TMS320C54x系列DSP中的應(yīng)用
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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(gè)）和不可屏蔽中斷?？善帘沃袛嗍埽樱裕奔拇嫫髦械模桑危裕臀缓停桑停壹拇嫫髦邢鄳?yīng)位的影響。當(dāng)ＩＮＴＭ＝０時(shí)，ＩＭＲ中某位為１，則開(kāi)放相應(yīng)的中斷。其實(shí)，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ＩＮＴＲ、ＴＲＡＰ觸發(fā)，并且不受ＩＮＴＭ的限制。有一點(diǎn)需要引起注意的是：指令ＲＥＳＥＴ復(fù)位和硬件ＲＳ復(fù)位對(duì)ＩＰＴＲ和外圍電路初始化是不相同的。硬件復(fù)位時(shí)ＩＰＴＲ總是被置為０ｘ１ＦＦ，軟件復(fù)位時(shí)則不會(huì)修改當(dāng)前ＩＰＴＲ的值。Ｃ５４ｘ的中斷處理過(guò)程分為三個(gè)階段： ①中斷請(qǐng)求?？梢杂糜布骷蛘哕浖噶钫?qǐng)求中斷。如果請(qǐng)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(huì)被響應(yīng)。 ②中斷響應(yīng)。對(duì)于軟件中斷和不可屏蔽中斷，ＣＰＵ是立即響應(yīng)的。對(duì)于可屏蔽中斷，要滿足下列條件才能響應(yīng)： %26;#183;優(yōu)先級(jí)最高（同時(shí)出現(xiàn)多個(gè)中斷時(shí)） %26;#183;ＩＮＴＭ位為０ %26;#183;ＩＭＲ中相應(yīng)位為１ ＣＰＵ在取到軟件向量的第一個(gè)字后會(huì)產(chǎn)生ＩＡＣＫ信號(hào)，對(duì)可屏蔽中斷而言，ＩＡＣＫ會(huì)清除ＩＦＲ中相應(yīng)位。 ③中斷處理。保護(hù)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(hù)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(lái)運(yùn)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(jiàn)表１）。中斷向量表的長(zhǎng)度為１２８?jìng)€(gè)字節(jié)，每個(gè)中斷分配為４個(gè)字節(jié)，一共有３２個(gè)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(shí)，ＩＰＴＲ總是默認(rèn)置為０ｘ１ＦＦ，所以中斷向量表地址為０ｘＦＦ８０。每個(gè)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(hào)，在０～３１之間），中斷向量號(hào)左移兩位是因?yàn)槊總€(gè)中斷向量占用４個(gè)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(kuò)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(lái)越強(qiáng)，１９２Ｋ的空間已經(jīng)不能滿足需要。后來(lái)的Ｃ５４ｘ均提供了擴(kuò)展地址模式，使程序空間擴(kuò)展到８Ｍ。擴(kuò)展模式下的中斷控制有自己特殊的地方，有必要進(jìn)行說(shuō)明。 擴(kuò)展模式下程序空間的尋址是通過(guò)寄存器ＰＣ和ＸＰＣ一同進(jìn)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(huì)自動(dòng)保存和恢復(fù)。但在進(jìn)行中斷處理的時(shí)候，只有１６位的ＰＣ寄存器能夠自動(dòng)得到保存（這是由于考慮了非擴(kuò)展模式下中斷的效率問(wèn)題），所以ＸＰＣ必須由用戶自己來(lái)保存，否則在中斷返回的時(shí)候往往會(huì)跳到不同的頁(yè)面（由返回前后ＸＰＣ值的不同引起）造成不可預(yù)測(cè)的后果。程序如表１所示。
由于必須在長(zhǎng)跳轉(zhuǎn)之前保存ＸＰＣ的值，沒(méi)法使用延遲指令（如ＦＢＤ），所以中斷時(shí)延會(huì)增加兩個(gè)周期。 再來(lái)考慮另外一種情況：設(shè)程序運(yùn)行在ＸＰＣ＝２的頁(yè)面上，如果這個(gè)時(shí)候有中斷發(fā)生并得到了ＣＰＵ的響應(yīng)，ＤＳＰ會(huì)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(shuō)明：中斷向量表必須和應(yīng)用程序在同一６４Ｋ的程序空間頁(yè)面內(nèi)。如果應(yīng)用程序不是只分布在一個(gè)程序空間頁(yè)面內(nèi)，那應(yīng)該如何處理呢？可分三種類型共四種技巧來(lái)應(yīng)對(duì)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(yùn)行是不允許中斷的。把不允許中斷的程序部分放到擴(kuò)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(yè)面。當(dāng)調(diào)用擴(kuò)展空間的程序時(shí)關(guān)閉中斷使能，而當(dāng)擴(kuò)展空間程序返回到ＸＰＣ＝０的頁(yè)面時(shí)再開(kāi)中斷。這樣做的好處是不用關(guān)注ＸＰＣ的值對(duì)中斷向量尋址的影響。中斷的時(shí)候也不需要保存ＸＰＣ的值。調(diào)用過(guò)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(chǔ)器映射的因素有三個(gè)：ＯＶＬＹ、ＤＲＯＭ和ＭＰ／ＭＣ。ＯＶＬＹ是Ｏｖｅｒｌａｙ的簡(jiǎn)寫(xiě)。當(dāng)ＯＶＬＹ＝１時(shí)，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(shí)映射在每一頁(yè)程序空間的上部。具體示例如圖２所示（ＭＰ／ＭＣ＝０，Ｃ５４１６）。
可見(jiàn)ＯＶＬＹ＝１的時(shí)候，數(shù)據(jù)空間的ＤＡＲＡＭ０～３被映射到程序空間的每一頁(yè)上?；谶@樣的特點(diǎn)，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(shí)，不管程序運(yùn)行于ＤＳＰ的哪個(gè)程序頁(yè)面空間，只用ＰＣ尋址都能夠正確地取到中斷向量表，而不會(huì)受ＸＰＣ的影響。中斷程序ＩＳＲ可以放到任何一個(gè)程序頁(yè)面中，但這時(shí)跳轉(zhuǎn)到ＩＳＲ的指令只能用長(zhǎng)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(huì)有余量。這時(shí)可以把中斷向量表和ＩＳＲ都全部放進(jìn)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(yè)面空間都能夠正確地取到中斷向量表，同時(shí)用短跳轉(zhuǎn)指令（ＢＤ等）就可以實(shí)現(xiàn)跳轉(zhuǎn)到ＩＳＲ，不再需要對(duì)ＸＰＣ進(jìn)行保存和還原。程序請(qǐng)參看表２。 （３.１） 在擴(kuò)展模式下，雖然程序空間擴(kuò)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(chǎng)合需要的程序空間大于４．０３Ｍ，就必須使用ＯＶＬＹ＝０的情況。這個(gè)時(shí)候程序空間不存在重疊區(qū)域，但可以模擬出來(lái)。方法是：把中斷向量表拷貝到會(huì)發(fā)生中斷的每一頁(yè)程序空間，如圖４所示。這樣，中斷的時(shí)候就能正確找到中斷向量表而實(shí)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(xiàng)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(lái)推出的準(zhǔn)實(shí)時(shí)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(qiáng)調(diào)的是：ＢＩＯＳ只支持ＯＶＬＹ＝１的擴(kuò)展模式，而不支持ＯＶＬＹ＝０的擴(kuò)展模式。擴(kuò)展模式下在ＢＩＯＳ Ｃｏｄｅ中會(huì)多出一個(gè)段“．ｂｉｏｓ:．ｎｏｒｐｔｂ”，這個(gè)段會(huì)被自動(dòng)放入Ｏｖｅｒｌａｙ Ｍｅｍｏｒｙ之中。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(jí)最高的ＨＷＩ線程。每個(gè)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(lái)配置每個(gè)中斷向量所觸發(fā)的函數(shù)。在Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ Ｔｏｏｌ中，會(huì)發(fā)現(xiàn)Ｓｙｓｔｅｍ的ＭＥＭ模塊下有一個(gè)名為ＶＥＣＴ的Ｏｂｊｅｃｔ，它實(shí)質(zhì)上是用來(lái)給中斷向量表分配存儲(chǔ)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(duì)技巧。下面就ＢＩＯＳ下的中斷做出幾點(diǎn)說(shuō)明： %26;#183;在Ｏｂｊｅｃｔ的屬性框中填寫(xiě)中斷函數(shù)名時(shí)，如果中斷函數(shù)是由Ｃ語(yǔ)言編寫(xiě)的，則需要在函數(shù)名前加下劃線（Ｃ語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言相互調(diào)用的需要）。匯編語(yǔ)言則不需要。 %26;#183;在編寫(xiě)中斷函數(shù)的時(shí)候不能再用關(guān)鍵字ｉｎｔｅｒｒｕｐｔ來(lái)說(shuō)明中斷函數(shù)，因?yàn)椋拢桑希右呀?jīng)自動(dòng)包括了這個(gè)功能。如果再用ｉｎｔｅｒｒｕｐｔ，則會(huì)造成致命后果。 %26;#183;如果中斷函數(shù)是用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)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(shí)候會(huì)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(duì)ＢＩＯＳ ＡＰＩ的調(diào)用；如果中斷函數(shù)是用Ｃ語(yǔ)言編寫(xiě)的，則必須使用ＨＷＩ Ｄｉｓｐａｔｃｈｅｒ?qū)傩?，作用和前面是一樣的?img onload="if(this.width>620)this.width=620;" onclick="window.open(this.src)" style="cursor:pointer" src="http://editerupload.eepw.com.cn/fetch/20140414/242368_1_5.jpg" border=0>%26;#183;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(duì)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(gè)數(shù)也不會(huì)存在限制），并且它可以帶兩個(gè)參數(shù)（前面的中斷函數(shù)是不能帶參數(shù)的）。所以從幾個(gè)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(kāi)始使用ＤＳＰ／ＢＩＯＳ的時(shí)候可能會(huì)覺(jué)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(huì)發(fā)現(xiàn)，它能幫你節(jié)省不少時(shí)間去處理底層的東西，而使你將更多的精力放在算法的實(shí)現(xiàn)上。 本文全面介紹了Ｃ５４ｘ系列ＤＳＰ的中斷機(jī)制，以及中斷在使用過(guò)程中的一些技巧，闡述了整個(gè)中斷的響應(yīng)過(guò)程和一些比較容易出錯(cuò)的地方。希望通過(guò)共享使大家更快更好地掌握Ｃ５４ｘ的中斷處理。
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