一個(gè)關(guān)于STM8中斷應(yīng)用異常的話題

某日一工程師跟我反映，他在使用STM8S芯片開發(fā)產(chǎn)品，用到某ADC通道，使用連續(xù)采集模式，開啟ADC轉(zhuǎn)換結(jié)束中斷。整個(gè)中斷程序執(zhí)行時(shí)間大概200多us，因?yàn)檫B續(xù)采集轉(zhuǎn)換，在這個(gè)ISR處理過程中可能會(huì)有新的EOC標(biāo)志產(chǎn)生。

他發(fā)現(xiàn)一個(gè)奇怪的現(xiàn)象，ADC中斷服務(wù)程序能夠不停的自己嵌套自己，仿佛進(jìn)入了遞歸嵌套，最后導(dǎo)致堆棧溢出跑飛而令系統(tǒng)復(fù)位。在調(diào)試過程中也的確能發(fā)現(xiàn)ADC中斷服務(wù)程序有連續(xù)多次入棧的情況。

后來他發(fā)現(xiàn)這個(gè)異常跟在ADC ISR中首尾分別加了一句關(guān)中斷和開中斷語句有關(guān)。即在ISR的開頭加了disableInterrupt(); ISR結(jié)尾部分加了 enableInterrupt();

如果拿掉首尾那2句開關(guān)中斷的代碼就一切正�！，F(xiàn)在最大的疑問就是為什么加了這兩句開關(guān)中斷代碼會(huì)導(dǎo)致ADC中斷服務(wù)程序能自己嵌套自己？按道理說應(yīng)該沒有影響才對(duì)��？

關(guān)于中斷函數(shù)不少人可能會(huì)這樣寫，在ISR的首尾分別加上關(guān)中斷和開中斷指令，尤其51系列過來的人，經(jīng)常會(huì)在進(jìn)中斷后來一句CLR EA，中斷退出之前補(bǔ)一句 SETB EA之類的指令。51系列芯片那樣寫是沒有問題的。

那對(duì)于STM8芯片來講，這樣寫很可能就會(huì)出問題。有時(shí)或許有跟上面一樣的寫法而沒有出問題，那是因?yàn)槟愠绦蚝唵螞]有復(fù)雜的多中斷響應(yīng)事件，或者說即使某時(shí)段只有單一中斷源，但在中斷響應(yīng)過程中并無新的中斷請(qǐng)求發(fā)生。

說實(shí)在的，要解釋上面工程師的疑問，有點(diǎn)說來話長。不妨先直接說出原因，有興趣的話就細(xì)看技術(shù)資料或下面的分析。

顯然，問題就出在他在ISR里面做了關(guān)中斷、開中斷的操作，隨意了改變正在執(zhí)行的中斷服務(wù)程序的中斷優(yōu)先級(jí)而導(dǎo)致的問題。

那個(gè)disableInterrupt();函數(shù)所對(duì)應(yīng)的匯編指令就是SIM,該指令就是關(guān)閉所有可屏蔽的中斷請(qǐng)求，此時(shí)執(zhí)行程序所處中斷優(yōu)先級(jí)為L3，即軟件中斷禁用級(jí)。正因?yàn)槿绱耍藭r(shí)不會(huì)發(fā)生RESET/TRAP/TLI以外的中斷。

下面截圖是STM8技術(shù)手冊(cè)關(guān)于SIM指令的描述。在復(fù)位后的程序開始使用該指令是沒用的。【為什么沒用呢，因?yàn)槌绦驈?fù)位后所處中斷優(yōu)先級(jí)就是L3。等會(huì)下面還會(huì)提到�！�

紅色方框內(nèi)那句明確說明，在中斷執(zhí)行程序的開頭不需使用該指令【SIM】，因?yàn)楫?dāng)前中斷程序的優(yōu)先級(jí)已經(jīng)被自動(dòng)的在CC寄存器中L1,L0位設(shè)定�！镜降自趺丛O(shè)定自動(dòng)的呢，下面文字在講ITC_SPR寄存器時(shí)有描述�！�

再來看看 enableInterrupt(); 其實(shí)它所對(duì)應(yīng)的匯編指令就是 RIM.該指令就是解除所有中斷屏蔽，允許各路中斷請(qǐng)求。執(zhí)行該指令后，此時(shí)執(zhí)行程序所處中斷優(yōu)先級(jí)為L0,即主程序運(yùn)行級(jí)別,屬于最低優(yōu)先級(jí)別。換句話說，此時(shí)任何新的或待處理的中斷請(qǐng)求都可以中斷或打斷當(dāng)前的執(zhí)行程序。

下面是STM8相關(guān)技術(shù)手冊(cè)對(duì)RIM指令的描述。它說該指令一般放在復(fù)位之后的主程序代碼里，并提示在WFI/HALT指令前無須使用該指令�！敬颂幉⑽磳�(duì)該提示作細(xì)節(jié)展開。它意思是說WFI/HALT指令還具備跟RIM指令同樣的解除中斷屏蔽、允許中斷請(qǐng)求的功效�！�

好，那我們結(jié)合上面案例具體分析下。

先假設(shè)上面那位工程師對(duì)ADC中斷的軟件優(yōu)先級(jí)設(shè)置為2.【當(dāng)然也可設(shè)置為3或1】

當(dāng)ADC產(chǎn)生EOC中斷請(qǐng)求進(jìn)入中斷服務(wù)程序【ISR】后，他首先來個(gè)SIM指令【即disableInterrupt();】，此時(shí)ISR程序不管剛才響應(yīng)時(shí)刻的中斷優(yōu)先級(jí)是多少，現(xiàn)在被強(qiáng)行更改變?yōu)?/span>L3。從這點(diǎn)看，這個(gè)指令用得就顯得隨意或任性，在有多個(gè)中斷源的情況下，有可能無意中改變了設(shè)計(jì)者關(guān)于各個(gè)中斷響應(yīng)輕重緩急的先后秩序的初衷。

繼續(xù)回到這個(gè)話題。當(dāng)ADC ISR執(zhí)行一定時(shí)間后，在IRET返回前他又來個(gè)RIM指令。前面我們介紹了RIM指令的作用，此時(shí)ISR的中斷優(yōu)先級(jí)又由剛才的L3跳到L0,即最低軟件優(yōu)先級(jí)�？纱藭r(shí)外邊侯著的新的ADC EOC中斷請(qǐng)求，它的軟件中斷優(yōu)先級(jí)一定高于L0，機(jī)會(huì)來了，不用等本次ISR執(zhí)行完，立即嵌套進(jìn)入下一輪ADC ISR 程序。每進(jìn)一次還要壓一次棧，這樣多次循環(huán)下去，直至堆棧穿底，PC亂飛，系統(tǒng)崩潰復(fù)位。

原因大致就這樣，不要想當(dāng)然、隨意地在ISR里面添加些影響執(zhí)行程序優(yōu)先級(jí)的指令，換句話說你在使用類似SIM/RIM指令時(shí)一定要心里清楚在做什么，有什么目的，會(huì)對(duì)當(dāng)前中斷程序優(yōu)先級(jí)產(chǎn)生什么影響。

如果希望在執(zhí)行某中斷程序時(shí)不要被其它可屏蔽的中斷請(qǐng)求打斷，怎么辦呢？很簡單，將相關(guān)中斷的ITC_SPR寄存器中相應(yīng)軟件優(yōu)先級(jí)位配置為L3即可。當(dāng)中斷程序執(zhí)行完畢退出后再回到之前的軟件中斷優(yōu)先級(jí)。

關(guān)于STM8中斷原理，個(gè)人覺得技術(shù)資料講得不是很細(xì)致。這里根據(jù)個(gè)人的理解做了個(gè)簡單的總結(jié)，一起分享下。并在后面用個(gè)實(shí)例驗(yàn)證上面的分析結(jié)論。

STM8中斷可分為不可屏蔽中斷和可屏蔽中斷。不可屏蔽中斷是指RESET,TRAP,TLI.可屏蔽中斷是指那些基于GPIO的外部中斷和其它外設(shè)中斷。

中斷優(yōu)先級(jí)分硬件優(yōu)先級(jí)和軟件優(yōu)先級(jí)。硬件優(yōu)先級(jí)是固定的，參照各芯片數(shù)據(jù)手冊(cè)里的中斷矢量表的序號(hào)來定，序號(hào)越小硬件優(yōu)先級(jí)越高。各中斷源或事件的軟件中斷優(yōu)先級(jí)可以通過寄存器編程配置，其中RESET，TRAP非屏蔽中斷事件無軟件中斷優(yōu)先級(jí)。

中斷的管理主要基于兩個(gè)寄存器，一個(gè)是CCR，一個(gè)是ITC_SPRx. 其中CCR寄存器中的L1和L0位表示當(dāng)前程序執(zhí)行代碼所處中斷優(yōu)先級(jí)。ITC_SPRx.各寄存器分別對(duì)應(yīng)各個(gè)中斷服務(wù)程序的軟件中斷優(yōu)先級(jí)，用戶可自行配置各中斷服務(wù)程序所處的中斷優(yōu)先級(jí)。軟件中斷優(yōu)先級(jí)分為4級(jí)，從低往高依次是LEVEL0,LEVEL1,LEVEL2,LEVEL3，分別對(duì)應(yīng)CCR寄存器中的L1、L0位的10，01，00，11。

L0級(jí)即用戶主程序級(jí)，就是程序處在按部就班的用戶主程序代碼執(zhí)行狀態(tài)，為最低軟件優(yōu)先級(jí)。此時(shí)CCR寄存器中的L1、L0為10。

L3級(jí)又稱軟件中斷禁用級(jí)。這個(gè)地方的表述和理解可能有點(diǎn)費(fèi)勁。在L3軟件中斷優(yōu)先級(jí)狀態(tài)下，不會(huì)發(fā)生軟件中斷，即所謂的中斷關(guān)閉狀態(tài)。此時(shí)CCR寄存器中的L1、L0為11。其中，RESET\TRAP\TLI三個(gè)中斷源是特例，可以打斷L3優(yōu)先級(jí)狀態(tài)下的執(zhí)行程序而產(chǎn)生中斷。

總之，STM8芯片任何時(shí)刻的程序執(zhí)行總處于某一軟件中斷優(yōu)先級(jí)狀態(tài)，其軟件中斷優(yōu)先級(jí)由當(dāng)前CCR寄存器中的L1、L0位決定。理解這個(gè)概念很重要。

下面截圖是對(duì)CCR寄存器描述，系統(tǒng)復(fù)位后的默認(rèn)值為0x28,對(duì)應(yīng)到L1\L0就是11。即系統(tǒng)復(fù)位后中斷軟件優(yōu)先級(jí)為L3，軟件中斷禁用級(jí)，也就是中斷關(guān)閉狀態(tài)。這也正好印證了上面講SIM指令時(shí)，芯片復(fù)位后使用SIM沒啥意義。因?yàn)樾酒瑥?fù)位后程序執(zhí)行就處于軟件中斷禁用級(jí)。

上面提到，各個(gè)可屏蔽中斷源的軟件中斷優(yōu)先級(jí)可以通過ITC_SPRx 寄存器進(jìn)行配置。一共8個(gè)ITC_SPR寄存器，每個(gè)寄存器最多可以配置4個(gè)中斷源的軟件中斷優(yōu)先級(jí)。當(dāng)某中斷請(qǐng)求得到響應(yīng)時(shí)，該寄存器里相應(yīng)中斷源的VECTnSPR[1:0] 兩位數(shù)據(jù)會(huì)自動(dòng)載入到CCR寄存器中的L1、L0位進(jìn)而決定該中斷服務(wù)程序所處軟件中斷優(yōu)先級(jí)。所以，在各中斷服務(wù)程序里除非有需要，不要在中斷服務(wù)程序里隨意使用類似SIM/RIM這些導(dǎo)致改變執(zhí)行程序中斷優(yōu)先級(jí)的指令。否則，程序優(yōu)先級(jí)改變了而自己可能還不知曉。

我們說中斷，提優(yōu)先級(jí)，無非就是為了擬定妥善處理多個(gè)中斷事件發(fā)生競爭時(shí)的處理規(guī)則。對(duì)于STM8芯片，在同一時(shí)刻多個(gè)中斷請(qǐng)求發(fā)生時(shí)，響應(yīng)規(guī)則如下：

中斷請(qǐng)求中相對(duì)最高軟件優(yōu)先級(jí)的中斷先響應(yīng)；

如果軟件優(yōu)先級(jí)一樣，硬件優(yōu)先級(jí)相對(duì)最高的先響應(yīng)；

當(dāng)某中斷程序正在執(zhí)行時(shí)外部又產(chǎn)生了新的中斷請(qǐng)求的處理規(guī)則：

如果新的中斷請(qǐng)求的軟件中斷優(yōu)先級(jí)高于正在執(zhí)行的中斷程服務(wù)序的中斷優(yōu)先級(jí)時(shí)，當(dāng)前中斷程序?qū)⒈淮驍�，保護(hù)好當(dāng)前現(xiàn)場后轉(zhuǎn)而去執(zhí)行新的高優(yōu)先級(jí)中斷程序。即發(fā)生中斷程序嵌套。因?yàn)檐浖袛鄡?yōu)先級(jí)最高為3，不難理解當(dāng)正在執(zhí)行的中斷程序的優(yōu)先級(jí)為L3時(shí)是不可能再被RESET,TRAP,TLI以外的中斷事件打斷的，即呈現(xiàn)軟件中斷關(guān)閉狀態(tài)。

另外，如果在中斷服務(wù)程序里使用HALT,POPCC,RIM,SIM和WFI都可能會(huì)改變當(dāng)前中斷服務(wù)程序的中斷優(yōu)先級(jí)。

當(dāng)在某ISR執(zhí)行過程中調(diào)整L1、L0的值修改軟件中斷優(yōu)先級(jí)，同時(shí)該中斷請(qǐng)求標(biāo)志沒來及清除或新的中斷請(qǐng)求已經(jīng)產(chǎn)生，如果修改L1\L0后的新中斷請(qǐng)求之軟件中斷優(yōu)先級(jí)高于當(dāng)前中斷服務(wù)程序的優(yōu)先級(jí)，這時(shí)就會(huì)發(fā)生中斷重入，即該中斷會(huì)被重新響應(yīng)，重新運(yùn)行該中斷服務(wù)程序。上面工程師遇到的異�，F(xiàn)象就是這種情形。

最后，以TIM1溢出更新中斷服務(wù)程序?yàn)槔Y(jié)合具體的測試代碼一起驗(yàn)證下。此處把TIM1的溢出周期設(shè)置為2MS,TIM1中斷執(zhí)行時(shí)間大概16ms【當(dāng)然是指不被中斷的情況】,這樣設(shè)計(jì)的目的是為了保證在中斷服務(wù)程序執(zhí)行過程中有新的TIM1溢出中斷請(qǐng)求發(fā)生。中斷程序要做的事情很簡單，就是將某個(gè)IO口的電平先高后底各近8MS然后退出�！境薚IM1外，測試程序也沒有別的其它中斷使能�！�

不妨看看下面兩種不同情形，TIM1溢出中斷服務(wù)程序的運(yùn)行結(jié)果。

一、ISR里面不添加SIM/RIM指令時(shí)的情形。

__interrupt void TIM1_UPD_OVF_TRG_BRK_IRQHandler( void )

{

TIM1_ClearFlag(TIM1_FLAG_UPDATE);//清除TIM1更新標(biāo)志

GPIO_WriteHigh(GPIOC,GPIO_PIN_6 ); // PC6 HIGH

// disableInterrupts();

Delay(21000); //延時(shí)約 7.8ms

GPIO_WriteLow(GPIOC,PGPIO_PIN_6 _); // PC6 LOW

// enableInterrupts();

Delay(21000); //延時(shí)約 7.8ms

}

這種情況下，整個(gè)中斷服務(wù)程序運(yùn)行過程中程序優(yōu)先級(jí)沒有變化。運(yùn)行過程中不存在被中斷的情況。Pc6輸出波形如下圖一。

輸出波形圖一【PC6 輸出信號(hào)】

二、ISR里面添加SIM和RIM或者只放RIM指令時(shí)的情形。

__interrupt void TIM1_UPD_OVF_TRG_BRK_IRQHandler( void )

{

TIM1_ClearFlag(TIM1_FLAG_UPDATE);//清除TIM1更新標(biāo)志

GPIO_WriteHigh(GPIOC,GPIO_PIN_6 ); // PC6 HIGH

// disableInterrupts();

Delay(21000); //延時(shí)約 7.8ms

GPIO_WriteLow(GPIOC,GPIO_PIN_6 ); // PC6 LOW

enableInterrupts();

Delay(21000); //延時(shí)約 7.8ms

}

此時(shí)pc6波形輸出混亂無章，如下圖2。TIM1中斷程序不停的嵌套重入，導(dǎo)致堆棧溢出，PC跑飛。顯然跟上面的圖1相差懸殊。另外，通過示波器觀察芯片復(fù)位腳也可看到綿延不斷的復(fù)位脈沖如下圖3。

輸出波形圖二【PC6 輸出信號(hào)】

從上面圖二不難看出是因?yàn)橹袛嗖粩嘧晕抑厝�，而進(jìn)中斷是先將PC6置高，所以大量的高電平呈現(xiàn)。

輸出波形圖三【復(fù)位腳信號(hào)】

最后的最后，估計(jì)很多工程師在編寫STM8中斷程序時(shí)，像上面的工程師那樣寫代碼。有時(shí)因此而出現(xiàn)些莫名其妙的異常會(huì)讓人很難找到錯(cuò)誤的原因。