MCS-51系統中斷優(yōu)先級的軟擴展

　　摘要：鑒于MCS-51系統只提供“二級中斷嵌套”，提出擴展51系統中斷優(yōu)先級的純軟件方法。其利用51系統內建的中斷允許寄存器IE和中斷優(yōu)先級寄存器IP，通過(guò)屏蔽字機制來(lái)實(shí)現；以C51的形式，給出這種擴展方法的函數庫實(shí)現，為該方法的使用賦予友好、簡(jiǎn)潔的用戶(hù)接口。

    關(guān)鍵詞：MCS-51單片機 中斷優(yōu)先級 軟擴展 C51

引言

　　眾所周知，MCS-51系統只提供“二級中斷嵌套”，而大多數嵌入式系統希望有多于兩級的優(yōu)先級別。因為一般來(lái)說(shuō)，系統都有掉電中斷，且應置為最高優(yōu)先級，這樣所有其它中斷只能共用一個(gè)最低優(yōu)先級，如此，往往不能滿(mǎn)足實(shí)際的邏輯需求。為了使系統具有多于兩級的中斷優(yōu)先級別，可以利用8259A之類(lèi)的中斷控制芯片實(shí)現中斷優(yōu)先級的硬擴展，但卻增加了系統的造價(jià)和復雜性。因復雜性的提高，系統的可靠性將受到影響。本文提出一種擴展MCS-51系統中斷優(yōu)先級的純軟件方法，不需增加任何硬件，且所需的額外資源消耗也很小。實(shí)際應用表明這種方法是可行的和有效的。

1 MCS-51的中斷系統簡(jiǎn)介

　　MCS-51系列單片機允許有五個(gè)中斷源，提供兩個(gè)中斷優(yōu)先級，可實(shí)現二級中斷嵌套。這兩級優(yōu)先級遵循下述規則：僅高優(yōu)先級中斷源可中斷嵌套低優(yōu)先級中斷源。為實(shí)現這一規則，中斷系統內部包含兩個(gè)不可尋址的優(yōu)先級狀態(tài)觸發(fā)器。當特定優(yōu)先級的某中斷源被響應時(shí)，相應的觸發(fā)器即被置位，直到執行了RETI指令后，這個(gè)觸發(fā)器才復位。在此期間，同級和低級中斷將被防止。中斷源的中斷請求能否得到響應，受中斷允許寄存器IE的控制。每個(gè)中斷源的優(yōu)先級可通過(guò)對中斷優(yōu)先級寄存器IP編程來(lái)設定：或最低，或最高。同一優(yōu)先級中的各中斷源同時(shí)請求中斷時(shí)，由內部查詢(xún)邏輯確定響應次序。查詢(xún)次序依次為：外部中斷0（X0）、定時(shí)器中斷0（T0）、外部中斷1（X1）、定時(shí)器中斷1（T1）、串口中斷（S）。如果當前指令是RETI或是對IE、IP操作的指令，將封裝CPU對中斷的響應，且必須再執行完一條指令之后才會(huì )響應中斷。

2 中斷優(yōu)先級軟擴展的方法

　　首先，給出軟擴展的第一種方法，并分析其特點(diǎn)，指出其存在的缺陷。然后，基于對方法一的不足之處，給出不斷完善的方法二、方法三。其中方法二是對方法一的完善，方法三是對方法二的完善，并最終解決了方法一、二中的缺陷，實(shí)現了真正的中斷優(yōu)先級的軟擴展。

2.1 方法一

　　此法僅使用和系統的中斷允許寄存器IE，通過(guò)中斷屏蔽字機制，以使不同的中斷源具有不同的邏輯中斷優(yōu)先級（下文中的“優(yōu)先級”如不加說(shuō)明即指“邏輯中斷優(yōu)先級”）。

　　不失一般性，不妨令8051系統的五個(gè)中斷源——外中斷0（X0）、定時(shí)器中斷0（T0）、外中斷1(X1)、定時(shí)器中斷1（T1）及串口中斷（S），有如表1所列的優(yōu)先級。（實(shí)際應用中，視具體情況，賦予不同中斷源以適當的優(yōu)先級。）

　　其中，“0”代表最高優(yōu)先級，“4”代表最低優(yōu)先級。

　　首先，給設定了優(yōu)先級的諸中斷源賦以二級“物理中斷優(yōu)先級”：將優(yōu)先級最高的中斷源（X1）在中斷優(yōu)先級寄存器IP中的相應位（PX1）置1，而令I(lǐng)P中的其它相關(guān)位（PT1、PT0、PS、PX0）為0。

　　其次，給設定了優(yōu)先級的各中斷源分配適當的“中斷屏蔽字”。其基本思想是屏蔽同級和低級中斷。具體分配過(guò)程如下：優(yōu)先級為k(0≤k≤N-1，N為中斷源數量)的中斷源的“中斷屏蔽字”為：優(yōu)先級為x(x∈[k,N-1]，即同級和低級)的中斷源在IE中的對應位置0，優(yōu)先級為y(y∈[0,k-1]，即高級)的中斷源在IE中的相應位置1而得的位組字節。當然，IE的EA位（CPU中斷允許標志位）始終為1.

　　對于表1所列的中斷優(yōu)先級分配情況，各中斷源的“中斷屏蔽字”配置如表2所列。

　　表1 中斷源的優(yōu)先級分配表

　　最后，給各中斷源的ISR（Interrupt Routine，中斷服務(wù)例程）加以如下所示的外殼（Assembly形式的）。不妨以定時(shí)器0（T0）為例：

　　CSEG AT 8