单片机中断多优先级的软件扩展方法

liyf · 发表于 2014-10-5 14:15:50

单片机中断多优先级的软件扩展方法

摘要：为了解决MCS-51系列单片机只能由IP寄存器设定两级优先级的问题，文中给出了利用软件对中断优先级进行扩展的方法，同时给出了高于两个优先级的多优先级软件扩展程序。 关键词：单片机；中断；优先级；寄存器
１　引言
所谓中断是指当ＣＰＵ正在处理某件事情的时候，外部发生的某一事件（如一个电平的变化，一个脉冲沿的发生或定时器计数溢出等）请求ＣＰＵ迅速去处理，于是ＣＰＵ暂时中止当前的工作，转去处理所发生的事件。中断服务处理完该事件以后，再回到原来被中止的地方继续原来的工作，这样的一个过程称之为中断。以８０５１为例，中断系统含有５个中断源，分别是外部中断０请求（ＩＮＴ０），外部中断１请求（ＩＮＴ１），定时／计数器０溢出中断请求（Ｔ０），定时／计数器１溢出中断请求（Ｔ１）以及串行口中断请求（Ｔｘ／Ｒｘ）。既然系统含有５个中断源，就有可能出现数个中断源同时提出中断请求的情况，这样，设计人员必须事先根据它们的轻重缓急来为每个中断源确定ＣＰＵ对其的响应顺序。然而，对于中断优先级寄存器ＩＰ来说，只可能设定两级优先，即控制位为１时对应的中断源为高级中断，反之，控制位为０时对应的为低级中断。这样就出现一个问题：如果一个中断正在执行，如何才能让它响应同级甚至是低级中断请求呢？

２　中断多优先级的扩展
根据８０５１的结构特点，其中断系统中含有两个不可寻址的“优先级生效”触发器。一个用于指出ＣＰＵ是否正在执行高优先级的中断服务程序，这个触发器为１时，系统将屏蔽所有的中断请求；另一个则指出ＣＰＵ是否正在执行低优先级中断服务程序，该触发器为１时，将阻止除高优先级以外的一切中断请求。由此可见，若要响应同级甚至是低级中断请求，必须使得该“优先级生效”触发器清零。但该触发器又是不可寻址的，所以无法用软件直接清零。遍历系统所提供的１１１条指令，只有ＲＥＴＩ可以达到此目的。该指令可在ＣＰＵ执行该指令时，一方面清除中断响应时所置位的“优先级生效”触发器，另一方面可从当前栈顶弹出断点地址送入程序计数ＰＣ，从而返回主程序。

３　软件扩展方法
３．１高级中断源响应低级中断源的软件设计
现以当前ＩＥ＝８４Ｈ（开放外部中断１及总控制位），ＩＰ＝０４Ｈ设定ＩＮＴ１为高优先级　正在执行外部中断１服务子程序为例来进行说明。如欲响应串行口中断，也就是要实现高级中断源响应低级中断源，设计时可加入如下代码而无须改变ＩＰ寄存器的内容：
ＰＵＳＨＩＥ；ＩＥ内容入栈保护
ＭＯＶＩＥ，＃１００１００００Ｂ；开放串行口中断
ＣＡＬＬＰＰ；继续执行原中断子程序，但可
随时响应串行口中断请求
．．．
ＰＯＰＩＥ；恢复原ＩＥ内容
ＲＥＴＩ
ＰＰ：ＲＥＴＩ
３．２同级中断源之间的响应
上述代码体现了高级中断源（ＩＮＴ１）响应低级中断源（串行口）的软件实现方法。但是，８０５１系统共含有５个中断源，因此必须解决同优先级中断之间的嵌套问题，具体源程序如下：
ＯＲＧ００００Ｈ
ＬＪＭＰＭＡＩＮ
ＯＲＧ０００３Ｈ
ＬＪＭＰＸ０；ＩＮＴ０入口地址
ＯＲＧ０００ＢＨ
ＬＪＭＰＴ０；Ｔ０入口地址
ＯＲＧ００１３Ｈ
ＬＪＭＰＸ１；ＩＮＴ１入口地址
ＯＲＧ００１ＢＨ
ＬＪＭＰＴ１；Ｔ１入口地址
ＯＲＧ００２３Ｈ
ＬＪＭＰＳＳ；串行口入口地址
ＭＡＩＮ：ＭＯＶＩＥ，＃９ＦＨ；开放所有中断
ＭＯＶＩＰ，＃０３Ｈ；设定ＩＮＴ０、Ｔ０为高优先级
ＳＪＭＰ＄
Ｘ０：ＰＵＳＨＤＰＬ
ＰＵＳＨＤＰＨ
ＭＯＶＤＰＴＲ，＃Ｘ０ＲＬ
ＰＵＳＨＤＰＬ
ＰＵＳＨＤＰＨ
ＲＥＴＩ；（ＰＣ）＝Ｘ０ＲＬ，清＂高优先级生效＂
触发器，此时可响应其它中断请求
Ｘ０ＲＬ：· ；ＩＮＴ０子程序的真实入口地址
·
·
·
ＰＯＰＤＰＨ
ＰＯＰＤＰＬ
ＲＥＴＩ
Ｔ０：ＰＵＳＨＤＰＬ
ＰＵＳＨＤＰＨ
ＭＯＶＤＰＴＲ，＃Ｔ０ＲＬ
ＰＵＳＨＤＰＬ
ＰＵＳＨＤＰＨ
ＲＥＴＩ；（ＰＣ）＝Ｔ０ＲＬ，清＂高优先级生效＂
触发器，此时可响应其它中断请求
Ｔ０ＲＬ： · ；Ｔ０子程序的真实入口地址
·
·
·
ＰＯＰＤＰＨ
ＰＯＰＤＰＬ
ＲＥＴＩ
Ｘ１：ＰＵＳＨＤＰＬ
ＰＵＳＨＤＰＨ
ＭＯＶＤＰＴＲ，＃Ｘ１ＲＬ
ＰＵＳＨＤＰＬ
ＰＵＳＨＤＰＨ
ＲＥＴＩ；（ＰＣ）＝Ｘ１ＲＬ，清“高优先级生效”
触发器，此时可响应其它中断请求
Ｘ１ＲＬ： · ；ＩＮＴ１子程序的真实入口地址
·
·
·
ＰＯＰＤＰＨ
ＰＯＰＤＰＬ
ＲＥＴＩ
Ｔ１：ＰＵＳＨＤＰＬ
ＰＵＳＨＤＰＨ
ＭＯＶＤＰＴＲ，＃Ｔ１ＲＬ
ＰＵＳＨＤＰＬ
ＰＵＳＨＤＰＨ
ＲＥＴＩ；（ＰＣ）＝Ｔ１ＲＬ，清＂高优先级生效＂
触发器，此时可响应其它中断请求
Ｔ１ＲＬ： · ；Ｔ１子程序的真实入口地址
·
·
·
ＰＯＰＤＰＨ
ＰＯＰＤＰＬ
ＲＥＴＩ
ＳＳ：ＰＵＳＨＤＰＬ
ＰＵＳＨＤＰＨ
ＭＯＶＤＰＴＲ，＃ＳＳＲＬ
ＰＵＳＨＤＰＬ
ＰＵＳＨＤＰＨ
ＲＥＴＩ；（ＰＣ）＝ＳＳＲＬ，清＂高优先级生效＂
触发器，此时可响应其它中断请求
ＳＳＲＬ： · ；串行口子程序的真实入口地址
·
·
·
ＰＯＰＤＰＨ
ＰＯＰＤＰＬ
ＲＥＴＩ
上述程序利用ＩＰ寄存器给出了两级优先级，其中ＩＮＴ０、Ｔ０为高优先级，ＩＮＴ１、Ｔ１串行口为低优先级。为使某中断能响应同级甚至低级中断，只要在中断服务子程序中用ＲＥＴＩ指令清除相应的不可寻址的“优先级生效”触发器即可。程序一开始的两条ＰＵＳＨ指令的作用是对原始数据进行入栈保护（如此时ＤＰＴＲ中的数据不需保留，则这两条压栈指令也可不要，相应的弹栈指令也可不要），然后将其真实子程序入口地址入栈，并经ＲＥＴＩ出栈后弹给ＰＣ指针，以便在执行完ＲＥＴＩ后正确执行真实子程序。当该中断服务子程序执行完毕后，ＲＥＴＩ将返回主程序断点处以继续执行原来程序。
４　结束语
本文所阐述的多优先级扩展方法是纯软件方法，该方法只需在程序中加入为数不多的相应代码，便可进行各种中断嵌套（如同优先级响应或高优先级响应低优先级等）。此方法的代价是要花费更多的中断响应时间，但相对于添加硬件扩展的方法而言，这点代价还是值得的。

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