中斷應用設計要點(diǎn)

AVR的中斷源比較多，尤其是ATmega128，一共有35個(gè)外部以及內部中斷源。通常情況下，Flash程序存儲器空間的最低位置(0x0000-0x0045)定義為復位和中斷向量空間。完整的中斷向量見(jiàn)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應的中斷擁有高優(yōu)先級，所以，系統復位RESET擁有最高優(yōu)先級。

A.中斷設計注意點(diǎn):

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

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

3.ATmega128 的Flash空間為64K字節，因此它的一個(gè)中斷向量占據2個(gè)字的空間，用于放置一條絕對轉移JMP指令(指令長(cháng)度為2個(gè)字)，跳到中斷服務(wù)程序。對于不使用的中斷，在中斷向量區中應連續放置2條中斷返回指令RETI，增強程序的抗干擾性。當使用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)系統程序時(shí)應注意。

4.當 MCU響應一個(gè)中斷時(shí)，其硬件系統會(huì )自動(dòng)中斷返回地址壓入系統堆棧，并將關(guān)閉全局中斷響應(硬件將中斷標志I位清0)，清除該中斷的中斷標志位;執行中斷返回指令RETI時(shí)，硬件會(huì )先允許全局中斷響應(硬件將中斷標志I位置1)，然后從系統堆棧中彈出返回地址到PC程序計數器中，繼續執行被中斷打斷的程序。除此之外，MCU的硬件沒(méi)有對中斷保護做其他處理。

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

6.如果設置和允許外部中斷響應，即使是外部INT0..7引腳設置為輸出方式，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)應特別注意：(1)引腳上的低電平必須一直保持到當前一條指令執行完成后才能觸發(fā)中斷;(2)低電平中斷并不置位中斷標志位，即外部低電平中斷的觸發(fā)不是由于中斷標志位引起的，而是外部引腳上電平取反后直接觸發(fā)中斷(當然需要開(kāi)放全局中斷允許)。因此，在使用低電平觸發(fā)方式時(shí)，中斷請求將一直保持到引腳上的低電平消失為止。喚句話(huà)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，應有相應的操作命令，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)先級以及中斷嵌套處理

1.AVR中斷的優(yōu)先級由該中斷向量在中斷向量區中的位置確定，處于低地址的中斷向量所對應的中斷擁有高優(yōu)先級，所以，系統復位RESET擁有最高優(yōu)先級。

2.當兩個(gè)中斷同時(shí)發(fā)生申請中斷時(shí)，MCU先響應中斷優(yōu)先級高的中斷。低優(yōu)先級的中斷一般將保持中斷標志位的狀態(tài)(外部低電平中斷除外)，等待MCU響應處理。

3.MCU 響應一個(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)先級的中斷請求發(fā)生，MCU也會(huì )不響應，要等執行到RETI指令，從本次中斷返回，并執行了一條指令后，才能繼續響應中斷。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將首先響應高優(yōu)先級的中斷。

4.AVR中斷嵌套處理是通過(guò)軟件方式實(shí)現的。如在B中斷服務(wù)中，如需要MCU能及時(shí)的響應A中斷(不是等本次中斷返回后再響應)，B中斷的服務(wù)程序應這樣設計：(1)B中斷的現場(chǎng)保護;(2)屏蔽除A以外其它的中斷允許標志;(3)用指令SEI開(kāi)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)恢復在本中斷程序被屏蔽的中斷允許標志;(7)B中斷現場(chǎng)恢復;(8)B中斷返回。

5.采用軟件方式實(shí)現中斷嵌套處理的優(yōu)點(diǎn)，是能夠讓程序員可以根據不同的實(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和中斷嵌套，如讓低優(yōu)先級的中斷(此時(shí)很重要)打斷高優(yōu)先級中斷的服務(wù)等，但同時(shí)也增加了編寫(xiě)中斷服務(wù)程序的復雜性。

6.由于A(yíng)VR的指令執行速度比較高，因此在一般情況下，不建議使用中斷嵌套的處理方法。當然，這還需要用戶(hù)在編寫(xiě)中斷處理服務(wù)程序中，應遵循中斷服務(wù)程序盡量要短的原則。

C.高級語(yǔ)言開(kāi)發(fā)環(huán)境中中斷服務(wù)程序的編寫(xiě)

1.在高級語(yǔ)言開(kāi)發(fā)環(huán)境中，都擴展和提供了相應編寫(xiě)中斷服務(wù)程序的方法，但不同高級語(yǔ)言開(kāi)發(fā)環(huán)境中對編寫(xiě)中斷服務(wù)程序的語(yǔ)法規則和處理方法是不同的。用戶(hù)在編寫(xiě)中斷服務(wù)程序前，應對所使用開(kāi)發(fā)平臺，中斷程序的編寫(xiě)方法，中斷的處理方法等有較好的了解。

2.使用ICCAVR、CVAVR、BASCOM-AVR等高級語(yǔ)言編寫(xiě)中斷服務(wù)程序時(shí)，通常不必考慮中斷現場(chǎng)保護和恢復的處理，因為編譯器在編譯中斷服務(wù)程序的源代碼時(shí)，會(huì )在生成的目標代碼中自動(dòng)加入相應的中斷現場(chǎng)保護和恢復的指令。

3. 如果用戶(hù)要編寫(xiě)效率更高或特殊的中斷服務(wù)程序，可以采用嵌入匯編、關(guān)閉編譯系統的自動(dòng)產(chǎn)生中斷現場(chǎng)保護和恢復代碼等措施，但程序員要對所使用的開(kāi)發(fā)環(huán)境有更深的了解和掌握，并具備較高的軟件設計能力。給出的USART接收和發(fā)送中斷服務(wù)程序(使用CVAVR開(kāi)發(fā)平臺)就是一個(gè)非常典型的示例。