LPC2292的偽中斷與偽中斷處理

引言
工業(yè)以太網(wǎng)具有比現(xiàn)場(chǎng)總線更好的性能，正處于不斷發(fā)展完善當(dāng)中，因此研制基于工業(yè)以太網(wǎng)的設(shè)備具有很好的市場(chǎng)前景。本文設(shè)計(jì)的嵌入式控制器采用了基于ARM7TDMIS的微控制器LPC2292[12]。控制器的底層與現(xiàn)場(chǎng)總線CAN相連，向上與Ethernet/IP工業(yè)以太網(wǎng)相連。為提高可靠性，應(yīng)用了冗余控制技術(shù)，備有一個(gè)一模一樣的冗余控制器。通過LVDS接口，控制器與冗余控制器相連，并相互在線監(jiān)測(cè)。同時(shí)，本文采用了嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)μC/OS-II[3]。
嵌入式控制器采用高性能的32位單片機(jī)LPC2292。但是LPC2292在正常工作中存在產(chǎn)生偽中斷的可能性。如果不進(jìn)行正確處理的話，可能產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。本文對(duì)此進(jìn)行了全面的分析，針對(duì)不同的情況，靈活地進(jìn)行了處理；最后徹底解決了偽中斷問題，消除了嵌入式控制器中的隱患。
本文用到的LPC2292的資源有看門狗、定時(shí)器TIMIER0、UART0、UART1、CAN1，通過外部總線與以太網(wǎng)控制器芯片RTL8019AS相連。把CAN1的接收數(shù)據(jù)Rx設(shè)為快中斷，它是唯一的快中斷。UART1與LVDS芯片相連,UART0通過RS232轉(zhuǎn)換芯片與外部設(shè)備進(jìn)行通信。
1 偽中斷產(chǎn)生的原因
由于異步中斷處理，偽中斷可能出現(xiàn)在基于ARM7TDMIS 的微控制器LPC2292中。如果不進(jìn)行正確處理，有可能引起嚴(yán)重的后果。中斷處理的異步特性來源于內(nèi)核和向量中斷控制器（VIC）的相互作用。如果在內(nèi)核中檢測(cè)到中斷和內(nèi)核真正開始處理中斷的過程中VIC 的狀態(tài)發(fā)生改變，則產(chǎn)生中斷的異步特性[4]。
應(yīng)用中可能經(jīng)過以下步驟：
① VIC 判斷是否有IRQ 中斷。若有，則向內(nèi)核發(fā)送IRQ 信號(hào)。
② 內(nèi)核保存IRQ 狀態(tài)。
③ 執(zhí)行流水線的多個(gè)周期的處理。
④ 內(nèi)核從VIC 中裝入IRQ 地址。
如果在執(zhí)行到步驟③時(shí)向量中斷控制器的狀態(tài)有所改變，那么就要發(fā)生偽中斷。所以，在以下兩種情況下會(huì)發(fā)生偽中斷。
◆ 在步驟③時(shí)執(zhí)行了關(guān)中斷指令。
◆ 向向量中斷控制器發(fā)送IRQ信號(hào)的中斷的中斷標(biāo)志丟失。當(dāng)UART0/UART1的RDA/CTI中斷允許時(shí)就可能發(fā)生這種情況[5]。
進(jìn)入偽中斷時(shí)，VIC 不能清楚地識(shí)別產(chǎn)生中斷請(qǐng)求的中斷，最后只能返回到VicDefVectAddr (0xFFFFF034)默認(rèn)中斷進(jìn)行處理。因此，如果不正確處理偽中斷，就可能導(dǎo)致嚴(yán)重的后果。
2 偽中斷的處理
本控制器中，可能出現(xiàn)偽中斷的地方是：關(guān)中斷、喂看門狗、UART0通信和UART1通信。本文的設(shè)計(jì)思路是：盡量避免產(chǎn)生偽中斷；實(shí)在避不開的話，則寫好相應(yīng)的處理程序。
2.1 關(guān)中斷指令的處理
μC/OS-II中的關(guān)中斷指令OS_ENTER_CRITICAL()不采用直接關(guān)中斷，而是先進(jìn)入管理模式中，設(shè)置好寄存器SPSR，退出時(shí)關(guān)掉IRQ中斷。這樣就消除了由關(guān)中斷而引起偽中斷的可能性。
2.2 看門狗的處理
喂看門狗時(shí)必須先關(guān)閉IRQ和FIQ，否則可能發(fā)生意外的復(fù)位，導(dǎo)致控制器不能工作。在周期性的時(shí)鐘節(jié)拍中斷程序中第一件事就是喂看門狗。如果在進(jìn)入時(shí)鐘節(jié)拍中斷時(shí)IRQ已關(guān)閉，就可避免偽中斷的出現(xiàn)。當(dāng)然，在喂狗指令前必須先關(guān)閉FIQ，喂狗指令后再打開FIQ。關(guān)閉FIQ是不會(huì)引起偽中斷的[1]。
2.3 UART0和UART1的處理
在UART0中（UART1同理），當(dāng)UART0 Rx FIFO到達(dá)寄存器U0FCR7∶6 所定義的觸發(fā)點(diǎn)（比如接收4個(gè)字符）時(shí)，發(fā)生RDA 中斷。當(dāng)UART0 Rx FIFO 的深度低于觸發(fā)點(diǎn)時(shí)，RDA 中斷標(biāo)志被清除。
當(dāng)UART0 Rx FIFO 包含至少1 個(gè)字符,且在接收3.5~4.5 字符的時(shí)間內(nèi)沒有發(fā)生UART0 Rx FIFO 動(dòng)作時(shí)，產(chǎn)生CTI中斷。當(dāng)UART0 Rx FIFO 的任何動(dòng)作（讀或?qū)慤ART0 RSR）都將清除CTI中斷標(biāo)志。
CTI偽中斷是這樣發(fā)生的：比如UART0 Rx FIFO已接收2字符，且超過了3.5~4.5 字符的時(shí)間，發(fā)生CTI中斷；但是這時(shí)又有字符進(jìn)來，于是CTI中斷標(biāo)志被清除。向量中斷控制器無法識(shí)別是誰產(chǎn)生了中斷，偽中斷就發(fā)生了。
RDA偽中斷是這樣發(fā)生的：以接收4字符發(fā)生RDA中斷為例，比如UART0 Rx FIFO已接收3字符，且超過了3.5~4.5 字符的時(shí)間，發(fā)生CTI中斷。在系統(tǒng)正確處理CTI中斷時(shí)，恰好有一個(gè)字符進(jìn)來，使得UART0 Rx FIFO中的字符數(shù)正好為4，于是發(fā)生RDA中斷。但是由于先處理CTI中斷，CTI中斷程序先讀取了其中的字符，使UART0 Rx FIFO內(nèi)的字符數(shù)小于4，因此RDA中斷標(biāo)志就被清除了。等到系統(tǒng)處理RDA中斷時(shí)，偽中斷就發(fā)生了。
可以看出，CTI中斷的存在是產(chǎn)生UART0和UART1偽中斷的罪魁禍?zhǔn)?。UART1與LVDS接口相連，用于控制器和冗余控制器的在線互相監(jiān)測(cè)。采用每次只發(fā)一個(gè)字符的方法，使得CTI中斷不可能發(fā)生，這樣就徹底消除了UART1產(chǎn)生偽中斷的可能性。
本控制器只在UART0中斷中存在產(chǎn)生偽中斷的可能性。發(fā)生偽中斷時(shí)，系統(tǒng)會(huì)把默認(rèn)中斷地址寄存器VICDefVectAddr中的地址拷貝到向量地址寄存器VICVectAddr中，系統(tǒng)執(zhí)行該地址處的程序。所以，要編寫相應(yīng)的處理偽中斷程序，把其首地址放入VICDefVectAddr中。在處理偽中斷的程序中，要盡快讀出UART0 Rx FIFO中的字符，以免丟失[5]。
參考文獻(xiàn)
[1] NXP Semiconductors. LPC2292 USER MANUAL， 2004.
[2] NXP Semiconductors. LPC2292 ERRATA SHEET， 2006.
[3] Labrosse Jean J. 嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)μC/OS-II[M]. 邵貝貝,等譯. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社, 2003.
[4] 廣州周立功單片機(jī)發(fā)展有限公司. PHILIPS 單片16/32 位微控制器——LPC2292/LPC2294，2005.
[5] NXP Semiconductors. Handling of spurious interrupts in the LPC2000， 2006.
張斌(碩士研究生)，主要研究方向?yàn)閱纹瑱C(jī)與嵌入式控制系統(tǒng)。