Прерывания

Прерывания – это специальный механизм, позволяющий остановить выполнение основной программы и переключить процессор на выполнение другой задачи по определенному внешнему или внутреннему событию. Фактически прерывания являются обыкновенными подпрограммами, которые в тот или иной момент времени микропроцессор может вызывать аппаратно. Такие подпрограммы принято называть обработчиками прерываний.

В большинстве случаев прерывания позволяют очень сильно разгрузить ЦПУ от той работы, которую самостоятельно могут выполнять отдельные его модули. Например, любой таймер-счетчик, отсчитав необходимое число тактов генератора, может сгенерировать прерывание и вызвать подпрограмму, в которой будет находиться код для отчета различных временных интервалов. Точно таким же образом при наступлении определенного события (отсылка или прием слова данных, изменение состояния на линии и мн. др.) способны оповещать процессор модули USART, SPI, TWI, ADC и т.д. Различные модели AVR могут содержать от 4 до 56 таких источников прерываний.

Табл.5. Таблица векторов прерываний:

За каждым обработчиком прерывания жестко закреплен определенный адрес (вектор прерывания) в начале памяти программ. Положения векторов прерываний для ATmega8 сведены табл.5. Обычно по адресу вектора прерывания находится инструкция перехода, которая передает управление подпрограмме обработчика:

             .cseg
             .org 0       ;начало с нулевого адреса памяти программ

       rjmp  initial      ;переход на начало основной программы                                      
       rjmp  service_INT0 ;переход на метку service_INT0     
       rjmp  service_INT1 ;переход на метку service_INT1
       .
       rjmp  service_TWI  ;переход на метку service_TWI  
       rjmp  service_SPMR ;переход на метку service_SPMR

В моделях AVR с объемом FLASH ≤8 кбайт, для векторов отводится по 1 слову памяти программ, как раз для инструкций rjmp. Во всех остальных микроконтроллерах каждый вектор прерывания занимает уже 2 слова, а в качестве инструкции перехода используются jmp.

Управление прерываниями производится индивидуально. За разрешение каждого из них отвечают специальные разряды соответствующих РВВ, а о наступлении события микроконтроллер может судить по состоянию флагов прерывания (см. табл.5). Например, если прерывание по переполнению таймера-счетчика 2 разрешено (установлен бит TOIE2 из TIMSK), то при изменении содержимого счетного регистра TCNT2 c 0xFF на 0x00 в регистре TIFR аппаратно будет установлен флаг прерывания TOV2 и микроконтроллер вызовет подпрограмму по адресу 0x0004.

За общее управление прерываний у AVR отвечает флаг I из регистра SREG. При I=0 все прерывания, независимо от состояния битов разрешения, запрещены. 

При вызове обработчика прерывания адрес текущей команды в основной программе копируется в стек, как и при обычном вызове подпрограммы. Но вместе с этим микроконтроллер аппаратно сбрасывает на нуль флаг I и флаг, который явился источником прерывания. Обработчик должен заканчиваться командой возврата из прерывания reti. После ее выполнения адрес возврата восстанавливается в PC и при этом одновременно устанавливается флаг I.

Ниже рассмотрен пример использования обработчика внешнего прерывания INT0.

   .include "m8def.inc"    ;подключение стандартного заголовочного файла       

        .cseg              ;начало секции кода с нулевого адреса
        .org  0        

    rjmp  main             ;вектор сброса 
    rjmp  service_INT0     ;вектор внешнего прерывания 0
   .

main:
    ldi   R16,low(RAMEND)  ;инициализируем указатель стека
    out   SPL,R16
    ldi   R16,high(RAMEND)                 
    out   SPH,R16
    cbi   PORTD,PD2     ;настраиваем на ввод линию 2 порта D (альтернативная    
    sbi   DDRD,PD2      ;функция INT0) и подключаем к ней внутренний резистор
    ldi   R16,1«ISC01   ;задаем условием прерывания изменения 
    out   MCUCR,R16     ;состояния вывода INT0 с лог.1 на лог.0
    ldi   R16,1«INT0    ;разрешаем прерывание INT0
    out   GICR,R16      
    sei                 ;разрешаем прерывания глобально (I=1)
   .

service_INT0:
    push  R16           ;сохраняем в стеке R16
    in    R16,SREG
    push  R16           ;сохраняем в стеке SREG
   .
    pop   R16           ;восстанавливаем из стека SREG
    out   SREG,R16
    pop   R16           ;восстанавливаем из стека R16
    reti   

Инструкция перехода, размещенная по нулевому адресу (вектор сброса у всех моделей AVR), передает управление на начало основной программы main, где и происходит инициализация микроконтроллера. В качестве условия возникновения прерывания выбрано изменение состояния вывода INT0 с уровня лог.1 на лог.0 (момент нажатия кнопки). При возникновении указанного события произойдет вызов подпрограммы по адресу 0x0001 (вектор прерывания INT0) и, далее, обработчика service_INT0. В обработчике нужно сохранить содержимое SREG и, если это необходимо, остальных регистров, которые используются в контексте основной программы.

Возможна такая ситуация, что в процессе работы одновременно возникнут сразу несколько запросов на прерывания (одновременно будут установлены несколько флагов прерывания). В этом случае первым будет вызван тот обработчик, чей адрес в таблице векторов прерывания находится выше. Например, при возникновении запросов от АЦП (адрес 0x000E) и компаратора (адрес 0x0010), первым будет обработан запрос от АЦП. Таким образом, каждое прерывание у AVR имеет свой собственный неизменный приоритет, который зависит от его местоположением в таблице векторов.

Здесь возможны две проблемы. Во-первых, обработка отдельных прерываний может быть достаточно длительной процедурой и другие запросы окажутся отложенными на недопустимо большой срок. А во-вторых, прерывание с низким приоритетом может иметь намного большее значение для данного устройства. В обоих случаях можно выйти из положения, если допустить в программе вложенные прерывания. Для этого после сохранения контекста в обработчике прерывания нужно вручную установить флаг I командой sei:

service_INT0:
    push  R16           ;сохраняем в стеке R16
    in    R16,SREG
    push  R16           ;сохраняем в стеке SREG
    sei                 ;разрешаем прерывания во время обработчика 
   .
    pop   R16           ;восстанавливаем из стека SREG
    out   SREG,R16
    pop   R16           ;восстанавливаем из стека R16
    reti

Вложенные прерывания могут оказаться недопустимыми при малом размере стека.

Перейти к следующей части: Порты ввода-вывода

Теги:

• Микроконтроллер
• AVR