中斷應(yīng)用設(shè)計(jì)要點(diǎn)

AVR的中斷源比較多，尤其是ATmega128，一共有35個(gè)外部以及內(nèi)部中斷源。通常情況下，F(xiàn)lash程序存儲(chǔ)器空間的最低位置(0x0000-0x0045)定義為復(fù)位和中斷向量空間。完整的中斷向量見第二章表 2-23。在中斷向量表中，處于低地址的中斷向量所對(duì)應(yīng)的中斷擁有高優(yōu)先級(jí)，所以，系統(tǒng)復(fù)位RESET擁有最高優(yōu)先級(jí)。

A.中斷設(shè)計(jì)注意點(diǎn):

1.具備Bootloader功能的AVR，其中斷向量區(qū)可以在Flash程序存儲(chǔ)器空間最低位置和Bootloader區(qū)的頭部來(lái)回遷移，這主要用于配合Bootloader程序的應(yīng)用。如果不使用Bootloader功能，一般不要中斷向量區(qū)進(jìn)行遷移。

2.Flash較小的AVR芯片，其一個(gè)中斷向量占據(jù)1個(gè)字的空間，用于放置一條相對(duì)轉(zhuǎn)移RJMP指令(范圍-2K~+2K字)，跳到中斷服務(wù)程序。對(duì)于不使用的中斷，在中斷向量區(qū)中應(yīng)放置1條中斷返回指令RETI，增強(qiáng)程序的抗干擾性。

3.ATmega128 的Flash空間為64K字節(jié)，因此它的一個(gè)中斷向量占據(jù)2個(gè)字的空間，用于放置一條絕對(duì)轉(zhuǎn)移JMP指令(指令長(zhǎng)度為2個(gè)字)，跳到中斷服務(wù)程序。對(duì)于不使用的中斷，在中斷向量區(qū)中應(yīng)連續(xù)放置2條中斷返回指令RETI，增強(qiáng)程序的抗干擾性。當(dāng)使用匯編語(yǔ)言編寫系統(tǒng)程序時(shí)應(yīng)注意。

4.當(dāng) MCU響應(yīng)一個(gè)中斷時(shí)，其硬件系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)中斷返回地址壓入系統(tǒng)堆棧，并將關(guān)閉全局中斷響應(yīng)(硬件將中斷標(biāo)志I位清0)，清除該中斷的中斷標(biāo)志位;執(zhí)行中斷返回指令RETI時(shí)，硬件會(huì)先允許全局中斷響應(yīng)(硬件將中斷標(biāo)志I位置1)，然后從系統(tǒng)堆棧中彈出返回地址到PC程序計(jì)數(shù)器中，繼續(xù)執(zhí)行被中斷打斷的程序。除此之外，MCU的硬件沒(méi)有對(duì)中斷保護(hù)做其他處理。

5.因此，用戶在編寫中斷服務(wù)程序時(shí)，首先要編寫中斷現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)程序，如保護(hù)MCU的狀態(tài)寄存器等。在中斷返回之前，不要忘記恢復(fù)中斷現(xiàn)場(chǎng)。

6.如果設(shè)置和允許外部中斷響應(yīng)，即使是外部INT0..7引腳設(shè)置為輸出方式，在引腳上的電平變化也會(huì)觸發(fā)外部中斷的發(fā)生，這一特性提供了使用軟件產(chǎn)生中斷的途徑。

7.外部中斷可選擇采用上升沿觸發(fā)、下降沿觸發(fā)以及電平變化(由高變低或由低變高)和低電平觸發(fā)等方式，無(wú)外部高電平觸發(fā)方式。具體觸發(fā)方式由外部中斷控制寄存器EICRA(INT3:0)和EICRB(INT7:4)決定。

8.如果選擇外部低電平方式觸發(fā)中斷時(shí)應(yīng)特別注意：(1)引腳上的低電平必須一直保持到當(dāng)前一條指令執(zhí)行完成后才能觸發(fā)中斷;(2)低電平中斷并不置位中斷標(biāo)志位，即外部低電平中斷的觸發(fā)不是由于中斷標(biāo)志位引起的，而是外部引腳上電平取反后直接觸發(fā)中斷(當(dāng)然需要開放全局中斷允許)。因此，在使用低電平觸發(fā)方式時(shí)，中斷請(qǐng)求將一直保持到引腳上的低電平消失為止。喚句話說(shuō)，只要中斷引腳的輸入引腳保持低電平，那么將一直觸發(fā)產(chǎn)生中斷。所以，在低電平中斷服務(wù)程序中，應(yīng)有相應(yīng)的操作命令，控制外部器件釋放或取消加在外部引腳上的低電平。

B.中斷優(yōu)先級(jí)以及中斷嵌套處理

1.AVR中斷的優(yōu)先級(jí)由該中斷向量在中斷向量區(qū)中的位置確定，處于低地址的中斷向量所對(duì)應(yīng)的中斷擁有高優(yōu)先級(jí)，所以，系統(tǒng)復(fù)位RESET擁有最高優(yōu)先級(jí)。

2.當(dāng)兩個(gè)中斷同時(shí)發(fā)生申請(qǐng)中斷時(shí)，MCU先響應(yīng)中斷優(yōu)先級(jí)高的中斷。低優(yōu)先級(jí)的中斷一般將保持中斷標(biāo)志位的狀態(tài)(外部低電平中斷除外)，等待MCU響應(yīng)處理。

3.MCU 響應(yīng)一個(gè)中斷后，在進(jìn)入中斷服務(wù)前已由硬件自動(dòng)清零全局中斷允許位。因此此時(shí)即使有更高優(yōu)先級(jí)的中斷請(qǐng)求發(fā)生，MCU也會(huì)不響應(yīng)，要等執(zhí)行到RETI指令，從本次中斷返回，并執(zhí)行了一條指令后，才能繼續(xù)響應(yīng)中斷。所以，在缺省情況下，AVR的中斷不能嵌套。AVR中斷的優(yōu)先級(jí)只是在有多個(gè)中斷同時(shí)發(fā)生時(shí)才起作用，此時(shí)MCU將首先響應(yīng)高優(yōu)先級(jí)的中斷。

4.AVR中斷嵌套處理是通過(guò)軟件方式實(shí)現(xiàn)的。如在B中斷服務(wù)中，如需要MCU能及時(shí)的響應(yīng)A中斷(不是等本次中斷返回后再響應(yīng))，B中斷的服務(wù)程序應(yīng)這樣設(shè)計(jì)：(1)B中斷的現(xiàn)場(chǎng)保護(hù);(2)屏蔽除A以外其它的中斷允許標(biāo)志;(3)用指令SEI開放允許全局中斷;(4)B中斷服務(wù);(5)用指令CLI禁止全局中斷(6)恢復(fù)在本中斷程序被屏蔽的中斷允許標(biāo)志;(7)B中斷現(xiàn)場(chǎng)恢復(fù);(8)B中斷返回。

5.采用軟件方式實(shí)現(xiàn)中斷嵌套處理的優(yōu)點(diǎn)，是能夠讓程序員可以根據(jù)不同的實(shí)際情況和需要來(lái)決定中斷的重要性，有更加靈活的手段處理中斷響應(yīng)和中斷嵌套，如讓低優(yōu)先級(jí)的中斷(此時(shí)很重要)打斷高優(yōu)先級(jí)中斷的服務(wù)等，但同時(shí)也增加了編寫中斷服務(wù)程序的復(fù)雜性。

6.由于AVR的指令執(zhí)行速度比較高，因此在一般情況下，不建議使用中斷嵌套的處理方法。當(dāng)然，這還需要用戶在編寫中斷處理服務(wù)程序中，應(yīng)遵循中斷服務(wù)程序盡量要短的原則。

C.高級(jí)語(yǔ)言開發(fā)環(huán)境中中斷服務(wù)程序的編寫

1.在高級(jí)語(yǔ)言開發(fā)環(huán)境中，都擴(kuò)展和提供了相應(yīng)編寫中斷服務(wù)程序的方法，但不同高級(jí)語(yǔ)言開發(fā)環(huán)境中對(duì)編寫中斷服務(wù)程序的語(yǔ)法規(guī)則和處理方法是不同的。用戶在編寫中斷服務(wù)程序前，應(yīng)對(duì)所使用開發(fā)平臺(tái)，中斷程序的編寫方法，中斷的處理方法等有較好的了解。

2.使用ICCAVR、CVAVR、BASCOM-AVR等高級(jí)語(yǔ)言編寫中斷服務(wù)程序時(shí)，通常不必考慮中斷現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)和恢復(fù)的處理，因?yàn)榫幾g器在編譯中斷服務(wù)程序的源代碼時(shí)，會(huì)在生成的目標(biāo)代碼中自動(dòng)加入相應(yīng)的中斷現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)和恢復(fù)的指令。

3. 如果用戶要編寫效率更高或特殊的中斷服務(wù)程序，可以采用嵌入?yún)R編、關(guān)閉編譯系統(tǒng)的自動(dòng)產(chǎn)生中斷現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)和恢復(fù)代碼等措施，但程序員要對(duì)所使用的開發(fā)環(huán)境有更深的了解和掌握，并具備較高的軟件設(shè)計(jì)能力。給出的USART接收和發(fā)送中斷服務(wù)程序(使用CVAVR開發(fā)平臺(tái))就是一個(gè)非常典型的示例。