s3c2440中断控制器操作

一、ARM中断体系结构
arm有7中异常工作模式

用户模式、快中断模式、管理模式、数据访问终止模式、中断模式、系统模式、未定义指令终止模式。

几种模式有什么不同呢，
1、不同的寄存器
2、不同的权限
3、触发条件

对于不同的寄存器，ARM920T有31个通用的32位寄存器和6个程序状态寄存器。这37个寄存器分为7组，进入某个工作模式时就使用他那组的寄存器。有些寄存器，不同的工作模式下有他的副本，当切换到另一个工作模式时，那个工作模式的寄存器副本将被使用：这些寄存器被称为备份寄存器（图中灰色部分的寄存器）

在ARM状态下，每种工作模式都有16个通用的寄存器和一个（或两个，这取决于不同的工作模式）程序状态寄存器。图中R0-R15可以直接访问，这些寄存器除了R15外都是通用寄存器，即他们既可以保存数据又可以保存地址。另外R13-R15稍有特殊。R13是栈指针寄存器，通常被用来保存栈指针。14被称为程序连接寄存器，当执行BL子程序调用指令时，R14中得到R15（程序计数器PC）的备份。而当发生中断或异常时，对应的R14_svc、R14_irq、R14_fiq、R14_abt、R14_und中保存R15的返回值。

快速中断模式有7个备份寄存器R8-R14，这使得进入快速中断模式执行很大部分程序时，只要不改变R0-R7，不用保存任何寄存器。七种工作模式都有自己独占的寄存器副本R13和R14，这使得每个模式都有自己的栈指针寄存器和连接寄存器。

每种工作模式除了R0-R15外，还有第17个寄存器CPSR，即当前程序状态寄存器。CPSR中一些位被用来标识各种状态，一些位被用来标识当前处于什么工作模式。
如图CPSR

CPSR各位的意义：
（1）T位：置位时，CPU处Thumb状态，否则处于ARM状态
（2）中断禁止位：I位和F位属于中断禁止位。他们被置位时IRQ中断和FIQ中断分别被禁止。
（3）工作模式位：标识CPU当前处于什么工作模式。可以编写这些位，使CPU进入指定的工作模式。
除CPSR外，还有快速中断模式、中断模式、管理模式、数据访问终止模式和未定义指令终止魔兽等5中工作模式都有独占的寄存器SPSR，即程序状态保存寄存器。当切换进入这些工作模式时，在SPSR中保存前一个工作模式的CPSR的值，这样，当返回前一个工作模式时，可以将SPSR中的值恢复到CPSR中。

综上所述，当一个异常发生时，将切换进入相应的工作模式，这时ARM920T CPU核将自动完成如下的事情：
（1）、在异常工作模式的连接寄存器R14中保存前一个工作模式的下一条即将执行指令的地址，对于ARM状态，这个值是当前pc值加4或加8。
（2）、将CPSR的值复制到异常模式的SPSR
（3）、将CPSR的工作模式位设置为这个异常模式对应的工作模式。
（4）、令PC值等于这个异常模式在异常向量表的地址。即跳转去执行异常向量表中的相应的指令。
相反地、从异常工作模式退出返回之前的工作模式时，需要通过软件完成以下事情：
（1）、前面进入异常工作模式时，连接寄存器保存了前一工作模式的一个指令地址，将他减去一个适当的值后赋给PC寄存器。
（2）、将SPSR的值复制回CPSR。

CPSR模式位设置如下图：

二、s3c2440的中断控制器

CPU工作的过程中如何知道各类外设发生了某些不预期的事件呢，比如串口接收到了新数据、USB接口插入了设备、按下了某个按键等。主要有两种方法：
（1）是查询方式：程序循环地查询各设备的状态并作出相应的反应。实现比较简单，常用在功能相对单一的系统中，比如在一个温度检测系统对温度的不断检查。缺点是占用CPU资源，不适用于多任务系统。
（2）、中断方式：当某事件发生时，硬件会设置某个寄存器；CPU在每执行完一个指令时，通过硬件查看这个寄存器，如果发现所关注的时
间发生了，则中断当前程序流程，跳转到一个固定的地址处理这件事，最后返回继续执行被中断的程序。他的实现相对复杂，但是效率很高，是常用的方法。

中断体系外设、内部外设与CPU核的硬件框图：

不论何种CPU，中断的处理是相似的。
（1）、中断控制器汇集各类外设发出的中断信号，然后告诉CPU。
（2）、CPU保存当前程序的运行环境，调用中断服务程序来处理这些中断。
（3）、在ISR中通过读取中断控制器，外设的相关寄存器来识别这是哪个中断，并进行相应的处理。
（4）、清楚中断：通过读写中断控制器和外设的相关寄存器来实现。
（5）、最后恢复被中断程序的运行环境（即上面保存的各个寄存器等），继续执行。

对于不同的CPU而言，中断的处理只是细节的不同。

中断处理框图：

从中断控制器结构图看出
SUBSRCPND和SRCPND寄存器表明有哪些中断被触发，正在等待处理；SUBMASK（INTSUBMASK寄存器）和MASK(INTMASK寄存器)用于屏蔽某些中断。
图中的“Request sources(with sub-register)”表示INT_RXD0、INT_TXD0等中断源（这类中断源S3C2440有15个）。他们不同于“Request sources(without sub-register”。

附图s3c2440异常向量表：

综上所述，使用中断的步骤如下：
（1）设置好中断模式和快速中断模式下的栈：当发生中断IRQ时，CPU进入中断模式，这时使用中断模式下的栈；当发生快速中断时，CPU进入快速中断模式，这时使用快速中断模式下的栈。
（2）准备好中断处理函数。
a、异常向量：
在异常向量表中设置好进入中断模式或快速中断模式时的跳转函数，他们的异常向量分别是0x00000018、0x0000001c。
b、中断服务程序（ISR）
IRQ、FIQ的跳转函数，具体将调用具体中断的服务函数、

对于IRQ，读取INTPND寄存器或INTOFFSET寄存器的值来判断中断源，然后分别处理。
对FIQ，由于只有一个中断可以设为FIQ，无需判断中断源。

c、清除中断：如果不清除中断，则CPU会误以为这个中断又一次发生。

清除中断时从源头开始：首先，需要的话，操作具体外设清除中断信号，比如EINTPEND；其次，清除SUBSRCPND（用到的话）、SRCPND寄存器中的相应的位；最后清除INTPND寄存器中相应的位。
（3）、进入、退出中断模式或快速中断模式时，需要保存、恢复被中断程序的运行环境。
（4）、根据具体中断设置相关外设，比如GPIO中断，需要将相应的引脚功能设置为外部中断、设置中断触发条件等，一些中断有自己的屏蔽寄存器，还要开启它，比如，GPIO的外设中断，EINTMASK。
（5）、对于“Request sources(without sub-register)”的中断，将INTSUBMASK寄存器中相应的位设为0.
（6）、确定使用中断的方式：FIQ或IRQ
a、如果是FIQ，则在INTMOD寄存器中设置相应位为1
b、如果是IRQ，则在RIORITY寄存器中设置优先级
（7）、如果是IRQ，将INTMAK寄存器中相应的位设为0（FIQ不受INITMSK寄存器的控制）。
（8）、设置CPSR寄存器中的I位（对于IRQ）或F位（对于FIQ）为0，使能IRQ或FIQ、

在s3c2440中中断控制器相关的8个寄存器：

1、SUBSRCPND
SUBSRCPND被用来标识INT_RXD0、INT_TXD0等中断是否已经发生，每位对应一个中断。当这些中断发生且没有被INTSUBMSK寄存器屏蔽，则他们的若干位将汇集出现在SRCPND寄存器的一位上，比如、只要INT_RXD0、INT_TXD0或INT_ERR0一个发生且没有被屏蔽，则SRCPND寄存器INT_UART0位被置1.
要清除中断时，往SUBSRCPND中相应的位写1

2、INTSUBMSK
用来屏蔽SUBSRCPND寄存器所标识的中断
3、SRCPND
SRCPND寄存器每一位用来标识一个或一类中断是否已经发生，清除中断时与SUBSRCPND类似。
4、INTMSK
INTMSK寄存器用来屏蔽SRCPND寄存器所标识的中断。
5、INTMOD
当INTMOD寄存器中某位写入1时，它对应的中断被设为FIQ，同一时间里，INTMOD寄存器中只能有一位写入1。
6、PRIORITY
优先级寄存器，有多个中断同时发生时，中断控制器将选出优先级最高的中断源

7、INTPND
经过优先级仲裁器选出优先级最高的中断后，这个中断在INTPND寄存器中相应的位被置1，随后，CPU将进入中断模式处理它。同一时间段里，此寄存器只有一位被置1：在ISR中，可以根据这个位确定是哪个中断。清除中断时，往这个位写1.
8、INTOFFSET寄存器
这个寄存器被用来表示INTPND寄存器中哪个位被置1了，即INTPND寄存器中位【x】位1时，INTOFFSET寄存器的值为x(x为0-31)。
在清除SRCPND、INTPND寄存器时，INTOFFSET寄存器被自动清除。

三、实现按键中断，led灯亮程序

head.S

@******************************************************************************
@ File：head.S
@ 功能：初始化，设置中断模式、管理模式的栈，设置好中断处理函数
@******************************************************************************       

.extern     main
.text
.global _start
_start:
@******************************************************************************
@ 中断向量，本程序中，除Reset和HandleIRQ外，其它异常都没有使用
@******************************************************************************
    b   Reset

@ 0x04: 未定义指令中止模式的向量地址
HandleUndef:
    b   HandleUndef 

@ 0x08: 管理模式的向量地址，通过SWI指令进入此模式
HandleSWI:
    b   HandleSWI

@ 0x0c: 指令预取终止导致的异常的向量地址
HandlePrefetchAbort:
    b   HandlePrefetchAbort

@ 0x10: 数据访问终止导致的异常的向量地址
HandleDataAbort:
    b   HandleDataAbort

@ 0x14: 保留
HandleNotUsed:
    b   HandleNotUsed

@ 0x18: 中断模式的向量地址
    b   HandleIRQ

@ 0x1c: 快中断模式的向量地址
HandleFIQ:
    b   HandleFIQ

Reset:
    ldr sp, =           @ 设置栈指针，以下都是C函数，调用前需要设好栈
    bl  disable_watch_dog   @ 关闭WATCHDOG，否则CPU会不断重启

    msr cpsr_c, #0xd2       @ 进入中断模式
    ldr sp, =           @ 设置中断模式栈指针

    msr cpsr_c, #0xd3       @ 进入管理模式
    ldr sp, =           @ 设置管理模式栈指针，
                            @ 其实复位之后，CPU就处于管理模式，
                            @ 前面的“ldr sp, =”完成同样的功能，此句可省略

    bl  init_led            @ 初始化LED的GPIO管脚
    bl  init_irq            @ 调用中断初始化函数，在init.c中
    msr cpsr_c, #0x5f       @ 设置I-bit=，开IRQ中断

    ldr lr, =halt_loop      @ 设置返回地址
    ldr pc, =main           @ 调用main函数
halt_loop:
    b   halt_loop

HandleIRQ:
    sub lr, lr, #                  @ 计算返回地址
    stmdb   sp!,    { r0-r12,lr }   @ 保存使用到的寄存器
                                    @ 注意，此时的sp是中断模式的sp
                                    @ 初始值是上面设置的3072

    ldr lr, =int_return             @ 设置调用ISR即EINT_Handle函数后的返回地址
    ldr pc, =EINT_Handle            @ 调用中断服务函数，在interrupt.c中
int_return:
    ldmia   sp!,    { r0-r12,pc }^  @ 中断返回, ^表示将spsr的值复制到cpsr

init.c

/*
 * init.c: 进行一些初始化
 */ 

#include "s3c24xx.h"

/*
 * LED1,LED2,LED4对应GPF4、GPF5、GPF6
 */
#define    GPF4_out    (1<<(4*2))
#define    GPF5_out    (1<<(5*2))
#define    GPF6_out    (1<<(6*2))

#define    GPF4_msk    (3<<(4*2))
#define    GPF5_msk    (3<<(5*2))
#define    GPF6_msk    (3<<(6*2))

/*
 * S2,S3,S4对应GPF0、GPF2、GPG3
 */
#define GPF0_eint     (0x2<<(0*2))
#define GPF2_eint     (0x2<<(2*2))
#define GPG3_eint     (0x2<<(3*2))

#define GPF0_msk    (3<<(0*2))
#define GPF2_msk    (3<<(2*2))
#define GPG3_msk    (3<<(3*2))

/*
 * 关闭WATCHDOG，否则CPU会不断重启
 */
void disable_watch_dog(void)
{
    WTCON = ;  // 关闭WATCHDOG很简单，往这个寄存器写0即可
}

void init_led(void)
{
    // LED1,LED2,LED4对应的3根引脚设为输出
    GPFCON &= ~(GPF4_msk | GPF5_msk | GPF6_msk);
    GPFCON |= GPF4_out | GPF5_out | GPF6_out;
}

/*
 * 初始化GPIO引脚为外部中断
 * GPIO引脚用作外部中断时，默认为低电平触发、IRQ方式(不用设置INTMOD)
 */
void init_irq( )
{
    // S2,S3对应的2根引脚设为中断引脚 EINT0,ENT2
    GPFCON &= ~(GPF0_msk | GPF2_msk);
    GPFCON |= GPF0_eint | GPF2_eint;

    // S4对应的引脚设为中断引脚EINT11
    GPGCON &= ~GPG3_msk;
    GPGCON |= GPG3_eint;

    // 对于EINT11，需要在EINTMASK寄存器中使能它
    EINTMASK &= ~(<<);

    /*
     * 设定优先级：
     * ARB_SEL0 = 00b, ARB_MODE0 = 0: REQ1 > REQ3，即EINT0 > EINT2
     * 仲裁器1、6无需设置
     * 最终：
     * EINT0 > EINT2 > EINT11即K2 > K3 > K4
     */
    PRIORITY = (PRIORITY & ((~0x01) | (0x3<<))) | (0x0 << ) ;

    // EINT0、EINT2、EINT8_23使能
    INTMSK   &= (~(<<)) & (~(<<)) & (~(<<));
}

s3c2440.h

/* WOTCH DOG register */
#define     WTCON           (*(volatile unsigned long *)0x53000000)

/* SDRAM regisers */
#define     MEM_CTL_BASE    0x48000000
#define     SDRAM_BASE      0x30000000

/* NAND Flash registers */
#define NFCONF              (*(volatile unsigned int  *)0x4e000000)
#define NFCMD               (*(volatile unsigned char *)0x4e000004)
#define NFADDR              (*(volatile unsigned char *)0x4e000008)
#define NFDATA              (*(volatile unsigned char *)0x4e00000c)
#define NFSTAT              (*(volatile unsigned char *)0x4e000010)

/*GPIO registers*/
#define GPBCON              (*(volatile unsigned long *)0x56000010)
#define GPBDAT              (*(volatile unsigned long *)0x56000014)

#define GPFCON              (*(volatile unsigned long *)0x56000050)
#define GPFDAT              (*(volatile unsigned long *)0x56000054)
#define GPFUP               (*(volatile unsigned long *)0x56000058)

#define GPGCON              (*(volatile unsigned long *)0x56000060)
#define GPGDAT              (*(volatile unsigned long *)0x56000064)
#define GPGUP               (*(volatile unsigned long *)0x56000068)

#define GPHCON              (*(volatile unsigned long *)0x56000070)
#define GPHDAT              (*(volatile unsigned long *)0x56000074)
#define GPHUP               (*(volatile unsigned long *)0x56000078)

/*UART registers*/
#define ULCON0              (*(volatile unsigned long *)0x50000000)
#define UCON0               (*(volatile unsigned long *)0x50000004)
#define UFCON0              (*(volatile unsigned long *)0x50000008)
#define UMCON0              (*(volatile unsigned long *)0x5000000c)
#define UTRSTAT0            (*(volatile unsigned long *)0x50000010)
#define UTXH0               (*(volatile unsigned char *)0x50000020)
#define URXH0               (*(volatile unsigned char *)0x50000024)
#define UBRDIV0             (*(volatile unsigned long *)0x50000028)

/*interrupt registes*/
#define SRCPND              (*(volatile unsigned long *)0x4A000000)
#define INTMOD              (*(volatile unsigned long *)0x4A000004)
#define INTMSK              (*(volatile unsigned long *)0x4A000008)
#define PRIORITY            (*(volatile unsigned long *)0x4A00000c)
#define INTPND              (*(volatile unsigned long *)0x4A000010)
#define INTOFFSET           (*(volatile unsigned long *)0x4A000014)
#define SUBSRCPND           (*(volatile unsigned long *)0x4A000018)
#define INTSUBMSK           (*(volatile unsigned long *)0x4A00001c)

/*external interrupt registers*/
#define EINTMASK            (*(volatile unsigned long *)0x560000a4)
#define EINTPEND            (*(volatile unsigned long *)0x560000a8)

interrupt.c

#include "s3c24xx.h"

void EINT_Handle()
{
    unsigned long oft = INTOFFSET;
    unsigned long val;

    switch( oft )
    {
        // S2被按下
        case :
        {
            GPFDAT |= (0x7<<);   // 所有LED熄灭
            GPFDAT &= ~(<<);      // LED1点亮
            break;
        }

        // S3被按下
        case :
        {
            GPFDAT |= (0x7<<);   // 所有LED熄灭
            GPFDAT &= ~(<<);      // LED2点亮
            break;
        }

        // K4被按下
        case :
        {
            GPFDAT |= (0x7<<);   // 所有LED熄灭
            GPFDAT &= ~(<<);      // LED4点亮
            break;
        }

        default:
            break;
    }

    //清中断
    if( oft ==  )
        EINTPEND = (<<);   // EINT8_23合用IRQ5
    SRCPND = <<oft;
    INTPND = <<oft;
}

main.c

int main()
{
    while();
    return ;
}

Makefile

objs := head.o init.o interrupt.o main.o

int.bin: $(objs)
    arm-linux-ld -Ttext 0x00000000 -o int_elf $^
    arm-linux-objcopy -O binary -S int_elf $@
    arm-linux-objdump -D -m arm int_elf > int.dis

%.o:%.c
    arm-linux-gcc -Wall -O2 -c -o $@ $<

%.o:%.S
    arm-linux-gcc -Wall -O2 -c -o $@ $<

clean:
    rm -f int.bin int_elf int.dis *.o