閱讀本筆記沒有暗示或要求的特殊知識，但對MAXQ架構和寄存器映射有基本的熟悉是一個加分項。這些信息可以在MAXQ系列用戶指南、數據資料（如MAXQ2000）和其他應用筆記（如MAXQ架構簡介;使用MAXQ2000評估板的示例應用）。本應用筆記中使用的示例的源代碼和項目文件可以下載。

MAXQ10和MAXQ20微控制器具有簡單、廉價的單向量中斷機制，而中斷源和控制則在邏輯上組織成三級分層結構。硬件不會優(yōu)先考慮中斷。應用程序代碼負責通過單個向量調度各種中斷，因此，對中斷進行編程和調試是應用程序開發(fā)周期的重要組成部分。本說明提供：

為需要編寫簡單中斷功能編程的用戶提供的入門指南

有關實現更詳細的中斷優(yōu)先級方案、嵌套中斷和可用硬件資源的最佳利用的提示。

MAXQ中斷機制概述

MAXQ系列微控制器具有一個寄存器IV（中斷向量），用于保存中斷例程的地址，以及一個位INS（中斷iN服務），用于指示中斷活動。當中斷被觸發(fā)時，處理器內核的行為就像在代碼中插入了“呼叫IV”和“移動INS，#1”指令一樣。MAXQ內核執(zhí)行子程序調用，即指令指針I(yè)P被推入堆棧并加載IV寄存器的內容，然后設置INS位表示存在活動的“服務中斷”，以防止進一步的中斷調用。中斷服務以“RETI”（或“POPI”）指令結束，該指令將返回地址從堆棧彈出到 IP 中并清除 INS 位，用戶代碼從中斷的位置恢復。

中斷觸發(fā)邏輯如圖1所示，以MAXQ2000微控制器為例。其它MAXQ微控制器可能具有不同的中斷源集，但邏輯結構在整個MAXQ系列中都是通用的。

邏輯結構從圖 1 左側列出的各個中斷源開始。每個源都有一個關聯的中斷標志，即在檢測到來自該源的中斷事件時由硬件設置的特殊位。每個源還具有單獨的使能位，允許應用程序啟用或禁用中斷源。僅當標志位和使能位都設置為 1 時，來自該源的中斷信號才有效。這些位在MAXQ架構中提供單獨的中斷信號和控制。

圖1.MAXQ2000微控制器中的中斷觸發(fā)邏輯

由于MAXQ架構是模塊化的，中斷也根據其在模塊中的位置進行分組。與單個中斷源一樣，每個模塊都有自己的中斷標志和使能位，如圖 1 中間所示。該標志是來自該模塊的所有底層中斷信號的邏輯“OR”，而使能位允許應用程序啟用或禁用整個模塊的中斷。這些位分配在兩個8位寄存器中（IIR中的標志和IMR中的使能），并在模塊級別提供中斷信號和控制。

最后，來自所有模塊的中斷信號被“OR化”以形成全局中斷觸發(fā)信號，如圖1右側所示。“中斷全局使能”位IGE允許應用禁用或啟用此信號，從而提供全局級別的中斷控制。

設置后，單個中斷標志將保持設置狀態(tài)，直到被軟件（即中斷服務代碼）清除，即使導致設置該標志的條件消失或刪除。如果軟件清除標志失敗，退出服務代碼后將反復觸發(fā)中斷。模塊化中斷標志（IIR 寄存器）是只讀的;一旦應用程序代碼清除了模塊中的所有基礎單個標志，它就會自動清除。

在圖 1 所示的配置中，右側的全局中斷觸發(fā)信號處于活動狀態(tài)，由左側的三個獨立源引起：UART1 傳輸、定時器1 溢出和看門狗定時器。這三者都設置了各自的標志和啟用位。另一個源（模塊 8 中的 Ext1）也是信令，但該信號在模塊級別被屏蔽（禁用），因為中斷掩碼位 IMR.1 為 0。中斷服務例程 （ISR） 中的軟件通過分析標志和使能位（圖 1 中以相反的順序顯示，即從右到左）來識別信令源，然后為每個活動源提供服務并清除各個中斷標志。

對簡單的中斷服務例程進行編程

許多應用程序不需要復雜的中斷功能，只需要一兩個中斷，而不考慮優(yōu)先級。讓我們看看如何為MAXQ編程這樣的服務例程。我們使用IAR嵌入式工作臺作為示例編程工具，但是我們的代碼主要是可移植的（除了一些特定于工具的功能，如下所示）。?

假設現有應用程序需要每毫秒在端口引腳上觸發(fā)短脈沖，同時執(zhí)行許多其他重要任務。這可以使用配置為每 1ms 生成一次中斷請求的板載定時器來實現。

為了完成中斷編程，我們需要向現有的無中斷應用程序添加一些與中斷相關的代碼。與中斷相關的代碼由兩部分組成：初始化和 ISR。初始化代碼放置在應用程序開頭的某個位置，以設置正確的中斷配置：使能位（單個、模塊和全局）和 IV 寄存器。ISR 可以放置在任何位置，并且在退出之前應執(zhí)行三個基本任務：

確定中斷源（如果僅使用一個源，則不需要）

清除中斷標志

執(zhí)行所需的操作

首先，讓我們看看這一切在匯編語言中是如何工作的。C程序員可以跳過這一部分，盡管它確實提供了對幕后發(fā)生的事情的有用見解。圖 2 顯示了我們的無中斷應用程序的源代碼。除了許多其他非常重要的任務外，它還以0的波特率連續(xù)輸出字節(jié)35x5（ASCII符號“115200”）。在硬件上運行時，可以通過COM端口輕松捕獲輸出，如圖3所示。

圖2.沒有中斷的示例應用程序代碼。

圖3.圖 2 中示例無中斷應用程序的輸出。

現在我們按照上述四個步驟添加中斷代碼，從 ISR 開始。

由于只有一個中斷處于活動狀態(tài)，因此不需要源標識;

如果我們使用 Timer1 溢出中斷，則標志是模塊 3 的寄存器 8 的第 4 位。清除它

move  M4[8].3,#0  ; clear interrupt flag

如果我們使用端口引腳 P0.0 觸發(fā)脈沖，則操作代碼可能如下所示：

move  M0[0].0,#1  ; set pin high
move  M0[0].0,#0  ; set pin low

這解決了任務，但是如果沒有示波器，我們就無法看到結果。為了可視化它，讓我們通過串行端口輸出“5”以外的內容，例如“$”符號（0x24）：

move  M2[7],#0x24 ; start transmission

退出

reti  ; exit ISR

中斷初始化代碼應：

將定時器1配置為每1ms溢出一次。

move  M4[10],#(65536-16000)  ; ovfl every 1ms @ 16MHz
move  M4[9],M4[10]           ; init counter
move  M4[16],#0x0            ; 16-bit timer mode

使用ISR的地址加載IV寄存器。

move  IV,#   ;  load interrupt vector

在所有三個級別啟用 Timer1 溢出中斷：單個、模塊和全局。

move  M4[0],#0x88      ; int enabled, start the timer
move  IMR.4,#1         ; enable ints from module 4
move  IC.0,#1          ; enable global interrupts (IGE=1)

我們還必須初始化端口引腳，即設置方向和電壓電平：

move  M0[16].0,#1 ; Configure Port Pin P0.0 direction (output)
move  M0[0].0,#0  ; Set Port Pin P0.0 Low

將所有部分組裝在一起，我們最終得到圖 4 中所示的代碼及其輸出（如圖 5 所示）。$s如預期的那樣，端口引腳P0.0每1ms發(fā)射一次短脈沖。由于上述傳輸沖突，$s和 5 的模式并不完全規(guī)則——有些$s無法通過。

現在讓我們在 C 中重做相同的應用程序。這甚至更容易，因為C編譯器將為我們做一些工作。也就是說，IAR C 編譯器將中斷向量 IV 設置為通用 ISR，用于標識信令模塊并調用與此模塊對應的 C 函數。它還負責保存/恢復 ISR 內部使用的寄存器，因此應用程序流不會因中斷而中斷。我們需要做的就是為每個模塊編寫 ISR 函數，該函數將生成中斷并進行配置，即正確設置啟用位。后者很重要 — 如果應用程序錯誤地啟用了沒有相應 ISR 功能的中斷，則結果將難以預測。

圖4.帶中斷的示例應用程序代碼。

圖5.圖 4 和圖 6 中示例應用程序的典型輸出。

我們現在遵循相同的邏輯步驟，但這次對 ISR 函數使用 C 語法。

來源識別。我們必須告訴編譯器哪個模塊是中斷的來源：

#pragma vector=4
__interrupt void  isr_module4() {}

#pragma 指令和關鍵字__interrupt通知編譯器，當模塊 4 有活動中斷信號時，應調用以下示例中的 isr_module4（））。由于模塊 4 中只有一個源處于活動狀態(tài)，因此不需要更多源標識。

清除標志。如果我們使用定時器1溢出中斷，則標志在寄存器T2CNB2中為位TF1。清除它

T2CNB1_bit.TF2=0; // clear interrupt flag

請注意，名稱 TF2 和 T2CNB1_bit 分別只是位 3 和寄存器 M4［8］ 的替代品。它們在特定于工具的包含文件“iomaxq200x.h”中定義。

中斷操作。在端口引腳 P0.0 上發(fā)出脈沖：

PO0=1;            // set pin high
PO0=0;            // set pin low

退出。無事可做;編譯器會處理這個問題。

SBUF0='$';        // start transmission

同樣，中斷初始化代碼是直接的ASM到C轉換，除了設置由編譯器自動完成的IV寄存器：

將定時器1配置為每1ms溢出一次。

T2R1=65536-16000; // ovfl every 1ms @ 16MHz
T2V1=T2R1;        // init counter
T2CFG1=0;         // 16-bit timer mode

使用 ISR 地址加載 IV 寄存器 — 由編譯器完成。

在所有三個級別啟用 Timer1 溢出中斷：單個、模塊和全局。

T2CNA1=0x88;      // int enabled, start the timer
IMR_bit.IM4=1;    // enable ints from module 4
IC_bit.IGE=1;     // enable global interrupts (IGE=1)

圖6.在 C 語言中使用中斷的示例應用程序。

我們還必須初始化端口引腳，即設置方向和電壓電平：

PD0=1;            // Configure P0.0 direction (output)
PO0=0;            // Set P0.0 Low

將所有部分組裝在一起，我們最終得到圖 6 中所示的代碼。在硬件上運行時，其輸出看起來與圖 5 所示相同。

對嵌套中斷進行編程

通常，當中斷被處理時，觸發(fā)信號在全局級別被稱為INS的特殊位阻止（圖1中未顯示）。該位在進入 ISR 時由硬件自動設置，并在執(zhí)行 RETI 或 POPI 指令時清除（通常在退出 ISR 時）。當 INS = 1 時，無法觸發(fā)中斷。但是，某些應用程序可能希望允許嵌套或遞歸中斷。這可以通過清除 ISR 內的 INS 位來完成，從而允許中斷中斷服務例程流。請注意，第二個中斷調用將向量到與第一個中斷調用相同的 IV 寄存器指向的 ISR，因此應用程序在允許遞歸中斷調用時應針對無限循環(huán)進行配置。

圖7顯示了一個在端口引腳（連接到按鈕）的下降沿激活中斷的應用。本應用使用模塊0中的MAXQ2000上的Ext0中斷。按鈕連接到相應的端口引腳P0.4。中斷服務例程旨在通過清除 INS 位（圖 14 中的第 7 行）來中斷其自身的代碼。為此目的提供了內在函數 __reenable_interrupt（），盡管可以通過直接寫入位來完成相同的工作：IC_bit。INS=0;。為了防止無限循環(huán)，ISR 通過在進入時遞增全局變量nest_level和在退出時遞減來計算嵌套級別。僅當嵌套級別不超過特定限制時，才會清除 INS 位（此示例中最多允許 7 個級別）。

當沒有發(fā)生中斷時，應用程序通過串行端口連續(xù)輸出字符“0”，指示正在執(zhí)行 main（） 函數。按下按鈕時，ISR 會打印當前嵌套級別并執(zhí)行空閑循環(huán)幾秒鐘，以便在 ISR 仍在運行時再次按下按鈕。當嵌套達到級別 7 時，不再清除 INS 位。如果在級別 7 執(zhí)行 ISR 時按下該按鈕，則新的中斷請求將保持掛起狀態(tài)（設置了標志，但觸發(fā)信號被 INS = 1 阻止），直到 ISR 完成并退出，清除 INS 位并在級別 6 恢復 ISR。然后，掛起的中斷變?yōu)榛顒訝顟B(tài)，并再次導致級別 7 的 ISR 呼叫。圖 8 說明了這種描述的行為 — 每個非零數字表示一個 ISR 條目，包括遞歸中斷調用。

編程中斷優(yōu)先級方案

到目前為止，我們只考慮了一個中斷源的簡單應用程序。更高級的應用可以同時使用多個中斷源，例如RTC報警，定時器/計數器，按鈕或其他外部I / O信號，看門狗，發(fā)送/接收與UART的通信，SPI?、1-Wire等各種中斷可能會來來去去，多個中斷源可能會同時變?yōu)榛顒訝顟B(tài)，但應用程序一次只能為它們提供服務。因此，應用程序必須應用一些規(guī)則來決定應首先、第二、依此類推為哪些同時處于活動狀態(tài)的源提供服務。這些規(guī)則通常以中斷優(yōu)先級表示 — 為每個中斷源分配一個稱為優(yōu)先級的整數。如果發(fā)生沖突，優(yōu)先級較高的源會先于優(yōu)先級較低的源進行服務。?

在MAXQ架構中，這種中斷服務排序必須在軟件中實現，因為不存在硬件優(yōu)先級。在本應用筆記中，我們僅考慮確定中斷服務優(yōu)先級的眾多可能方法中的兩種：

源標識排序（無遞歸中斷）

動態(tài)中斷重新配置（帶遞歸中斷）

事實上，這兩種方法都可以在一個應用程序中混合在一起，正如我們將在下面的示例中看到的那樣，創(chuàng)建靈活有效的中斷服務結構。

圖7.在 C 語言中具有嵌套中斷的示例應用程序。

前一種方法意味著安排ISR的來源識別部分，以便首先識別和維修優(yōu)先級較高的源，然后再識別和維修優(yōu)先級較低的源。例如，假設圖 1 中的三個源同時發(fā)出信號，但應用程序希望首先處理看門狗中斷，然后處理 Timer1 溢出，然后處理 UART1 傳輸。該任務可以通過以下偽代碼解決：

if (  )
        {  }
if (  )
        {  }
if (  )
        {  }

這種簡單的技術幾乎沒有開銷;它不需要額外的內存或遞歸中斷調用。每個中斷都按照接收順序從頭到尾執(zhí)行，除非有兩個或多個中斷掛起。在這種情況下，服務順序由應用程序代碼中的源標識排列定義。但這種方法有一個缺點：如果在為另一個源提供服務時發(fā)生緊急、優(yōu)先級最高的中斷，則必須等到 ISR 完成，到那時可能為時已晚。為了克服這個問題，我們必須允許中斷ISR流，這就引出了第二種方法——動態(tài)中斷重新配置。

后一種方法更通用，意味著每個單獨的 ISR 需要執(zhí)行以下步驟：

保存當前中斷配置并重新配置整個使能位集，以禁用所有較低（低于當前）或同等優(yōu)先級的源，但啟用更高優(yōu)先級的源

允許遞歸中斷，即清除 INS 位

執(zhí)行當前中斷的操作

禁止遞歸中斷，即設置 INS 位

恢復保存在步驟i）中斷配置并退出。

此實現允許幾乎立即為較高優(yōu)先級的中斷提供服務，即使它在為較低優(yōu)先級的源提供服務時發(fā)生。但是，此方法會消耗更多的數據和程序空間，并且隨著方案中添加的每個額外中斷源而增加。

圖8.圖 7 中示例應用程序的輸出。

為了演示這兩種方法，我們創(chuàng)建一個MAXQ2000應用示例，具有以下中斷優(yōu)先級方案：

中斷源	源模塊	優(yōu)先權	中斷操作
看門狗定時器	7	99 （最高）	清除看門狗定時器;將符號打印到 UART0
UART0 傳輸	2	70	從緩沖區(qū)傳輸下一個字節(jié)（如果有）
定時器1 溢出	4	50	在端口引腳 P0.0 上觸發(fā)脈沖（每 128 毫秒）
外部國際 0	0	30	非常重要的按鈕操作（紅色按鈕）
外部國際 10，11，12	1	10, 11, 12	按鈕操作（綠色按鈕）

看門狗定時器具有最高優(yōu)先級，因為如果未及時清除，它將重置設備。然后我們利用UART的傳輸中斷，它表示一個字節(jié)已成功發(fā)送，下一個字節(jié)傳輸可以開始。此中斷也是確保快速通信和防止緩沖區(qū)溢出的高優(yōu)先級。接下來是Timer1，它以相對較慢但有規(guī)律的速度發(fā)射脈沖。按鈕中斷的優(yōu)先級較低，因為它們是不規(guī)則的。

模塊化架構使在模塊級別分配優(yōu)先級變得簡單方便。在這種情況下，唯一要保存/重新配置/恢復的配置數據是 IMR 寄存器，即 8 位模塊中斷掩碼。否則，必須在每個單獨的 ISR 中存儲、重新配置和恢復整個分散的單個使能位集。因此，我們?yōu)槟K實現了通用優(yōu)先級方法（動態(tài)重新配置），但對模塊內的中斷源實現了簡單的排序方法。

我們示例中的模塊 1 有多個中斷源，圖 9 顯示了如何在模塊 1 中斷例程 isr_module1（） 中實現優(yōu)先級。首先，它保存當前中斷配置（圖 39 中的第 9 行），然后重新配置中斷以禁用模塊 1 中的源，但啟用更高優(yōu)先級的模塊 0、4、2、7（第 40 行），并通過清除 INS 位（第 41 行）重新啟用中斷。然后，它按照優(yōu)先級順序識別模塊 1 中的中斷源并為其提供服務。首先檢查優(yōu)先級較高的 int12（第 45-50 行），其次檢查優(yōu)先級較低的 int11（第 52-57 行），最后檢查優(yōu)先級最低的 int10（第 59-64 行）。這些中斷的服務例程具有較長的延遲循環(huán)（在 button（） 函數內部，圖 48 中的第 55、62 和 9 行），因此在中斷例程 isr_module1（） 仍在運行時可能會發(fā)生其他中斷。

其他中斷也以類似的方式設計（請參閱附錄A中的完整源代碼，可供下載），但優(yōu)先級最高的看門狗中斷除外，其中不需要重新配置。應用程序通過 UART0 寫入各種 ASCII 標記，以便可以在 PC 上捕獲它們以可視化執(zhí)行流程。為了演示，硬件組裝有兩個按鈕：一個連接到引腳P0.4，按下時激活外部中斷0;另一個連接到引腳 P5.2、P5.3、P6.0，分別對應于外部中斷 10、11、12，因此當按下該按鈕時，所有三個中斷都會同時激活。由于前一個中斷 Ext0 具有更高的優(yōu)先級，因此我們將其稱為“紅色按鈕”，而另一個按鈕將稱為“綠色按鈕”，激活三個優(yōu)先級較低的中斷。

當未按下任何按鈕時，應用程序打印“=Reset=”，然后連續(xù)寫入單詞“Main”，點“...”和單詞“”，表示重置后它執(zhí)行main（）函數，并且經常被看門狗（點）中斷，偶爾被Timer1溢出打斷（參見圖10）。當檢測到任何按鈕中斷時，應用程序在 ISR 條目上打印“”，在 ISR 出口時打印“ExtN>”（N 是外部中斷的編號）。對于圖 10 中的示例，按下“綠色”按鈕一次，然后按幾次“紅色”按鈕。“綠色”按鈕同時激活了三個外部中斷 — 10、11 和 12 — 但如圖 10 所示，int12 首先根據其優(yōu)先級提供服務，而 int11 和 int10 處于掛起狀態(tài)。ISR 顯然被看門狗和計時器打斷。緊接著是 int11（int10 仍處于掛起狀態(tài)），它被使用“紅色”按鈕激活的更高優(yōu)先級的 int0 打斷。最后，緊跟在 int11 之后的是 int10，而 int0 又被按下 （int10） 的“紅色”按鈕打斷了幾次。在這個過程中的某個時刻，所有優(yōu)先中斷都被嵌套了：main功能被int0按鈕中斷，被int1按鈕中斷，被Timer<>溢出中斷，被UART傳輸中斷，被看門狗中斷！

圖9.具有多個優(yōu)先級中斷的示例應用程序（片段）。

圖 10.圖 9（附錄 A）中示例應用程序的輸出。

結論

MAXQ微控制器的中斷機制非常簡單，可配置性強，使得MAXQ的中斷編程變得容易。盡管硬件資源有限，但MAXQ獨特的模塊化架構允許開發(fā)人員以極低的開銷實現復雜的中斷優(yōu)先方案。

審核編輯：郭婷