基于ARM7軟中斷程序的設計

　　1 存儲器部分原理

　　筆者在設計一項目時采用LPC2458。此CPU為ARM7內核，帶512K字節(jié)的片內FLASH，98k字節(jié)的片內RAM，支持片外LOCAL BUS總線，可從片外NOR FLASH啟動CPU。由于代碼量較大，程序放在片外的NOR FLASH中。且存在片外NOR FLASH在運行程序時，需對片外的NOR FLASH擦寫的需求。圖1為存儲部分框圖。

　　圖1 存儲部分原理框圖

　　在設計中，片外NOR FLASH的大小為16M字節(jié)。其中2M規(guī)劃為存放運行程序，剩余的空間用于產品運行日志，告警燈存儲空間。因此存在著在程序運行時對片外NOR FLASH擦寫的需求。如果程序正在正常運行的片外FLASH中去擦寫FLASH，會存在總線沖突的問題，無法實現此功能。我們采用ARM7內核的SWI軟中斷功能來實現。

　　2 ARM軟中斷原理(SWI)

　　軟中斷(SWI)目前沒有找到任何官方的正式定義。筆者嘗試與硬中斷對比定義如下：

　　1. 軟中斷發(fā)生的時間是由程序控制的，而硬中斷發(fā)生的時間是隨機的。

　　2. 軟中斷是由程序調用發(fā)生的，而硬中斷是由外設引發(fā)的。

　　3. 硬中斷處理程序要確保它能快速完成它的任務，這樣程序執(zhí)行時才不會等待較長的時間。

　　在C程序中調用軟件中斷需要用到編譯器的擴展功能，使用關鍵字“_SWI”來聲明中斷函數。注意軟中斷號碼同時在函數定義時指定。

　　_swi(0x24) void my_swi(void);

　　這樣當調用函數my_swi的時候，就會用“SWI 0X24”來代替普通的函數調用“BL my_swi”。

　　可以發(fā)現軟件中斷同樣存在著中斷分支的問題，即需要根據中斷號碼來決定調用不同的處理程序。軟中斷號碼只存在于SWI指令碼當中，因此需要在中斷處理程序中讀取觸發(fā)中斷的指令代碼，然后提取中斷號信息，再進行進一步處理。下面是軟中斷指令的編碼格式：

　　ARM狀態(tài)下的SWI指令編碼格式，32位長度，其中24位是中斷編號。

　　Thumb狀態(tài)下的SWI指令編碼格式，16位長度，其中低8位是中斷編號。

　　為了在中斷處理程序里面得到SWI指令的地址，可以利用LR寄存器。每當響應一次SWI的時候，處理器都會自動保存并調整LR寄存器，使里面的內容指向SWI下一條指令的地址，所以把LR里面的地址內容上溯一條指令就是所需的間隔不一樣，如果進入SWI執(zhí)行前是在ARM狀態(tài)下，需要通過LR-4來獲得SWI指令地址，如果是在Thumb狀態(tài)下進入，則只有LR-2就可以了。

　　下面是一段提取SWI中斷號碼的例程：

　　MRS R0,SPSR;檢查進入SWI響應前的狀態(tài)

　　TST R0,#T_bit;

　　LDRNEH R0,[LR, #-2];是Thumb，讀回SWI指令碼

　　BICNE R0, R0, #0xff00;提取低8位

　　LDREQ R0, [LR, #-4];是ARM，讀回SWI指令碼

　　BICEQ R0, #ff000000;提取低24位;

　　寄存器R0中的內容是正確的軟中斷編號了。

　　3 FLASH的CFI接口簡介

　　在編程時，軟件由于需要支持多個廠家不同型號的FLASH，因此在對FLASH擦寫操作時，我們采用CFI接口。

　　CFI(Common Flash Interface)是JEDEC制定的一個接口，用來幫助程序讀取FLASH的制造商ID和設備ID，確定FLASH的大小，獲得FLASH的各個物理特性，比如BLOCK的擦除時間等等。主要的功能是使得軟件和硬件升級更加方便，不同廠家之間的硬件兼容性更好，可以實現底層硬件的互換。項目使用的FLASH命令定義列表如表1所示。

　　表1 NOR FLASH命令定義列表

　　4 實現方案

　　4.1 SWI實現接口程序

　　如圖1所示，LPC2458內部的FLASH存放boot程序，外部的FLASH存放應用程序。在需要擦寫外部FLASH時，由應用程序產生一個軟中斷，使程序跳到內部FLASH中運行。CPU不再從片外FLASH中取指令，因此可擦寫片外FLASH。當軟中斷程序運行完畢后，程序又跳回片外FLASH中。

　　由于SWI軟中斷中傳送參數比較麻煩，我們的SWI軟中斷程序僅返回處理函數的地址，獲得地址后，重定義為函數地址指針的方法簡化處理，使程序的可讀性和維護性增強。

　　我們以FLASH的寫函數舉例說明采用SWI方式的流程。

　　//定義函數指針類型

　　typedef unsigned long (*FuncWR_t)(unsigned long, void *, unsigned long);

　　//定義寫FLASH函數，調用軟中斷

　　unsigned long Write_Flash(unsigned long StartAddr, unsigned short* DataPtr, unsigned long Count)

　　{

　　Extern unsigned long __swi(3) Get_Write_Addr(void);

　　FuncWR_t Func; //定義一個函數指針

　　Func = (FuncWR_t)Get_Write_Addr();

　　return Func(StartAddr, DataPtr, Count);

　　}

　　unsigned long __swi(3)Get_Write_Addr(void);

　　unsigned long __swi_3(void) //Get Write Flash Function Address

　　{

　　return (unsigned long)NorFlash_Write;

　　}

　　NorFlash_Write函數接口定義如下：

　　unsigned long NorFlash_Write(unsigned long StartAddr, unsigned short * DataPtr, unsigned long Count);

　　4.2 CFI接口實現

　　對于FLASH中采用CFI接口的編程實現，在網上有很多的源碼可以參考，本文不再對此詳述。以寫FLASH為例，函數如下：

　　unsigned long NorFlash_Write(unsigned long StartAddr, unsigned short * DataPtr, unsigned long Count)

　　{

　　……..

　　……..

　　WRITE_CMD(0X5555,0XAAAA);

　　WRITE_CMD(0X2AAA,0X5555);

　　WRITE_CMD(0X5555,0XA0A0);

　　……..

　　……..

　　}

　　5 總結

　　本文以ARM7內核的LPC2458 MCU，采用軟中斷的方法實現片外FLASH在運行程序時，同時實現對此FLASH的寫操作例程。詳細描述了ARM7內核的MCU軟中斷程序的設計方法。希望能對使用ARM7內核、Cortex-M3/M4內核的MCU，實現軟中斷程序起到一個參考的作用。