51單片機中斷多優(yōu)先級的軟件擴展方法

１　引言

所謂中斷是指當ＣＰＵ正在處理某件事情的時(shí)候，外部發(fā)生的某一事件（如一個(gè)電平的變化，一個(gè)脈沖沿的發(fā)生或定時(shí)器計數溢出等）請求ＣＰＵ迅速去處理，于是ＣＰＵ暫時(shí)中止當前的工作，轉去處理所發(fā)生的事件。中斷服務(wù)處理完該事件以后，再回到原來(lái)被中止的地方繼續原來(lái)的工作，這樣的一個(gè)過(guò)程稱(chēng)之為中斷。以８０５１為例，中斷系統含有５個(gè)中斷源，分別是外部中斷０請求（ＩＮＴ０），外部中斷１請求（ＩＮＴ１），定時(shí)／計數器０溢出中斷請求（Ｔ０），定時(shí)／計數器１溢出中斷請求（Ｔ１）以及串行口中斷請求（Ｔｘ／Ｒｘ）。既然系統含有５個(gè)中斷源，就有可能出現數個(gè)中斷源同時(shí)提出中斷請求的情況，這樣，設計人員必須事先根據它們的輕重緩急來(lái)為每個(gè)中斷源確定ＣＰＵ對其的響應順序。然而，對于中斷優(yōu)先級寄存器ＩＰ來(lái)說(shuō)，只可能設定兩級優(yōu)先，即控制位為１時(shí)對應的中斷源為高級中斷，反之，控制位為０時(shí)對應的為低級中斷。這樣就出現一個(gè)問(wèn)題：如果一個(gè)中斷正在執行，如何才能讓它響應同級甚至是低級中斷請求呢？

２　中斷多優(yōu)先級的擴展

根據８０５１的結構特點(diǎn)，其中斷系統中含有兩個(gè)不可尋址的“優(yōu)先級生效”觸發(fā)器。一個(gè)用于指出ＣＰＵ是否正在執行高優(yōu)先級的中斷服務(wù)程序，這個(gè)觸發(fā)器為１時(shí)，系統將屏蔽所有的中斷請求；另一個(gè)則指出ＣＰＵ是否正在執行低優(yōu)先級中斷服務(wù)程序，該觸發(fā)器為１時(shí)，將阻止除高優(yōu)先級以外的一切中斷請求。由此可見(jiàn)，若要響應同級甚至是低級中斷請求，必須使得該“優(yōu)先級生效”觸發(fā)器清零。但該觸發(fā)器又是不可尋址的，所以無(wú)法用軟件直接清零。遍歷系統所提供的１１１條指令，只有ＲＥＴＩ可以達到此目的。該指令可在ＣＰＵ執行該指令時(shí)，一方面清除中斷響應時(shí)所置位的“優(yōu)先級生效”觸發(fā)器，另一方面可從當前棧頂彈出斷點(diǎn)地址送入程序計數ＰＣ，從而返回主程序。

３　軟件擴展方法

３．１ 高級中斷源響應低級中斷源的軟件設計

現以當前ＩＥ＝８４Ｈ（開(kāi)放外部中斷１及總控制位），ＩＰ＝０４Ｈ?設定ＩＮＴ１為高優(yōu)先級?正在執行外部中斷１服務(wù)子程序為例來(lái)進(jìn)行說(shuō)明。如欲響應串行口中斷，也就是要實(shí)現高級中斷源響應低級中斷源，設計時(shí)可加入如下代碼而無(wú)須改變ＩＰ寄存器的內容：

ＰＵＳＨ ＩＥ ；ＩＥ內容入棧保護

ＭＯＶ ＩＥ ， ＃１００１００００Ｂ ；開(kāi)放串行口中斷

ＣＡＬＬ ＰＰ ；繼續執行原中斷子程序，但可

隨時(shí)響應串行口中斷請求

．．．

ＰＯＰ ＩＥ ；恢復原ＩＥ內容

ＲＥＴＩ

ＰＰ： ＲＥＴＩ

３．２ 同級中斷源之間的響應

上述代碼體現了高級中斷源（ＩＮＴ１）響應低級中斷源（串行口）的軟件實(shí)現方法。但是， ８０５１系統共含有５個(gè)中斷源，因此必須解決同優(yōu)先級中斷之間的嵌套問(wèn)題，具體源程序如下：

ＯＲＧ ００００Ｈ

ＬＪＭＰ ＭＡＩＮ

ＯＲＧ ０００３Ｈ

ＬＪＭＰ Ｘ０ ；ＩＮＴ０入口地址

ＯＲＧ ０００ＢＨ

ＬＪＭＰ Ｔ０ ；Ｔ０入口地址

ＯＲＧ ００１３Ｈ

ＬＪＭＰ Ｘ１ ；ＩＮＴ１入口地址

ＯＲＧ ００１ＢＨ

ＬＪＭＰ Ｔ１ ；Ｔ１入口地址

ＯＲＧ ００２３Ｈ

ＬＪＭＰ ＳＳ ；串行口入口地址

ＭＡＩＮ： ＭＯＶ ＩＥ ，＃９ＦＨ ；開(kāi)放所有中斷

ＭＯＶ ＩＰ，＃０３Ｈ ；設定ＩＮＴ０、Ｔ０為高優(yōu)先級

ＳＪＭＰ ＄

Ｘ０： ＰＵＳＨ ＤＰＬ

ＰＵＳＨ ＤＰＨ

ＭＯＶ ＤＰＴＲ，＃Ｘ０ＲＬ

ＰＵＳＨ ＤＰＬ

ＰＵＳＨ ＤＰＨ

ＲＥＴＩ ；（ＰＣ）＝Ｘ０ＲＬ，清＂高優(yōu)先級生效＂

觸發(fā)器，此時(shí)可響應其它中斷請求

Ｘ０ＲＬ：· ；ＩＮＴ０子程序的真實(shí)入口地址

·

·

·

ＰＯＰ ＤＰＨ

ＰＯＰ ＤＰＬ

ＲＥＴＩ

Ｔ０： ＰＵＳＨ ＤＰＬ

ＰＵＳＨ ＤＰＨ

ＭＯＶ ＤＰＴＲ，＃Ｔ０ＲＬ

ＰＵＳＨ ＤＰＬ

ＰＵＳＨ ＤＰＨ

ＲＥＴＩ ；（ＰＣ）＝Ｔ０ＲＬ，清＂高優(yōu)先級生效＂

觸發(fā)器，此時(shí)可響應其它中斷請求

Ｔ０ＲＬ： · ；Ｔ０子程序的真實(shí)入口地址

·

·

·

ＰＯＰ ＤＰＨ

ＰＯＰ ＤＰＬ

ＲＥＴＩ

Ｘ１： ＰＵＳＨ ＤＰＬ

ＰＵＳＨ ＤＰＨ

ＭＯＶ ＤＰＴＲ，＃Ｘ１ＲＬ

ＰＵＳＨ ＤＰＬ

ＰＵＳＨ ＤＰＨ

ＲＥＴＩ ；（ＰＣ）＝Ｘ１ＲＬ，清“高優(yōu)先級生效”

觸發(fā)器，此時(shí)可響應其它中斷請求

Ｘ１ＲＬ： · ；ＩＮＴ１子程序的真實(shí)入口地址

·

·

·

ＰＯＰ ＤＰＨ

ＰＯＰ ＤＰＬ

ＲＥＴＩ

Ｔ１： ＰＵＳＨ ＤＰＬ

ＰＵＳＨ ＤＰＨ

ＭＯＶ ＤＰＴＲ，＃Ｔ１ＲＬ

ＰＵＳＨ ＤＰＬ

ＰＵＳＨ ＤＰＨ

ＲＥＴＩ ；（ＰＣ）＝Ｔ１ＲＬ，清＂高優(yōu)先級生效＂

觸發(fā)器，此時(shí)可響應其它中斷請求

Ｔ１ＲＬ： · ；Ｔ１子程序的真實(shí)入口地址

·

·

·

ＰＯＰ ＤＰＨ

ＰＯＰ ＤＰＬ

ＲＥＴＩ

ＳＳ： ＰＵＳＨ ＤＰＬ

ＰＵＳＨ ＤＰＨ

ＭＯＶ ＤＰＴＲ，＃ＳＳＲＬ

ＰＵＳＨ ＤＰＬ

ＰＵＳＨ ＤＰＨ

ＲＥＴＩ ；（ＰＣ）＝ＳＳＲＬ，清＂高優(yōu)先級生效＂

觸發(fā)器，此時(shí)可響應其它中斷請求

ＳＳＲＬ： · ；串行口子程序的真實(shí)入口地址

·

·

·

ＰＯＰ ＤＰＨ

ＰＯＰ ＤＰＬ

ＲＥＴＩ

上述程序利用ＩＰ寄存器給出了兩級優(yōu)先級，其中ＩＮＴ０、Ｔ０為高優(yōu)先級，ＩＮＴ１、Ｔ１串行口為低優(yōu)先級。為使某中斷能響應同級甚至低級中斷，只要在中斷服務(wù)子程序中用ＲＥＴＩ指令清除相應的不可尋址的“優(yōu)先級生效”觸發(fā)器即可。程序一開(kāi)始的兩條ＰＵＳＨ指令的作用是對原始數據進(jìn)行入棧保護（如此時(shí)ＤＰＴＲ中的數據不需保留，則這兩條壓棧指令也可不要，相應的彈棧指令也可不要），然后將其真實(shí)子程序入口地址入棧，并經(jīng)ＲＥＴＩ出棧后彈給ＰＣ指針，以便在執行完ＲＥＴＩ后正確執行真實(shí)子程序。當該中斷服務(wù)子程序執行完畢后，ＲＥＴＩ將返回主程序斷點(diǎn)處以繼續執行原來(lái)程序。

４　結束語(yǔ)

本文所闡述的多優(yōu)先級擴展方法是純軟件方法，該方法只需在程序中加入為數不多的相應代碼，便可進(jìn)行各種中斷嵌套（如同優(yōu)先級響應或高優(yōu)先級響應低優(yōu)先級等）。此方法的代價(jià)是要花費更多的中斷響應時(shí)間，但相對于添加硬件擴展的方法而言，這點(diǎn)代價(jià)還是值得的。