TMS320C54x系列DSP的中斷機制

　　1 C54x中的中斷機制

　　中斷信號實質(zhì)上是由硬件或者是軟件驅(qū)動的信號，它能使DSP暫停正在執(zhí)行的程序并進入中斷服務(wù)程序(ISR)。在最典型的DSP系統(tǒng)中，如果A/D轉(zhuǎn)換器需要送數(shù)據(jù)到DSP中，或者D/A轉(zhuǎn)換器需要從DSP中取走數(shù)據(jù)，都是通過硬件中斷向DSP發(fā)出請求的。

　　C54x系列DSP支持軟件中斷和硬件中斷。軟件中斷是由指令(INTR、TRAP、RESET)觸發(fā)的，硬件中斷是由外圍器件觸發(fā)的。硬件中斷實際上又分為兩類：一類是由DSP的片外外設(shè)(如A/D轉(zhuǎn)換器)觸發(fā)的，另外一類是由DSP的片內(nèi)外設(shè)(如定時器中斷)觸發(fā)的。硬件中斷又有優(yōu)先級的區(qū)分，這是為了處理同一時刻有多個硬件中斷源觸發(fā)中斷的情況。硬件中斷的種類和優(yōu)先級請參看具體使用的芯片資料。

　　如果按照可屏蔽情況分類，中斷又可分為可屏蔽中斷(C54x至多支持16個)和不可屏蔽中斷?？善帘沃袛嗍躍T1寄存器中的INTM位和IMR寄存器中相應(yīng)位的影響。當(dāng)INTM=0時，IMR中某位為1，則開放相應(yīng)的中斷。其實，在C54x中硬件中斷并不一定要由外圍器件觸發(fā)，它同樣可以由指令I(lǐng)NTR、TRAP觸發(fā)，并且不受INTM的限制。有一點需要引起注意的是：指令RESET復(fù)位和硬件RS復(fù)位對IPTR和外圍電路初始化是不相同的。硬件復(fù)位時IPTR總是被置為0x1FF，軟件復(fù)位時則不會修改當(dāng)前IPTR的值。C54x的中斷處理過程分為三個階段：

　　①中斷請求。可以用硬件器件或者軟件指令請求中斷。如果請求的中斷是可屏蔽中斷，則IFR寄存器中相應(yīng)的位被置為1，而不管中斷是否會被響應(yīng)。

　?、谥袛囗憫?yīng)。對于軟件中斷和不可屏蔽中斷，CPU是立即響應(yīng)的。對于可屏蔽中斷，要滿足下列條件才能響應(yīng)：

　　·優(yōu)先級最高(同時出現(xiàn)多個中斷時)

　　·INTM位為0

　　·IMR中相應(yīng)位為1

　　CPU在取到軟件向量的第一個字后會產(chǎn)生IACK信號，對可屏蔽中斷而言，IACK會清除IFR中相應(yīng)位。

　?、壑袛嗵幚怼１Ｗo特定的寄存器，執(zhí)行中斷服務(wù)程序，完成后恢復(fù)寄存器。保護寄存器的原則是執(zhí)行中斷服務(wù)程序后能正確返回并恢復(fù)原來運行程序的環(huán)境。

　　DSP中提供的中斷是以中斷向量表(VECT)的形式出現(xiàn)的(見表1)。中斷向量表的長度為128個字節(jié)，每個中斷分配為4個字節(jié)，一共有32個中斷，具體的中斷要看相應(yīng)的芯片。C54x中斷向量表的地址是由PMST寄存器中的IPTR構(gòu)成高9位地址形成的，所以向量表的地址必須是128的倍數(shù)。硬件復(fù)位時，IPTR總是默認(rèn)置為0x1FF，所以中斷向量表地址為0xFF80。每個中斷向量的地址按如下構(gòu)成方法形成：PC=(IPTR)<<7+(Vector[n])<<2 (Vector[n]為中斷向量號，在0～31之間)，中斷向量號左移兩位是因為每個中斷向量占用4個字節(jié)的緣故。中斷向量表總是以匯編的形式出現(xiàn)的。

　　2 擴展地址模式下的中斷控制

　　早期的DSP共有192K的空間(程序、數(shù)據(jù)和I/O空間各為64K)，隨著DSP處理能力越來越強，192K的空間已經(jīng)不能滿足需要。后來的C54x均提供了擴展地址模式，使程序空間擴展到8M。擴展模式下的中斷控制有自己特殊的地方，有必要進行說明。

　　擴展模式下程序空間的尋址是通過寄存器PC和XPC一同進行的。PC構(gòu)成低16位地址位，XPC構(gòu)成高7位地址位。所以保存和恢復(fù)XPC是用戶必須注意的。如果用戶使用的是Far Call指令，則XPC會自動保存和恢復(fù)。但在進行中斷處理的時候，只有16位的PC寄存器能夠自動得到保存(這是由于考慮了非擴展模式下中斷的效率問題)，所以XPC必須由用戶自己來保存，否則在中斷返回的時候往往會跳到不同的頁面(由返回前后XPC值的不同引起)造成不可預(yù)測的后果。程序如表1所示。

　　由于必須在長跳轉(zhuǎn)之前保存XPC的值，沒法使用延遲指令(如FBD)，所以中斷時延會增加兩個周期。

　　再來考慮另外一種情況：設(shè)程序運行在XPC=2的頁面上，如果這個時候有中斷發(fā)生并得到了CPU的響應(yīng)，DSP會加載PC：PC=(IPTR)<<7+(Vector[n])<<2，XPC的值不發(fā)生變化，于是中斷向量的地址為：0x20000+0xPC。這就明顯地說明：中斷向量表必須和應(yīng)用程序在同一64K的程序空間頁面內(nèi)。如果應(yīng)用程序不是只分布在一個程序空間頁面內(nèi)，那應(yīng)該如何處理呢?可分三種類型共四種技巧來應(yīng)對這樣的情況：(1.1)描述的是OVLY為任意的情況;(2.1)～(2.2)描述的是OVLY=1的情況;(3.1)描述的是OVLY=0的情況。

　　(1.1)有的應(yīng)用中，一些程序一旦運行是不允許中斷的。把不允許中斷的程序部分放到擴展空間內(nèi)，而把中斷向量表和ISR以及允許中斷的程序部分都放在XPC=0的頁面。當(dāng)調(diào)用擴展空間的程序時關(guān)閉中斷使能，而當(dāng)擴展空間程序返回到XPC=0的頁面時再開中斷。這樣做的好處是不用關(guān)注XPC的值對中斷向量尋址的影響。中斷的時候也不需要保存XPC的值。調(diào)用過程如圖1所示，Y表示需要關(guān)注XPC的值，N表示不需要關(guān)注XPC的值，數(shù)字表示調(diào)用順序。

　　(2.1) DSP中影響存儲器映射的因素有三個：OVLY、DROM和MP/MC。OVLY是Overlay的簡寫。當(dāng)OVLY=1時，數(shù)據(jù)空間里的一部分RAM變?yōu)橹丿B區(qū)域(Overlay Memory)。這部分重疊區(qū)域同時映射在每一頁程序空間的上部。具體示例如圖2所示(MP/MC=0，C5416)。

　　可見OVLY=1的時候，數(shù)據(jù)空間的DARAM0～3被映射到程序空間的每一頁上。基于這樣的特點，可以把中斷向量表定位到數(shù)據(jù)空間的重疊區(qū)域DARAM0～3中，置OVLY為1。當(dāng)有中斷發(fā)生時，不管程序運行于DSP的哪個程序頁面空間，只用PC尋址都能夠正確地取到中斷向量表，而不會受XPC的影響。中斷程序ISR可以放到任何一個程序頁面中，但這時跳轉(zhuǎn)到ISR的指令只能用長跳轉(zhuǎn)指令(FB等)，跳轉(zhuǎn)之前注意將XPC壓入堆棧，程序同表1。示意圖如圖3所示。

　　(2.2) 如果片內(nèi)RAM比較大，分給數(shù)據(jù)空間的RAM也比較多(如C5416有64K的RAM可以作為數(shù)據(jù)空間)，數(shù)據(jù)空間可能會有余量。這時可以把中斷向量表和ISR都全部放進數(shù)據(jù)空間的Overlay Memory區(qū)域，并把OVLY置1。這樣不僅在任何程序頁面空間都能夠正確地取到中斷向量表，同時用短跳轉(zhuǎn)指令(BD等)就可以實現(xiàn)跳轉(zhuǎn)到ISR，不再需要對XPC進行保存和還原。程序請參看表2。

　　(3.1) 在擴展模式下，雖然程序空間擴為8M，但如果OVLY=1，則程序空間中存在大量的重疊區(qū)域，如C5416在OVLY=1的情況下真正可用的程序空間最大為4.03M。有的場合需要的程序空間大于4.03M，就必須使用OVLY=0的情況。這個時候程序空間不存在重疊區(qū)域，但可以模擬出來。方法是：把中斷向量表拷貝到會發(fā)生中斷的每一頁程序空間，如圖4所示。這樣，中斷的時候就能正確找到中斷向量表而實現(xiàn)中斷跳轉(zhuǎn)。

　　比較上面的四種方法，方法(2.1)更為適應(yīng)普遍的情況。它不限制ISR的地址范圍，而中斷向量表只占0x80的空間，把它放到數(shù)據(jù)空間的重疊區(qū)域是很容易做到的。筆者正在做的項目正是采用了這種方法。

　　3 DSP/BIOS下中斷的管理

　　DSP/BIOS是TI近來推出的準(zhǔn)實時操作系統(tǒng)，它同樣支持?jǐn)U展地址模式，只是需要將Global Settings中的函數(shù)調(diào)用模式設(shè)置為Far就可以了。需要強調(diào)的是：BIOS只支持OVLY=1的擴展模式，而不支持OVLY=0的擴展模式。擴展模式下在BIOS Code中會多出一個段“.bios:.norptb”，這個段會被自動放入Overlay Memory之中，具體原因請參看參考文獻。BIOS管理的線程有四種類型：HWI、SWI、TSK以及IDL。上面所提到的所有中斷屬于優(yōu)先級最高的HWI線程。每個中斷向量都是以HWI模塊的Object形式存在，可以用BIOS下的Configuration Tool來配置每個中斷向量所觸發(fā)的函數(shù)。在Configuration Tool中，會發(fā)現(xiàn)System的MEM模塊下有一個名為VECT的Object，它實質(zhì)上是用來給中斷向量表分配存儲空間的，用戶可以自己配置中斷向量表的地址(必須是128的倍數(shù))。地址的分配方法可以參考上面提到的幾種應(yīng)對技巧。下面就BIOS下的中斷做出幾點說明：

　　·在Object的屬性框中填寫中斷函數(shù)名時，如果中斷函數(shù)是由C語言編寫的，則需要在函數(shù)名前加下劃線(C語言和匯編語言相互調(diào)用的需要)。匯編語言則不需要。

　　·在編寫中斷函數(shù)的時候不能再用關(guān)鍵字interrupt來說明中斷函數(shù)，因為BIOS已經(jīng)自動包括了這個功能。如果再用interrupt，則會造成致命后果。

　　·如果中斷函數(shù)是用匯編語言編寫的，中斷函數(shù)應(yīng)夾在BIOS的API HWI_enter和HWI_exit之間。這樣，在中斷處理的時候會正確保存和恢復(fù)一些需要使用的寄存器，并妥善處理線程間的關(guān)系以及中斷函數(shù)中對BIOS API的調(diào)用;如果中斷函數(shù)是用C語言編寫的，則必須使用HWI Dispatcher屬性，作用和前面是一樣的。如果想了解更多東西可以參看參考文獻。

　　·在BIOS中的SWI(軟件中斷)模塊下，用戶可以自己添加軟件中斷對象。但是必須從概念上分清楚，這里添加的軟件中斷和在前面提到的軟件中斷(即由INTR、TRAP、RESET觸發(fā)的中斷)是完全不同的概念。這里的軟件中斷并不屬于中斷向量表里的中斷向量(顯然中斷的個數(shù)也不會存在限制)，并且它可以帶兩個參數(shù)(前面的中斷函數(shù)是不能帶參數(shù)的)。所以從幾個方面看這里的軟件中斷函數(shù)更象是通常意義上的一般函數(shù)。

　　在剛開始使用DSP/BIOS的時候可能會覺得比較麻煩，需要理解的東西也很多。但當(dāng)你熟悉了以后會發(fā)現(xiàn)，它能幫你節(jié)省不少時間去處理底層的東西，而使你將更多的精力放在算法的實現(xiàn)上。

　　本文全面介紹了C54x系列DSP的中斷機制，以及中斷在使用過程中的一些技巧，闡述了整個中斷的響應(yīng)過程和一些比較容易出錯的地方。希望通過共享使大家更快更好地掌握C54x的中斷處理。