單片機中斷多優先級的軟件擴展方法

單片機中斷多優先級的軟件擴展方法

摘要：為了解決MCS-51系列單片機只能由IP寄存器設定兩級優先級的問題，文中給出了利用軟件對中斷優先級進行擴展的方法，同時給出了高于兩個優先級的多優先級軟件擴展程序。

    關鍵詞：單片機；中斷；優先級；寄存器

１　引言

所謂中斷是指當ＣＰＵ正在處理某件事情的時候，外部發生的某一事件（如一個電平的變化，一個脈沖沿的發生或定時器計數溢出等）請求ＣＰＵ迅速去處理，于是ＣＰＵ暫時中止當前的工作，轉去處理所發生的事件。中斷服務處理完該事件以后，再回到原來被中止的地方繼續原來的工作，這樣的一個過程稱之為中斷。以８０５１為例，中斷系統含有５個中斷源，分別是外部中斷０請求（ＩＮＴ０），外部中斷１請求（ＩＮＴ１），定時／計數器０溢出中斷請求（Ｔ０），定時／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個中斷源，就有可能出現數個中斷源同時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為每個中斷源確定ＣＰＵ對其的響應順序。然而，對于中斷優先級寄存器ＩＰ來說，只可能設定兩級優先，即控制位為１時對應的中斷源為高級中斷，反之，控制位為０時對應的為低級中斷。這樣就出現一個問題：如果一個中斷正在執行，如何才能讓它響應同級甚至是低級中斷請求呢？

２　中斷多優先級的擴展

根據８０５１的結構特點，其中斷系統中含有兩個不可尋址的“優先級生效”觸發器。一個用于指出ＣＰＵ是否正在執行高優先級的中斷服務程序，這個觸發器為１時，系統將屏蔽所有的中斷請求；另一個則指出ＣＰＵ是否正在執行低優先級中斷服務程序，該觸發器為１時，將阻止除高優先級以外的一切中斷請求。由此可見，若要響應同級甚至是低級中斷請求，必須使得該“優先級生效”觸發器清零。但該觸發器又是不可尋址的，所以無法用軟件直接清零。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，一方面清除中斷響應時所置位的“優先級生效”觸發器，另一方面可從當前棧頂彈出斷點地址送入程序計數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（開放外部中斷１及總控制位），ＩＰ＝０４Ｈ?設定ＩＮＴ１為高優先級?正在執行外部中斷１服務子程序為例來進行說明。如欲響應串行口中斷，也就是要實現高級中斷源響應低級中斷源，設計時可加入如下代碼而無須改變ＩＰ寄存器的內容：

ＰＵＳＨ ＩＥ ；ＩＥ內容入棧保護

ＭＯＶ ＩＥ ， ＃１００１００００Ｂ ；開放串行口中斷

ＣＡＬＬ ＰＰ ；繼續執行原中斷子程序，但可

隨時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）的軟件實現方法。但是， ８０５１系統共含有５個中斷源，因此必須解決同優先級中斷之間的嵌套問題，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 ；開放所有中斷

ＭＯＶ ＩＰ，＃０３Ｈ ；設定ＩＮＴ０、Ｔ０為高優先級

ＳＪＭＰ ＄

Ｘ０： ＰＵＳＨ ＤＰＬ

ＰＵＳＨ ＤＰＨ

ＭＯＶ ＤＰＴＲ，＃Ｘ０ＲＬ

ＰＵＳＨ ＤＰＬ

ＰＵＳＨ ＤＰＨ

ＲＥＴＩ ；（ＰＣ）＝Ｘ０ＲＬ，清＂高優先級生效＂

觸發器，此時可響應其它中斷請求

Ｘ０ＲＬ：· ；ＩＮＴ０子程序的真實入口地址

·

·

·

ＰＯＰ ＤＰＨ

ＰＯＰ ＤＰＬ

ＲＥＴＩ

Ｔ０： ＰＵＳＨ ＤＰＬ

ＰＵＳＨ ＤＰＨ

ＭＯＶ ＤＰＴＲ，＃Ｔ０ＲＬ

ＰＵＳＨ ＤＰＬ

ＰＵＳＨ ＤＰＨ

ＲＥＴＩ ；（ＰＣ）＝Ｔ０ＲＬ，清＂高優先級生效＂

觸發器，此時可響應其它中斷請求

Ｔ０ＲＬ： · ；Ｔ０子程序的真實入口地址

·

·

·

ＰＯＰ ＤＰＨ

ＰＯＰ ＤＰＬ

ＲＥＴＩ

Ｘ１： ＰＵＳＨ ＤＰＬ

ＰＵＳＨ ＤＰＨ

ＭＯＶ ＤＰＴＲ，＃Ｘ１ＲＬ

ＰＵＳＨ ＤＰＬ

ＰＵＳＨ ＤＰＨ

ＲＥＴＩ ；（ＰＣ）＝Ｘ１ＲＬ，清“高優先級生效”

觸發器，此時可響應其它中斷請求

Ｘ１ＲＬ： · ；ＩＮＴ１子程序的真實入口地址

·

·

·

ＰＯＰ ＤＰＨ

ＰＯＰ ＤＰＬ

ＲＥＴＩ

Ｔ１： ＰＵＳＨ ＤＰＬ

ＰＵＳＨ ＤＰＨ

ＭＯＶ ＤＰＴＲ，＃Ｔ１ＲＬ

ＰＵＳＨ ＤＰＬ

ＰＵＳＨ ＤＰＨ

ＲＥＴＩ ；（ＰＣ）＝Ｔ１ＲＬ，清＂高優先級生效＂

觸發器，此時可響應其它中斷請求

Ｔ１ＲＬ： · ；Ｔ１子程序的真實入口地址

·

·

·

ＰＯＰ ＤＰＨ

ＰＯＰ ＤＰＬ

ＲＥＴＩ

ＳＳ： ＰＵＳＨ ＤＰＬ

ＰＵＳＨ ＤＰＨ

ＭＯＶ ＤＰＴＲ，＃ＳＳＲＬ

ＰＵＳＨ ＤＰＬ

ＰＵＳＨ ＤＰＨ

ＲＥＴＩ ；（ＰＣ）＝ＳＳＲＬ，清＂高優先級生效＂

觸發器，此時可響應其它中斷請求

ＳＳＲＬ： · ；串行口子程序的真實入口地址

·

·

·

ＰＯＰ ＤＰＨ

ＰＯＰ ＤＰＬ

ＲＥＴＩ

上述程序利用ＩＰ寄存器給出了兩級優先級，其中ＩＮＴ０、Ｔ０為高優先級，ＩＮＴ１、Ｔ１串行口為低優先級。為使某中斷能響應同級甚至低級中斷，只要在中斷服務子程序中用ＲＥＴＩ指令清除相應的不可尋址的“優先級生效”觸發器即可。程序一開始的兩條ＰＵＳＨ指令的作用是對原始數據進行入棧保護（如此時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），然后將其真實子程序入口地址入棧，并經ＲＥＴＩ出棧后彈給ＰＣ指針，以便在執行完ＲＥＴＩ后正確執行真實子程序。當該中斷服務子程序執行完畢后，ＲＥＴＩ將返回主程序斷點處以繼續執行原來程序。

４　結束語

本文所闡述的多優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，便可進行各種中斷嵌套（如同優先級響應或高優先級響應低優先級等）。此方法的代價是要花費更多的中斷響應時間，但相對于添加硬件擴展的方法而言，這點代價還是值得的。

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