周立功lpc21xx/lpc22xx（ARM7）系列工程模板中中斷嵌套代碼詳解

... ...

簡單描述下這個中斷處理過程：1.計算返回地址 2.保存環(huán)境 3.切換到系統(tǒng)模式 4.實(shí)際中斷處理 5.切換回IRQ模式 6.恢復(fù)環(huán)境 7.返回

    這里的動作就像括號一樣層層包圍著實(shí)際中斷處理函數(shù)，就是為了讓實(shí)際中斷處理函數(shù)在系統(tǒng)模式下進(jìn)行，而非irq模式下。正是在系統(tǒng)模式下，中斷才能被新的IRQ打斷，才會造成類似嵌套的效果。

宏是一段獨(dú)立的程序代碼，它是通過偽指令定義的，在程序中使用宏指令即可調(diào)用宏。當(dāng)程序被匯編時，匯編程序?qū)γ總€調(diào)用進(jìn)行展開，用宏定義取代源程序中的宏指令。

MACRO、MEND

語法格式：

MACRO

[$ label] macroname{ $ parameter1， $ parameter，……    }

指令序列

MEND

MACRO偽操作標(biāo)識宏定義的開始，MEND標(biāo)識宏定義的結(jié)束。用MACRO及MEND定義一段代碼，稱為宏定義體，這樣在程序中就可以通過宏指令多次調(diào)用該代碼段。其中， $ label在宏指令被展開時，label會被替換成相應(yīng)的符號，通常是一個標(biāo)號。在一個符號前使用$表示程序被匯編時將使用相應(yīng)的值來替代$后的符號。macroname為所定義的宏的名稱。$parameter為宏指令的參數(shù)。當(dāng)宏指令被展開時將被替換成相應(yīng)的值，類似于函數(shù)中的形式參數(shù)，可以在宏定義時為參數(shù)指定相應(yīng)的默認(rèn)值。

宏指令的使用方式和功能與子程序有些相似，子程序可以提供模塊化的程序設(shè)計、節(jié)省存儲空間并提高運(yùn)行速度。但在使用子程序結(jié)構(gòu)時需要保護(hù)現(xiàn)場，從而增加了系統(tǒng)的開銷，因此，在代碼較短且需要傳遞的參數(shù)較多時，可以使用宏匯編技術(shù)。

首先使用MACRO和MEND等偽操作定義宏。包含在 MACRO 和 MEND 之間的代碼段稱為宏定義體，在MACRO偽操作之后的一行聲明宏的原型（包含宏名、所需的參數(shù)），然后就可以在匯編程序中通過宏名來調(diào)用它。在源程序被匯編時，匯編器將宏調(diào)用展開，用宏定義體代替源程序中的宏定義的名稱，并用實(shí)際參數(shù)值代替宏定義時的形式參數(shù)。宏定義中的$label是一個可選參數(shù)。當(dāng)宏定義體中用到多個標(biāo)號時，可以使用類似$label.$internallabel的標(biāo)號命名規(guī)則使程序易讀。

MACRO 、 MEND 偽操作可以嵌套使用。

使用示例：

MACRO

$HandlerLabel HANDLER $HandleLabel ；宏的名稱為HANDLER，有1個參數(shù)$HandleLabel

$HandlerLabel

sub sp,sp,#4 ;decrement sp(to store jump address)

stmfd sp!,{r0} ;PUSH the work register to stack(lr does not push because it return to original address)

ldr     r0,=$HandleLabel;load the address of HandleXXX to r0

ldr     r0,[r0] ;load the contents(service routine start address) of HandleXXX

str     r0,[sp,#4]      ;store the contents(ISR) of HandleXXX to stack

ldmfd   sp!,{r0,pc}     ;POP the work register and pc(jump to ISR)

MEND

；在程序中調(diào)用該宏

HandlerFIQ      HANDLER HandleFIQ ；通過宏的名稱HANDLER調(diào)用宏，其中宏的標(biāo)號為HandlerFIQ，參數(shù)為HandleFIQ

HandlerIRQ      HANDLER HandleIRQ

HandlerUndef    HANDLER HandleUndef

HandlerSWI     HANDLER HandleSWI

HandlerDabort   HANDLER HandleDabort

HandlerPabort   HANDLER HandlePabort

也許我們會問想格式中的[$ label]到底有什么作用？

當(dāng)宏定義體內(nèi)部跳轉(zhuǎn)時，這個參數(shù)會起到至關(guān)重要的作用。要想在宏內(nèi)部跳轉(zhuǎn)，就必須在宏定義體內(nèi)部有程序標(biāo)號如（LOOP），如果不使用參數(shù)（$ label），當(dāng)在一個程序段內(nèi)調(diào)用兩次宏的時候，編譯器就會出現(xiàn)錯誤，因?yàn)楫?dāng)匯編時產(chǎn)生了兩個相同名字的程序標(biāo)號。

例子：   

宏的定義體：

MACRO

$PM        DELAY $CanShu

$PM

LDR     R7,=$CanShu   ;

;LDR  R7,[R7] ;此時參數(shù)是一個立即數(shù)  如果是變量的話 是會用到這一句

$PM.LOOP

SUBS R7,R7,#0X01

BNE   $PM.LOOP

MEND

在程序段中的使用：（使用兩次）

... ...

AA    DELAY 0X000005F0

... ...

BB    DELAY 0X00000FF0

...

此時調(diào)用多次，編譯器就不會出現(xiàn)問題，例子中的AA和BB僅僅是一個標(biāo)號，用戶可以自行書寫，因?yàn)樵诤曛噶顔h展開時，這個符號在匯編時將使用相應(yīng)的值替代，0x00000FF0是一個參數(shù) 在此處是一個立即數(shù)，用戶可自行使用為變量等。

現(xiàn)在進(jìn)行源碼分析
源碼文件：IRQ.inc
;/****************** Copyright (c)**************************
;**                               廣州周立功單片機(jī)發(fā)展有限公司
;**                                     研    究    所
;**                                        產(chǎn)品一部
;**
;**                              
;**
;**--------------文件信息--------------------------------
;**文   件   名: IRQ.inc
;**創(chuàng)   建   人: 陳明計
;**最后修改日期: 2004年8月27日
;**描        述: 定義IRQ匯編接口代碼宏
;**
;**--------------歷史版本信息------------------------------
;** 創(chuàng)建人: 陳明計
;** 版  本: v1.0
;** 日　期: 2004年8月27日
;** 描　述: 原始版本
;**
;**--------------當(dāng)前版本修訂------------------------------
;** 修改人:
;** 日　期:
;** 描　述:
;**
;**----------------------------------------------------------
;************************************** /

NoInt       EQU 0x80
USR32Mode   EQU 0x10
SVC32Mode   EQU 0x13
SYS32Mode   EQU 0x1f
IRQ32Mode   EQU 0x12
FIQ32Mode   EQU 0x11

;引入的外部標(biāo)號在這聲明
        IMPORT  OSIntCtxSw                      ;任務(wù)切換函數(shù)
        IMPORT  OSIntExit                         ;中斷退出函數(shù)
        IMPORT  OSTCBCur
        IMPORT  OSTCBHighRdy
        IMPORT  OSIntNesting                      ;中斷嵌套計數(shù)器
        IMPORT  StackUsr
        IMPORT  OsEnterSum

    CODE32
    AREA    IRQ,CODE,READONLY
    MACRO
$IRQ_Label HANDLER $IRQ_Exception_Function
        EXPORT  $IRQ_Label                       ; 輸出的標(biāo)號
        IMPORT  $IRQ_Exception_Function         ; 引用的外部標(biāo)號
$IRQ_Label
        SUB     LR, LR, #4                        ; 計算返回地址
；分析，在執(zhí)行此指令時，處理器是由于產(chǎn)生了IRQ中斷被迫從其它模式切換到IRQ模式的，此時的PC值是被中斷了的其它模式下的預(yù)取指令的地址（由3級流水線導(dǎo)致），是當(dāng)前執(zhí)行指令的地址+8（RAM狀態(tài)下，Thumb下為+4），當(dāng)已進(jìn)入中斷時，LR里面裝的是PC，所以下一條要執(zhí)行的指令地址就是LR-4（RAM狀態(tài)下）。
        STMFD   SP!, {R0-R3, R12, LR}           ; 保存任務(wù)環(huán)境
；這里為什么只把R0-R3,R12,LR保存呢，其它不用嗎，是這樣的，我們可以從你裝的ADS1.2目錄下的PDF文件夾里面的ADS_DeveloperGuide_D.PDF文件的2.2就可以發(fā)現(xiàn)R4-R11裝的是局部變量，在進(jìn)行函數(shù)跳轉(zhuǎn)時，編譯器它會自動保護(hù)它們的。

MRS     R3, SPSR                         ; 保存狀態(tài)
        STMFD   SP, {R3, SP, LR}^               ; 保存用戶狀態(tài)的R3,SP,LR,注意不能回寫
                                                                         ; 如果回寫的是用戶的SP，所以后面要調(diào)整SP
；分析，1.先看看SPSR，在7中模式中，用戶模式和系統(tǒng)模式?jīng)]有SPSR，其它模式各有自己的SPSR，它的作用是保存異常發(fā)生前的CPSR的值。2.再看看“^”，當(dāng)在STM中使用時，表示加載的寄存器列表“{R3, SP, LR}”是用戶模式的寄存器，而不是當(dāng)前模式的寄存器，3.關(guān)于回寫，即如果語句是STMFD   SP!, {R3, SP, LR}^，就是多一個感嘆號，對于這個“!”，本人理解是跟C語言的指針后跟“++”或“—”類似，至于是“++”還是“—”取決于STM后面的模式標(biāo)識。
《ARM嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)教程——周立功等編著》中有如下一段：
LDF和STM——多寄存器加載/存儲指令（P83）
指令格式：
STM｛cond｝<模式>  Rn｛!｝，reglist｛^｝
當(dāng)Rn在寄存器列表中且使用后追“!”時，對于STM指令，若Rn為寄存器列表中的最低數(shù)字寄存器，則會將Rn的初值保存；其它情況下Rn的加載值和存儲值不可預(yù)知。（P84）
但看源文件后面的注釋“; 如果回寫的是用戶的SP，所以后面要調(diào)整SP”，說明回寫的話保存的是用戶的SP初值，不解？？？既然跟了“^”，說明兩個SP并非同一個寄存器，“!”跟“^”到底誰是老大，誰說了算�。�？
再看“IRQ.S分析”一文中的解釋：
因?yàn)榧拇嫫髁斜碇邪蠸P，且第一個操作數(shù)寄存器也是SP，雖然意義上不是同一個SP，但是此時如果使用:STMFD   SP!, {R3, SP, LR}^ 回寫SP是不行的，編譯就不會通過，違反了ARM匯編的規(guī)則設(shè)置。所以要寫成：STMFD   SP, {R3, SP, LR}^   然后后面（注意：好像還不能立刻減回來，要隔個一兩句再減，不然可能有警告�。┰侔裇P減回來：SUB     SP, SP, #4*3而 STMFD   SP!, {R3,LR}^ 用ADS編譯可能會有一個警告，但是功能是對的。
我用H-JTAG + S3C2410 仿真看過
對于出棧的情況也是一樣。
        LDR     R2,  =OSIntNesting               ; OSIntNesting++
        LDRB    R1, [R2]
        ADD     R1, R1, #1
        STRB    R1, [R2]
；分析：以上幾行代碼功能是實(shí)現(xiàn)中斷嵌套計數(shù)器OSIntNesting +1操作
        SUB     SP, SP, #4*3
；分析：這里就是源文件的注釋“; 如果回寫的是用戶的SP，所以后面要調(diào)整SP”的實(shí)現(xiàn)，即調(diào)整堆棧指針SP的位置。
        MSR     CPSR_c, #(NoInt | SYS32Mode)    ; 切換到系統(tǒng)模式
；分析：只有切換到系統(tǒng)模式，讓后面的服務(wù)程序在系統(tǒng)模式下運(yùn)行，才能實(shí)現(xiàn)嵌套，那再一次開中斷又再哪兒進(jìn)行呢？？請看$IRQ_Exception_FunctionC語言要實(shí)現(xiàn)中斷嵌套的代碼規(guī)則。
        CMP     R1, #1
        LDREQ   SP, =StackUsr
；分析：以上兩句是判斷是否是第一次進(jìn)入中斷，如果是第一次進(jìn)入中斷則設(shè)定系統(tǒng)模式的堆棧指針。
        BL      $IRQ_Exception_Function         ; 調(diào)用c語言的中斷處理程序
；這一句就不再多說了。

；重點(diǎn)說說IRQ_Exception_Function該怎么寫，以下是一個模板，見《μC/OSII下的ARM7中斷過程分析及優(yōu)化方法》一文。

3 中斷的優(yōu)化

　　改寫μC/OSII 內(nèi)核中 HANDLER 宏可以實(shí)現(xiàn)ARM的中斷嵌套，這樣做雖然提高了系統(tǒng)的實(shí)時性，但損害了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可移植性。通過對中斷過程的分析，下面給出一種編寫中斷服務(wù)程序的模板，充分利用ISR執(zhí)行在特權(quán)模式——系統(tǒng)模式這一特點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)中斷嵌套的條件。中斷服務(wù)程序模板如下：

void ISR(void)

{

　　OS_ENTER_CRITICAL()；//在中斷服務(wù)程序中關(guān)中斷

      /*清中斷標(biāo)志*/                //防止沒有清中斷標(biāo)志使得中斷多次進(jìn)入

      /*禁止低優(yōu)先級中斷*/         //禁止低優(yōu)先級中斷

　　S_EXIT_CRITICAL()；       //在中斷服務(wù)程序中開中斷

      VICVectAddr=0；              //將中斷服務(wù)程序的入口地址置0

      /*用戶的C語言代碼*/          //進(jìn)行用戶在中斷中要做的工

}

由于Handler宏中已將LR、SPSR、返回地址和發(fā)生中斷前的堆棧指針等寄存器入棧保存，所以接下來要做的就只剩下開關(guān)中斷的工作。由于 在進(jìn)入C中斷處理程序之前進(jìn)入的是關(guān)中斷系統(tǒng)模式，所以必須在C語言中重新打開中斷，而C語言是不能進(jìn)行寄存器操作的，因此必須調(diào)用軟中斷 OS_EXIT_CRITICAL()重新打開中斷。在開中斷之前，要判斷將全局變量OsEnterSum減1后是否為0，所以必須在調(diào)用開中斷之前調(diào)用 軟中斷OS_ENTER_CRITICAL()將OsEnterSum變成1。在臨界區(qū)中可以進(jìn)行一些處理，如清中斷標(biāo)志、關(guān)低優(yōu)先級中斷等。進(jìn)行C語言 中斷服務(wù)程序之后要將VICVectAddr置位為0，這是ARM7處理器核的要求必須進(jìn)行這樣的編寫，否則會導(dǎo)致一些錯誤(如不能第2次進(jìn)入中斷等)。

實(shí)例：

void IRQ_FIFOP(void)
{
    uint32 temp, temp32;

    temp=VICIntEnable;                           // 保存中斷信息
    VICIntEnClr=(1<<16);                        // 禁止當(dāng)前中斷
    EnableIRQ();                                      // 打開IRQ中斷
    VICVectAddr=0x00;                           // 清除中斷邏輯，以便VIC可以響應(yīng)更高優(yōu)先級IRQ中斷

    while( (EXTINT&0x04)!=0 )                 //EINT2 1<<16
    {

          MACISR();

          EXTINT = 0x0F;                           // 清除EINT0中斷標(biāo)志
    }
  
    VICIntEnable=temp;                           //恢復(fù)中斷使能

}

  
MSR     CPSR_c, #(NoInt | SYS32Mode)    ; 切換到系統(tǒng)模式
；因?yàn)樵趫?zhí)行C語言的中斷響應(yīng)函數(shù)時，還可以響應(yīng)中斷，處理的模式會發(fā)生變化，所以在函數(shù)執(zhí)行完時強(qiáng)制返回到系統(tǒng)模式，做好中斷退出的準(zhǔn)備。
；以下的代碼還需結(jié)合uCOS來分析。
        LDR     R2, =OsEnterSum                 ; OsEnterSum,使OSIntExit退出時中斷關(guān)閉
        MOV     R1, #1
        STR     R1, [R2]
；以上3句語句是給OsEnterSum賦值為1。為什么賦值為1呢？試想想，中斷是怎么嵌套進(jìn)去的？再一次中斷是在執(zhí)行$IRQ_Exception_Function函數(shù)中有可能（如果發(fā)生）被嵌套進(jìn)去，利用C語言中的括號原理：中斷1—>｛中斷2—>（中斷3—>（））｝，這里的大括號就相當(dāng)于第一次$IRQ_Exception_Function函數(shù)執(zhí)行，當(dāng)程序跑出$IRQ_Exception_Function時，大括號結(jié)束了。所以O(shè)sEnterSum只能是1了。
        BL      OSIntExit
；這句關(guān)鍵說說OSIntExit與OsEnterSum有何干？OSIntExit里面會調(diào)用OS_EXIT_CRITICAL()函數(shù)，而OS_EXIT_CRITICAL()是在Os_cpu.h中通過軟件中斷來實(shí)現(xiàn)的（__swi(0x03) void OS_EXIT_CRITICAL(void)），再看看軟件中斷代碼：
void SWI_Exception(int SWI_Num, int *Regs)
｛
……
case 0x03:          /* 開中斷函數(shù)OS_EXIT_CRITICAL()，參考o(jì)s_cpu.h文件 */
            if (--OsEnterSum == 0)
            {
                __asm
                {
                    MRS     R0, SPSR
                    BIC     R0, R0, #NoInt
                    MSR     SPSR_c, R0
                }
            }
            break;
……
｝
在代碼中如果--OsEnterSum == 0就給把中斷關(guān)了。那豈不是以后就永遠(yuǎn)沒發(fā)響應(yīng)中斷了？關(guān)鍵是周工的東東使用了uCOS的

#define     OS_CRITICAL_METHOD     2            /* 選擇開、關(guān)中斷的方式 */，所以以后能不能再響應(yīng)中斷去看看uCOS。
        LDR     R2, =OsEnterSum                 ; 因?yàn)橹袛喾⻊?wù)程序要退出，所以O(shè)sEnterSum=0
        MOV     R1, #0
        STR     R1, [R2]
；以上3句為OsEnterSum賦值0，為什么要賦值0呢？因?yàn)樽詈笠粋€中斷要退出了，當(dāng)然沒得數(shù)可計了啊！
        MSR     CPSR_c, #(NoInt | IRQ32Mode)    ; 切換回irq模式
；切換到IQR中斷模式，恢復(fù)用戶模式的參數(shù)。

LDMFD   SP, {R3, SP, LR}^               ; 恢復(fù)用戶狀態(tài)的R3,SP,LR,注意不能回寫
                                                ; 如果回寫的是用戶的SP，所以后面要調(diào)整SP
        LDR     R0, =OSTCBHighRdy
；讀出就緒表中任務(wù)最高優(yōu)先級，判斷是否需要任務(wù)切換
        LDR     R0, [R0]
        LDR     R1, =OSTCBCur
        LDR     R1, [R1]
        CMP     R0, R1                      ;判斷被掛起的任務(wù)是不是具有最高優(yōu)先級
       ADD     SP, SP, #4*3                    ; 如果不是則進(jìn)行任務(wù)切換
        MSR     SPSR_cxsf, R3
        LDMEQFD SP!, {R0-R3, R12, PC}^        ; 不進(jìn)行任務(wù)切換
        LDR     PC, =OSIntCtxSw                 ; 進(jìn)行任務(wù)切換
    MEND
    END
;/*********************************************************************************************************
;**                            End Of File
;********************************************************************************************************/

不好意思有點(diǎn)亂哦�。�！
源碼文件：IRQ.s
;/******************** Copyright (c)*************************
;**            Guangzou ZLG-MCU Development Co.,LTD.
;**                       graduate school
;**                  
;**
;**--------------File Info-------------------------------------------------------------------------------
;** File Name: IRQ.s
;** Last modified Date:  2004-06-14
;** Last Version: 1.1
;** Descriptions: The irq handle that what allow the interrupt nesting.
;**
;**-----------------------------------------------------------------------------------
;** Created By: Chenmingji
;** Created date:   2004-09-17
;** Version: 1.0
;** Descriptions: First version
;**
;**-----------------------------------------------------------------------------------
;** Modified by:
;** Modified date:
;** Version:
;** Descriptions:
;**
;************************************************************ /

               INCLUDE         ..\..\arm\irq.inc            ; Inport the head file 引入頭文件
    CODE32
    AREA    IRQ,CODE,READONLY
;/* 以下添加中斷句柄，用戶根據(jù)實(shí)際情況改變 */
;/* Add interrupt handler here，user could change it as needed */

;/*中斷*/
;/*Interrupt*/
IRQ_Handler    HANDLER IRQ_Exception

;/*定時器0中斷*/
;/*Time0 Interrupt*/
Timer0_Handler  HANDLER Timer0_Exception
    END
;/*********************************
;**                            End Of File
;********************************* /