Начальный запуск и обработка прерываний

· внешний запрос прерывания на входе IRQ#, обслуживание которого реализуется с помощью модуля IRQ08;

· запрос прерывания в контрольной точке, который формируется модулем BREAK08;

· внутренние запросы прерывания, поступающие от периферийных устройств, расположенных на кристалле микроконтроллера.

Эти события вызывают прерывание выполнения текущей программы и переход к подпрограмме - обработчику прерывания., которая обеспечивает необходимую реакцию микроконтроллера. При поступлении команды SWI или соответствующего запроса процессор завершает выполнение текущей команды и выполняет цикл перехода к обработке прерывания, в процессе которого реализуются следующие операции:

- загрузка в стек содержимого регистров процессора в следующей последовательности: CCR - A – X - PCh - PCl, где PCh, PCl - старший и младший байты содержимого PC, X – значение младшего байта индексного регистра H:X;

- загрузка в PC 16-разрядного вектора прерывания Ve - адреса первой команды обработчика прерываний, соответствующего наступившему событию.

Значение вектора Ve выбирается из таблицы векторов прерываний, размещенной в конце адресуемого объема памяти (см. табл. 10).

Обработчик прерывания заканчивается командой возврата из прерывания RTI, которая выбирает из стека и восстанавливает содержимое регистров PC, X, A, CCR, обеспечивая продолжение выполнения прерванной программы.

Необходимо иметь в виду, что в цикле перехода к обработке прерываний в стеке автоматически сохраняется только младший байт индексного регистра X. Чтобы обеспечить сохранение старшего байта индексного регистра H следует в начале обработчика прерываний ввести команду PSHH (загрузка в стек содержимого байта H, а перед командой RTI выполнить команду PULH, которая извлекает из стека и восстанавливает содержимое старшего байта H индексного регистра.

Для размещения таблицы векторов запуска и прерываний в микроконтроллерах семейства 68HC08/908 зарезервировано 64 байт адресного пространства (адреса $FFD0-FF), из которых в микроконтроллере MC68HC908GP32 используется 36 байт. В табл.10 показано размещение векторов для этого микроконтроллера.

Таблица.10. Размещение векторов запуска и прерывания для

микроконтроллера MC68HC908GP32

Нижнюю позицию в таблице векторов занимает вектор начального запуска (Reset), а перед ним располагается вектор программного прерывания по команде SWI, выполнение которой описано в разделе 2. Выше размещаются вектора аппаратных прерываний, которые вызываются поступлением запроса от внешних устройств на вход IRQ#, запросов прерывания от таймера и других модулей, входящих в состав микроконтроллера.

Поступление запросов прерывания проверяется микроконтроллером после выполнения каждой команды программы. Если поступило нескольких запросов, то в первую очередь обслуживается запрос с более высоким приоритетом. Запросы имеют фиксированные приоритеты в соответствии с порядком их расположения в таблице векторов прерываний (табл.10) – чем больше адрес, тем выше приоритет. Таким образом из аппаратных прерываний наивысший приоритет имеет внешний запрос IRQ#, затем запрос генератора тактирующих импульсов CGM08 и сигналы таймера. Минимальный приоритет имеют запросы, вектора которых размещены в верхней части таблицы 10 – запросы ADC08 или некоторых других модулей.

Рис.8. Формат содержимого регистров состояния прерываний INT1-INT3 модуля системной интеграции SIM08

Модуль системной интеграции SIM08 имеет специальные регистры INT1-INT3 (рис.8), которые содержат биты признаков поступивших запросов прерывания IF1-IF16. Эти признаки соответствуют возможным запросам прерывания (табл.11) и принимают значение IFx=1 при поступлении соответствующего запроса. Регистры INT1-INT3 доступны только для чтения и могут использоваться для анализа состояния системы и принятия решения о маскировании или разрешении обслуживания определенных запросов.

Таблица 11. Соответствие битов IFx в регистрах INT1-3

поступившим запросам прерывания

Модуль управления внешним прерыванием IRQ08 принимает внешний запрос прерывания, поступающий на вход IRQ#, и обеспечивает различные варианты его обслуживания. Этот модуль содержит регистр управления INTSCR, отдельные биты которого имеют следующее назначение (рис.9):

IRQF – признак внешнего запроса прерывания (доступен только для чтения), принимает значение 1 при поступлении соответствующего сигнала на вход IRQ#;

ACK – бит подтверждения приема запроса прерывания, который доступен только для записи (при чтении содержимого регистра INTSCR значение этого бита равно 0), при записи 1 в этот бит производится сброс признака запроса в состояние IRQF=0;

IMASK – бит маски внешнего прерывания, при установке значения IMASK=1 поступление запроса на вход IRQ# не вызывает прерывания текущей программы;

MODE – бит, определяющий вид сигнала прерывания: при установке значения MODE=0 прерывание вызывается отрицательным перепадом потенциала на входе IRQ#, при значении MODE=1 – подачей низкого уровня потенциала (логический 0).

Рис.9. Формат содержимого регистра управления внешним прерыванием INTSCR

(адрес $001D)

Длительность сигнала прерывания для микроконтроллеров серии GP должна составлять не менее 50нс при напряжении питания Vп=5,0 В и не менее 125 нс при Vп=3,0 В.

Если прерывание вызывается перепадом потенциала, то после его обслуживания следующее прерывание происходит только при поступлении нового перепада. Если прерывание вызывается уровнем потенциала, то при сохранении уровня 0 на входе IRQ# микроконтроллер повторяет выполнение подпрограммы обслуживания, пока не установится значение сигнала IRQ# =1.

Если внешнее прерывание замаскировано (установлено значение бита IMASK=1), то можно реализовать обслуживание запроса IRQ# программно, путем периодического считывания содержимого регистра INTSCR, анализа значения признака IRQF и вызова обработчика прерываний при значении IRQF=1. При этом обработчик прерываний должен произвести установку бита ACK=1, чтобы сбросить в 0 признак IRQF и обеспечить возможность приема следующего запроса прерывания.

Модуль прерывания в контрольной точке BREAK08 обеспечивает останов выполнения программы в заданной контрольной точке и используется в процессе отладки программного обеспечения. Данное прерывание реализуется, когда сформированный процессором адрес очередной команды совпадает с 16-разрядным адресом контрольной точки, который содержится в регистрах BRKH (старший байт) и BRKL ( младший байт) модуля BREAK08. В этом случае вместо следующей команды в процессор поступает команда программного прерывания SWI, и в программный счетчик PC загружается вектор прерывания из ячеек памяти с адресами $FFFC-FD (см. табл. 10). Выполнение команды SWI не маскируется битом I в регистре признаков CCR, поэтому прерывание в контрольной точке выполняется при любом значении этого бита. При переходе к обслуживанию данного прерывания останавливается работа таймерных модулей TIM08, TBM08 и сторожевого таймера COP08.

Регистры BRKH-BRKL в микроконтроллерах серии GP имеют адреса $FE09-0A. Кроме этих регистров в состав модуля BREAK08 входит региcтр управления BRKSCR, в котором содержатся следующие биты (рис.10):

BRKE – при установке значения BRKE=1 разрешает прерывание в контрольной точке, при значении BRKE=0 запрещает прерывание (отключает модуль BREAK08);

BRKA – при значении BRKA=1 указывает на совпадение адреса текущей команды с адресом контрольной точки (содержимое регистров BRKH-L).

Рис.10. Формат содержимого регистра управления BRKSCR модуля BREAK08

(адрес $FE0B)

При запуске микроконтроллера все биты регистра BRKSR принимают значение 0. Если при записи в этот регистр будет установлено значение бита BRKA=1, то реализуется прерывание в контрольной точке.

Работа модуля BREAK08 контролируется также с помощью битов BCFE, SBSW в регистрах SBFCR и SBSR модуля системной интеграции SIM08. Остальные биты в этих регистрах зарезервированы и служат для тестирования микроконтроллера при заводских испытаниях.

Регистр SBFCR (рис.6,в) содержит бит BCFE, который при установке значения BCFE=1 разрешает при обработке прерывания в контрольной точке менять содержимое регистров состояния периферийных модулей. При значении BCFE=0 состояние этих регистров при останове в контрольной точке нельзя программно изменить, то-есть состояние периферийных модулей в процессе отладки программы будет сохраняться.

В регистре SBSR (рис.6,б)бит SBSW принимает значение 1, если прерывание в контрольной точке происходит при выполнении команд WAIT или STOP. В данном случае процессор выходит из режима ожидания или останова, и выполняет соответствующую программу обработки прерывания. При этом в стек заносится адрес команды, следующей за WAIT или STOP. При возврате из программы обработки по команде RTI из стека в программный счетчик PC будет загружен адрес этой следующей команды, то-есть процессор не вернется в режим ожидания или останова. Чтобы предотвратить нарушение режима функционирования микроконтроллера, программа-обработчик перед выполнением команды RTI должна проверить значение бита SBSW. Если он равен1, то необходимо скорректировать (уменьшить на 1) адрес, загружаемый из стека в PC. В этом случае процессор после обработки прерывания в контрольной точке вернется к выполнению команды WAIT или STOP. Для сброса бита SBSW в нулевое состояние надо записать 0 в соответствующий разряд регистра SBSR.

Формирование запросов прерывания от периферийных модулей микроконтроллера – таймера TIM08, последовательных портов SPI08, SCI08, аналого-цифрового преобразователя ADC08, модуля обслуживания клавиатуры KBI08 рассмотрены в разделах 11 - 15.