單片機多中斷處理技術(shù)研究

1．引 言：

中斷技術(shù)的應(yīng)用大大提高了CPU的有效使用率，有效提高了資源的利用率。中斷的性能同時也就成了衡量芯片性能的標準。新開發(fā)的芯片增加了很多的中斷源，如 PIC16F877的中斷源已經(jīng)達到14個，可謂相當(dāng)豐富；但同時也帶來了一些難題：如此多的中斷源在處理時很容易產(chǎn)生中斷沖突，如何有效的處理中斷到達時的時序，其算法應(yīng)該如何實現(xiàn)成了首先需要解決的問題

2．中斷處理技術(shù)

為了解決多中斷帶來的問題，有必要清楚單個中斷到達時的處理技術(shù)，首先簡要介紹中斷的基本原理：計算機在執(zhí)行某一程序過程中，由于計算機系統(tǒng)內(nèi)外原因,而必須中止原程序的執(zhí)行，轉(zhuǎn)去執(zhí)行相應(yīng)的處理程序，待處理結(jié)束后再回來繼續(xù)執(zhí)行中止程序。當(dāng)只有一個事件被響應(yīng)，進入中斷執(zhí)行中斷程序，這較易被處理，當(dāng)兩個，三個，甚至更多的中斷同時產(chǎn)生的時候，處理起來就復(fù)雜多了，對于PIC系列單片機，其設(shè)計上雖然有很多中斷，但是并沒有規(guī)定中斷的優(yōu)先級。當(dāng)遇到中斷的時候，不做任何判斷，而是先把指針指向0004H（中斷起始地址），至于接下來如何操作則完全交給用戶"軟處理"完成。其中斷時序圖如下：

INT引腳中斷時序圖

其中時序圖說明如下：

（1）中斷開銷時間＝3～4TCY,取決于是單周期還是雙周期指令，這里的TCY為指令周期

（2）CLKOUT信號僅在RC振蕩器下有效。

（3）INTF標志可在Q4～Q1期間的任何的時候把其置成高電平。

如果正當(dāng)全局中斷允許位GIE清零（禁止中斷）時發(fā)生中斷，GIE位可能會被用戶的中斷服務(wù)程序（RETFIE指令）無意地重新開放，能引起該事件發(fā)生有以下情況：

1． 在一個中斷被響應(yīng)時執(zhí)行一條對GIE位置1的指令；

2． 程序正在轉(zhuǎn)向中斷矢量并執(zhí)行中斷服務(wù)程序；

在執(zhí)行中斷返回指令RETFIE后中斷服務(wù)程序完成。這將引起GIE位被置1（開放中斷）并且程序返回一條指令，而這條指令的下一條指令將禁止中斷。

要確保整個中斷被禁止的方法是通過以下程序代碼使GIE位清零：

loop BCF INTCON,GIE
BTFCS INTCON,GIE
GOTO loop

3.多路中斷處理技術(shù)

以上方法不能解決多路中斷問題，因此有必要具體分析一下當(dāng)最壞的情況發(fā)生時，即多路中斷同時出現(xiàn)時的中斷處理過程。

怎樣出現(xiàn)的中斷才能稱為"多路中斷同時出現(xiàn)"呢？通過上面的時序圖，可以得出這樣的結(jié)論：

（1）當(dāng)一個中斷產(chǎn)生時，在一個周期范圍內(nèi)必然產(chǎn)生一個中斷標志，由此觸發(fā)全局中斷禁止位。（2）判斷中斷的類型就是判斷其對應(yīng)中斷的標志位。

（3）在第一個誘發(fā)中斷源產(chǎn)生中斷時開始，到中斷程序執(zhí)行完成的范圍內(nèi)，如果有其它中斷發(fā)生，那么都稱為"多路中斷同時出現(xiàn)"。

要處理多路中斷問題，中斷處理程序的算法大體上可以分為兩類：弱中斷優(yōu)先級（使用CALL和RETURN方式）和強中斷優(yōu)先級（使用GOTO方式）。其程序結(jié)構(gòu)圖如下：

設(shè)第n個子程序的運行時間為Rn；同一個中斷源的兩次中斷最小時間間隔In，在中斷處理程序結(jié)構(gòu)1中，中斷1，中斷2，中斷3的優(yōu)先權(quán)級為中斷1＞中斷 2＞中斷3，這種方法在中斷處理中廣為使用。對于具有搶先優(yōu)先級要求的程序可以通過第二個程序結(jié)構(gòu)完成，即每執(zhí)行完一個中斷程序都重新檢查該中斷程序的中斷標志位，如果其標志位又被置位，則執(zhí)行該中斷。為了確保第二個中斷能夠執(zhí)行必須要求R1<I1，同樣第三個能夠執(zhí)行的條件是R1+R2< I1+I2，第n個中斷能夠被執(zhí)行的條件是Σ（Rn）<Σ（In），同時這也是程序能從中斷中正常跳轉(zhuǎn)出來的條件。對于普通的程序設(shè)計，這樣的優(yōu)先級一般能夠滿足用戶的使用需求，但對于較大的程序設(shè)計往往需要更高的優(yōu)先級甚至超優(yōu)先級，也就是說即使正在執(zhí)行中斷程序，當(dāng)"超優(yōu)先級"中斷到來的時候，馬上就要停止當(dāng)前工作，而去執(zhí)行"超優(yōu)先級"中斷。要實現(xiàn)這種中斷模式，完全可以在中斷程序中添加一個或者幾個判斷指令來實現(xiàn)。以上圖的GOTO結(jié)構(gòu)方式為例，為了使ISR1擁有超高優(yōu)先級，可以在ISR2中斷程序中加入如下指令：
BTFSC INT1，INTIF ；判斷INT1是否有中斷
GOTO INT1 ；是！執(zhí)行INT1中斷
如果ISR2的程序較長或者ISR1的中斷級較高，可以在ISR2中加入多條這樣的語句。同樣道理，為了形成ISR2的次高優(yōu)先級，可以在ISR3中加入指令：
BTFSC INT2，INTIF ；判斷INT2是否有中斷
GOTO INT2 ；是！執(zhí)行INT2中斷

由此可以達到預(yù)期效果，這種方法主要是基于每個子程序的執(zhí)行時間比較長而產(chǎn)生的，如果每個中斷程序的執(zhí)行時間都很短，那么也就沒有必要犧牲這一個指令周期了，所以程序的設(shè)計應(yīng)該力求中斷的簡潔。

為了能夠編寫好一個簡潔的中斷程序，應(yīng)抓住中斷的特點是具有實時性，針對實時中斷數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，也就是中斷的特點在于數(shù)據(jù)的采集。因此在中斷程序中只應(yīng)該處理數(shù)據(jù)采集和標志位的設(shè)置，而將數(shù)據(jù)的處理放在中斷之外，由主程序通過循環(huán)檢測執(zhí)行數(shù)據(jù)處理工作，具體做法：先開辟一個"儲存緩沖區(qū)"，作為采集來的數(shù)據(jù)的傳遞媒體，即存儲采集數(shù)據(jù)，等待主程序的處理；中斷程序負責(zé)數(shù)據(jù)的采集，并且將采集來的數(shù)據(jù)值賦給"存儲緩沖區(qū)"；主程序通過條件循環(huán)語句反復(fù)檢測" 存儲緩沖區(qū)"情況，及時處理采集信息。這樣在處理方法既能有效的實現(xiàn)中斷的功能，又可以極大的縮減每個中斷的時間，提高整個程序的反應(yīng)速度。

4.結(jié)束語：

從上看出，靈活地應(yīng)用中斷，不但可以大量的節(jié)省CPU資源，而且能夠使程序更加簡化，具有更高的實時性和穩(wěn)定性。在實際應(yīng)用中應(yīng)該注意將任務(wù)合理分配給中斷和主程序，二者要分工明確，接口簡單。這其中的技巧還需要在實踐中多多摸索與體會。