AVR中断应用设计要点
21ic 2021-07-26

AVR的中断源比较多,尤其是ATmega128,一共有35个外部以及内部中断源。通常情况下,Flash程序存储器空间的最低位置(0x0000-0x0045)定义为复位和中断向量空间。完整的中断向量见第二章表 2-23。在中断向量表中,处于低地址的中断向量所对应的中断拥有高优先级,所以,系统复位RESET拥有最高优先级。

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A.中断设计注意点:

1.具备Bootloader功能的AVR,其中断向量区可以在Flash程序存储器空间最低位置和Bootloader区的头部来回迁移,这主要用于配合Bootloader程序的应用。如果不使用Bootloader功能,一般不要中断向量区进行迁移。

2.Flash较小的AVR芯片,其一个中断向量占据1个字的空间,用于放置一条相对转移RJMP指令(范围-2K~+2K字),跳到中断服务程序。对于不使用的中断,在中断向量区中应放置1条中断返回指令RETI,增强程序的抗干扰性。

3.ATmega128 的Flash空间为64K字节,因此它的一个中断向量占据2个字的空间,用于放置一条绝对转移JMP指令(指令长度为2个字),跳到中断服务程序。对于不使用的中断,在中断向量区中应连续放置2条中断返回指令RETI,增强程序的抗干扰性。当使用汇编语言编写系统程序时应注意。

4.当 MCU响应一个中断时,其硬件系统会自动中断返回地址压入系统堆栈,并将关闭全局中断响应(硬件将中断标志I位清0),清除该中断的中断标志位;执行中断返回指令RETI时,硬件会先允许全局中断响应(硬件将中断标志I位置1),然后从系统堆栈中弹出返回地址到PC程序计数器中,继续执行被中断打断的程序。除此之外,MCU的硬件没有对中断保护做其他处理。

5.因此,用户在编写中断服务程序时,首先要编写中断现场保护程序,如保护MCU的状态寄存器等。在中断返回之前,不要忘记恢复中断现场。

6.如果设置和允许外部中断响应,即使是外部INT0..7引脚设置为输出方式,在引脚上的电平变化也会触发外部中断的发生,这一特性提供了使用软件产生中断的途径。

7.外部中断可选择采用上升沿触发、下降沿触发以及电平变化(由高变低或由低变高)和低电平触发等方式,无外部高电平触发方式。具体触发方式由外部中断控制寄存器EICRA(INT3:0)和EICRB(INT7:4)决定。

8.如果选择外部低电平方式触发中断时应特别注意:(1)引脚上的低电平必须一直保持到当前一条指令执行完成后才能触发中断;(2)低电平中断并不置位中断标志位,即外部低电平中断的触发不是由于中断标志位引起的,而是外部引脚上电平取反后直接触发中断(当然需要开放全局中断允许)。因此,在使用低电平触发方式时,中断请求将一直保持到引脚上的低电平消失为止。唤句话说,只要中断引脚的输入引脚保持低电平,那么将一直触发产生中断。所以,在低电平中断服务程序中,应有相应的操作命令,控制外部器件释放或取消加在外部引脚上的低电平。

B.中断优先级以及中断嵌套处理

1.AVR中断的优先级由该中断向量在中断向量区中的位置确定,处于低地址的中断向量所对应的中断拥有高优先级,所以,系统复位RESET拥有最高优先级。

2.当两个中断同时发生申请中断时,MCU先响应中断优先级高的中断。低优先级的中断一般将保持中断标志位的状态(外部低电平中断除外),等待MCU响应处理。

3.MCU 响应一个中断后,在进入中断服务前已由硬件自动清零全局中断允许位。因此此时即使有更高优先级的中断请求发生,MCU也会不响应,要等执行到RETI指令,从本次中断返回,并执行了一条指令后,才能继续响应中断。所以,在缺省情况下,AVR的中断不能嵌套。AVR中断的优先级只是在有多个中断同时发生时才起作用,此时MCU将首先响应高优先级的中断。

4.AVR中断嵌套处理是通过软件方式实现的。如在B中断服务中,如需要MCU能及时的响应A中断(不是等本次中断返回后再响应),B中断的服务程序应这样设计:(1)B中断的现场保护;(2)屏蔽除A以外其它的中断允许标志;(3)用指令SEI开放允许全局中断;(4)B中断服务;(5)用指令CLI禁止全局中断(6)恢复在本中断程序被屏蔽的中断允许标志;(7)B中断现场恢复;(8)B中断返回。

5.采用软件方式实现中断嵌套处理的优点,是能够让程序员可以根据不同的实际情况和需要来决定中断的重要性,有更加灵活的手段处理中断响应和中断嵌套,如让低优先级的中断(此时很重要)打断高优先级中断的服务等,但同时也增加了编写中断服务程序的复杂性。

6.由于AVR的指令执行速度比较高,因此在一般情况下,不建议使用中断嵌套的处理方法。当然,这还需要用户在编写中断处理服务程序中,应遵循中断服务程序尽量要短的原则。

C.高级语言开发环境中中断服务程序的编写

1.在高级语言开发环境中,都扩展和提供了相应编写中断服务程序的方法,但不同高级语言开发环境中对编写中断服务程序的语法规则和处理方法是不同的。用户在编写中断服务程序前,应对所使用开发平台,中断程序的编写方法,中断的处理方法等有较好的了解。

2.使用ICCAVR、CVAVR、BASCOM-AVR等高级语言编写中断服务程序时,通常不必考虑中断现场保护和恢复的处理,因为编译器在编译中断服务程序的源代码时,会在生成的目标代码中自动加入相应的中断现场保护和恢复的指令。

3. 如果用户要编写效率更高或特殊的中断服务程序,可以采用嵌入汇编、关闭编译系统的自动产生中断现场保护和恢复代码等措施,但程序员要对所使用的开发环境有更深的了解和掌握,并具备较高的软件设计能力。给出的USART接收和发送中断服务程序(使用CVAVR开发平台)就是一个非常典型的示例。

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