Система прерываний

Система прерываний Назначение системы прерываний

Важным элементом микроконтроллера является система прерываний. Система прерываний присутствует в любом современном микроконтроллере. Cистема прерываний микроконтроллера обслуживает несколько источников прерываний. Количество источников прерываний для разных микроконтроллеров различно.

Самое минимальное количество источников прерывания имеет микроконтроллер ATtiny11. Два внутренних источника прерываний (от таймера/счетчика и от встроенного компаратора), одно внешнее прерывание по сигналу на входе INTO и одно прерывание по изменению сигналов на любом из входов, которое тоже считается внутренним.

К источникам прерываний фирма Atmel относит также начальный сброс микроконтроллера. Вектор начального сброса обычно также включают в таблицу векторов прерываний. Так что получается, что у микроконтроллера ATtiny11 имеется четыре внутренних источника прерываний и один внешний. Другие микросхемы серии AVR имеют более сложные системы прерываний.

Самая развитая на сегодняшний день система прерываний у микроконтроллера ATmegal281. Этот микроконтроллер способен в общей сложности обслуживать 48 внутренних и 17 внешних источников прерываний. Вообще, источниками прерываний служат все встроенные таймеры, компараторы, АЦП, любой последовательный канал, система управления EEPROM. Конкретное количество прерываний можно узнать из табл. 3.1 (графа «Кол-во прерываний Внут / Внешн»).

Таблица 1

Блок регистров специальных функций

Символ	Наименование	Адрес
*	A	Аккумулятор	0Е0Н
*	B	Регистр-расширитель аккумулятора	0F0H
*	PSW	Слово состояния программы	0D0H
	SP	Регистр-указатель стека	81Н
	DPTR	Регистр-указатель данных	(DPH)	83Н
			(DPL)	82Н
*	P0	Порт 0	80H
*	P1	Порт 1	90Н
*	P2	Порт 2	0А0Н
*	P3	Порт 3	0В0Н
*	IP	Регистр приоритетов прерываний	0В8Н
*	IE	Регистр маски прерываний	0А8Н
	TMOD	Регистр режима таймера/счётчика	89H
*	TCON	Регистр управления/статуса таймера	88Н
	TH0	Таймер 0 (старший байт)	8СН
	TL0	Таймер 0 (младший байт)	8АН
	TH1	Таймер 1 (старший байт)	8DH
	TL1	Таймер 1 (младший байт)	8ВН
*	SCON	Регистр управления приёмопередатчиком	98Н
	SBUF	Буфер приёмопередатчика	99Н
	PCON	Регистр управления мощностью	87H

Система прерываний

Система прерывания (рис. 7) включает 5 источников прерывания с фиксированными векторами, из которых 2 внешних (входы INT0, INT1) и 3 внутренних (таймеры 0 и 1, последовательный порт) источника.

Внешние прерывания INT0 и INT1 могут быть вызваны уровнем или переходом сигнала из 1 в 0 (срезом) на входах микроконтроллера в зависимости от значений управляющих битов IT0 и IT1 в регистре TCON. От внешних прерываний устанавливаются флаги IE0 и IE1 в регистре TCON, которые инициируют вызов соответствующей подпрограммы обслуживания прерывания. Сброс этих флагов выполняется аппаратно только в том случае, если прерывание было вызвано по переходу (срезу) сигнала. Если же прерывание вызвано уровнем входного сигнала, то сбросом флага IE управляет соответствующая подпрограмма обслуживания прерывания путем воздействия на источник прерывания с целью снятия им запроса.

Рисунок 7 - Схема прерываний

Флаги запросов прерывания от таймеров TF0 и TF1 сбрасываются автоматически при передаче управления подпрограмме обслуживания.

Флаги запросов прерывания RI и TI устанавливаются аппаратно, но сбрасываться должны программой. Прерывания от последовательного порта при передаче и приеме вызывают одну и туже подпрограмму обслуживания, в которой, опросив флаги можно определить источник прерывания.

Прерывания могут быть вызваны или отменены программой, так как все перечисленные флаги программно доступны.

В блоке регистров специальных функций есть два регистра, предназначенных для управления режимом прерываний и уровнями приоритета. Форматы этих регистров, имеющих символические имена IE и IP описаны в табл. 12 и 13 соответственно.

Возможность программной установки/сброса любого управляющего бита в этих двух регистрах делает систему прерываний исключительно гибкой.

Таблица 12

Регистр масок прерывания IE

Символ	Разряд	Имя и назначение
EA	IE.7	Общее разрешение прерываний. Сбрасывается программно для запрета всех прерываний независимо от состояний IE4-IE0
-	IE.6, 5	Не используются
ES	IE.4	Бит разрешения прерывания от UART. Установка/сброс программой для разрешения/запрета прерываний от флагов TI, RI
ET1	IE.3	Бит разрешения прерывания от таймера 1. Установка/сброс программой для разрешения/запрета прерываний от таймера 1
EX1	IE.2	Бит разрешения внешнего прерывания 1. Установка/сброс программой для разрешения/запрета прерываний
ET0	IE.1	Разрешение прерывания от таймера 0. Работает аналогично IE.3
EX0	IE.0	Разрешения внешнего прерывания 0. Работает аналогично IE.2

Таблица 13

Регистр приоритетов прерывания IP

Символ	Разряд	Имя и назначение
-	IP.7-5	Не используются
PS	IP.4	Бит приоритета UART. Установка/сброс программой для назначения прерыванию от UART высшего/низшего приоритета
PT1	IP.3	Бит приоритета таймера 1. Установка/сброс программой для назначения прерыванию от таймера 1 высшего/низшего приоритета
PX1	IP.2	Бит приоритета внешнего прерывания 1. Установка/сброс программой для назначения прерыванию INT1 высшего/низшего приоритета
PT0	IP.1	Бит приоритета таймера 0. Работает аналогично IP.3
PX0	IP.0	Приоритет внешнего прерывания 0. Работает аналогично IP.2

Приоритет источника прерывания определяется порядком опроса флагов прерывания и производится в два этапа. На первом опрашиваются те, источники которых получили высший приоритет с помощью регистра IP, а на последнем - низший. Для каждого из этапов очередность опроса приведена на рис.7.

Флаги прерываний опрашиваются в каждом машинном цикле. Ранжирование прерываний по приоритету выполняется в течение следующего машинного цикла. Прерывание сформируется, если оно не заблокировано одним из условий:

1. в данный момент обслуживается запрос прерывания равного или более высокого уровня приоритета;

2. текущий машинный цикл – не последний в цикле выполняемой команды;

3. выполняется команда RETI или любая команда, связанная с обращением к регистрам IE или IP.

Примечание. Если флаг прерывания был установлен, но по одному из перечисленных условий не получил обслуживания и к моменту окончания блокировки уже был сброшен, то запрос прерывания теряется.

По аппаратно сформированному коду команды LCALL (вызов подпрограммы) система прерывания помещает в стек содержимое программного счётчика PC и загружает в PC адрес вектора прерывания соответствующей подпрограммы обслуживания. По этому адресу должна быть расположена команда безусловного перехода JMP к начальному адресу подпрограммы обслуживания прерывания. Эта подпрограмма в случае необходимости должна начинаться командами записи в стек PUSH слова состояния программы PSW, аккумулятора A, расширителя аккумулятора B, указателя данных DPTR и т.д. и заканчиваться командами восстановления из стека POP. Подпрограммы обслуживания прерывания обязательно завершаются командой RETI, по которой в программный счётчик перезагружается из стека сохранённый адрес возврата в основную программу. Команда RET также возвращает управление, но при этом не снимает блокировку прерывания.

Ввиду того, что адреса векторов прерывания расположены в памяти с интервалом 8 ячеек, по ним, как правило, размещают не сами процедуры обслуживания, а команды безусловного перехода на подпрограммы.

В виде байтов регистры IE и IP можно представить в следующем виде:

Регистр IE: