停”按鈕，在程序中加斷點(diǎn)，重新運(yùn)行程序，觀察程序在斷點(diǎn)停留的時(shí)間。第八，退出仿真模式，右鍵點(diǎn)擊Project Explorer窗口下的工程文件的Close Project命令關(guān)閉該工程，關(guān)閉CCS軟件，實(shí)驗(yàn)完畢。

5.3 實(shí)驗(yàn)說明

TMS320F28335有4個LED燈和8個開關(guān)，它們都連接到CPLD上，通過編寫程序來實(shí)現(xiàn)特定的功能。

SW1的設(shè)置如表4所示。

撥碼開關(guān)示意如圖3所示。

6 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與程序分析

通過編譯程序生成的.out文件，再經(jīng)過加載，運(yùn)行以后分別按1次和8次“單脈沖輸出”開關(guān)，試驗(yàn)箱上LED燈的情況如圖4所示。

要使用外部中斷，需要從2個方面進(jìn)行準(zhǔn)備：第一，硬件上必須把中斷信號引到DSP的外部中斷引腳上。第二，軟件上需要有如下的配置：①初始外部中斷寄存器。②使能CPU INT1中斷。③編寫中斷服務(wù)程序。④將中斷服務(wù)程序的入口地址賦給中斷向量表。

TMS320F28335可以響應(yīng)INT0～I(xiàn)NT4五個外中斷。顯示模塊可以通過接口P8連接到小鍵盤上，當(dāng)收到鍵盤傳送的掃描碼時(shí)，就向DSP的INT2發(fā)送中斷信號;當(dāng)DSP讀鍵盤時(shí)，將掃描碼傳送到數(shù)據(jù)總線上，小鍵盤每按下1個鍵就會產(chǎn)生2個掃描碼。為了能夠通過中斷方式來實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管狀態(tài)的變化，需先在主函數(shù)中進(jìn)行初始化操作。首先清除所有的中斷并且初始化中斷向量表，然后打開GPIO時(shí)鐘，GPIO50引腳為輸入低電平，設(shè)置IO口與中斷線的掛接關(guān)系，再確定中斷向量表中斷服務(wù)的地址函數(shù)，接著外設(shè)對應(yīng)的PIE中斷使能，設(shè)置外部中斷觸發(fā)方式并外設(shè)中斷使能，使能CPU級中斷及全局中斷，編寫中斷函數(shù)，在中斷函數(shù)結(jié)束前寫1清零PIEACK對應(yīng)位，即設(shè)置數(shù)碼管顯示、等待、寫1清零PIEACK對應(yīng)位。輸入當(dāng)按下1次“單脈沖輸出”開關(guān)，第1個LED燈亮，當(dāng)按下1次“單脈沖輸出”開關(guān)，試驗(yàn)箱第4個LED燈亮。

7 結(jié)論

通過以上實(shí)驗(yàn)的操作與分析，對TMS320F28335外部中斷相關(guān)知識有了更加深入的理解。中斷分為3級，外設(shè)級一旦產(chǎn)生中斷，對應(yīng)的外設(shè)中斷標(biāo)志寄存器中的中斷標(biāo)志位IF就會置位，將中斷信號送入PIE控制器;若外設(shè)中斷被禁止輸入，則IF仍保持為1，直到軟件清零。由于在TMS320F28335中斷系統(tǒng)中，當(dāng)同時(shí)有多個外設(shè)發(fā)出中斷請求時(shí)，CPU會優(yōu)先響應(yīng)較高一級的中斷，然后再處理低級的請求。如果多個請求先后到來，則不存在優(yōu)先級的問題，即按照順序依次執(zhí)行。TMS320F28335的一個缺點(diǎn)在于其硬件中沒有斷嵌套程序，并且ISR的硬件不能中斷，只能通過軟件程序編寫實(shí)現(xiàn)。本文只針對TMS320F28335的外部中斷作了簡單的分析，對于中斷嵌套程序的編寫還需進(jìn)一步研究。

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