RT-Thread-基于RT-Thread+RA6M4的虚拟仪器开发:第四章中断介绍RT-Thread问答社区

基于RT-Thread+RA6M4的虚拟仪器开发:第四章中断介绍

发布于 2022-07-07 14:52:41 浏览：620 订阅该版

[TOC]
# 第四章中断介绍
## 前言
中断作为MCU的核心重点内容之一,必须对其底层细节完全了解，这样才能进行后面的开发。对于传统的裸机MCU程序开发,就是一个前后台系统,即大循环+中断的架构，对于基于RTOS的系统,要了解其底层机制,调度等,也必须要先了解芯片的中断机制。本章就讲讲本芯片的中断。
该芯片使用的是CORTEX-M33内核,所以需要了解该内核的NVIC。另外该芯片在此基础上有一个ICU模块进行中断管理。所以参考的就是CORTEX-M33的架构手册和本芯片的手册。
代码见
https://gitee.com/qinyunti/ra6m4
## 中断向量表
对于MCU中断,首先要理解的就是中断向量表:产生中断时硬件控制程序自动跳到指定的地址处执行，中断向量表就是这个指定的地址表,这个表放的位置一般是固定的,或者通过寄存器比如VTOR指定。

我们通过链接脚本可以看到  
```
KEEP(*(.fixed_vectors*))
KEEP(*(.application_vectors*))
```
```
#define BSP_SECTION_FIXED_VECTORS          ".fixed_vectors"
#define BSP_SECTION_APPLICATION_VECTORS    ".application_vectors"
```
固定的中断向量如下
```
/* Vector table. */
BSP_DONT_REMOVE const exc_ptr_t __Vectors[BSP_CORTEX_VECTOR_TABLE_ENTRIES] BSP_PLACE_IN_SECTION(
    BSP_SECTION_FIXED_VECTORS) =
{
    (exc_ptr_t) (&g_main_stack[0] + BSP_CFG_STACK_MAIN_BYTES), /*      Initial Stack Pointer     */
    Reset_Handler,                                             /*      Reset Handler             */
    NMI_Handler,                                               /*      NMI Handler               */
    HardFault_Handler,                                         /*      Hard Fault Handler        */
    MemManage_Handler,                                         /*      MPU Fault Handler         */
    BusFault_Handler,                                          /*      Bus Fault Handler         */
    UsageFault_Handler,                                        /*      Usage Fault Handler       */
    SecureFault_Handler,                                       /*      Secure Fault Handler      */
    0,                                                         /*      Reserved                  */
    0,                                                         /*      Reserved                  */
    0,                                                         /*      Reserved                  */
    SVC_Handler,                                               /*      SVCall Handler            */
    DebugMon_Handler,                                          /*      Debug Monitor Handler     */
    0,                                                         /*      Reserved                  */
    PendSV_Handler,                                            /*      PendSV Handler            */
    SysTick_Handler,                                           /*      SysTick Handler           */
};
```
用户的中断向量如下在`vector_data.c`中
```
/* generated vector source file - do not edit */
        #include "bsp_api.h"
        /* Do not build these data structures if no interrupts are currently allocated because IAR will have build errors. */
        #if VECTOR_DATA_IRQ_COUNT > 0
        BSP_DONT_REMOVE const fsp_vector_t g_vector_table[BSP_ICU_VECTOR_MAX_ENTRIES] BSP_PLACE_IN_SECTION(BSP_SECTION_APPLICATION_VECTORS) =
        {
                        [0] = sci_uart_rxi_isr, /* SCI7 RXI (Received data full) */
            [1] = sci_uart_txi_isr, /* SCI7 TXI (Transmit data empty) */
            [2] = sci_uart_tei_isr, /* SCI7 TEI (Transmit end) */
            [3] = sci_uart_eri_isr, /* SCI7 ERI (Receive error) */
            [4] = r_icu_isr, /* ICU IRQ0 (External pin interrupt 0) */
        };
        const bsp_interrupt_event_t g_interrupt_event_link_select[BSP_ICU_VECTOR_MAX_ENTRIES] =
        {
            [0] = BSP_PRV_IELS_ENUM(EVENT_SCI7_RXI), /* SCI7 RXI (Received data full) */
            [1] = BSP_PRV_IELS_ENUM(EVENT_SCI7_TXI), /* SCI7 TXI (Transmit data empty) */
            [2] = BSP_PRV_IELS_ENUM(EVENT_SCI7_TEI), /* SCI7 TEI (Transmit end) */
            [3] = BSP_PRV_IELS_ENUM(EVENT_SCI7_ERI), /* SCI7 ERI (Receive error) */
            [4] = BSP_PRV_IELS_ENUM(EVENT_ICU_IRQ0), /* ICU IRQ0 (External pin interrupt 0) */
        };
        #endif
```
用户中断紧挨着固定中断。

如果要添加用户自己的中断服务函数,需要在`vector_data.h`添加函数申明
`vector_data.c`的`g_vector_table`数组中添加中断服务函数,指定`g_interrupt_event_link_select`。
`IELSR`的配置值对应的中断实际通过`BSP_PRV_IELS_ENUM`这个宏进行定义和手册对应。

## ICU与用户中断指定
参见《RA6M4 Group User’s Manual: Hardware》的《13. Interrupt Controller Unit (ICU)》
该芯片有个特点除了前面固定的中断向量外,从16开始的中断可以通过ICU去选择对应的是什么中断。

中断选择
根据《13.3 Vector Table》
从16号中断开始通过ICU.IELSRn去选择中断源

![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20220707/2ceb49b0d3589bdcb2afab59655d210e.png.webp)
中断源参见《Table 13.4 Event table》

比如ICU.IELSR0~3分别是0x1AA~0x1AD

![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20220707/f077c4d76c2f4445981cd12591f9ad62.png.webp)
对应的是SCI7的中断

![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20220707/6d7e94c6d4329d1d6d47574c1163fab1.png.webp)

对应的正是`g_interrupt_event_link_select`这个表格。
NVIC
见https://developer.arm.com/documentation/ddi0553/bs/?lang=en
实际ARM的CMSIS标准对NVIC的操作提供了标准的接口，
位于`\CPKRA6M4\ra\arm\CMSIS_5\CMSIS\Core\Include`下
两个主要的接口如下
### 设置优先级组
```
NVIC_SetPriorityGrouping
__STATIC_INLINE void __NVIC_SetPriorityGrouping(uint32_t PriorityGroup)
{
  uint32_t reg_value;
  uint32_t PriorityGroupTmp = (PriorityGroup & (uint32_t)0x07UL);             /* only values 0..7 are used          */

reg_value  =  SCB->AIRCR;                                                   /* read old register configuration    */
  reg_value &= ~((uint32_t)(SCB_AIRCR_VECTKEY_Msk | SCB_AIRCR_PRIGROUP_Msk)); /* clear bits to change               */
  reg_value  =  (reg_value                                   |
                ((uint32_t)0x5FAUL << SCB_AIRCR_VECTKEY_Pos) |
                (PriorityGroupTmp << SCB_AIRCR_PRIGROUP_Pos)  );              /* Insert write key and priority group */
  SCB->AIRCR =  reg_value;
}
```

![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20220707/9e0a41aa963c0cdfb58509c8f91dd059.png.webp)

![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20220707/4cb300ab764a14d0bff002ea22f25c21.png.webp)
可以通过仿真器查看对应内存之去查看寄存器的值。

### 中断使能
```
  #define NVIC_EnableIRQ              __NVIC_EnableIRQ
/**
  \brief   Enable Interrupt
  \details Enables a device specific interrupt in the NVIC interrupt controller.
  \param [in]      IRQn  Device specific interrupt number.
  \note    IRQn must not be negative.
 */
__STATIC_INLINE void __NVIC_EnableIRQ(IRQn_Type IRQn)
{
  if ((int32_t)(IRQn) >= 0)
  {
    __COMPILER_BARRIER();
    NVIC->ISER[(((uint32_t)IRQn) >> 5UL)] = (uint32_t)(1UL << (((uint32_t)IRQn) & 0x1FUL));
    __COMPILER_BARRIER();
  }
}
```

![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20220707/b1d381b2816524c7ac463f1ac196c111.png.webp)
### 中断号
`__NVIC_EnableIRQ`等接口中要传入中断号参数,在添加了用户中断服务函数后,需要对应其中断号
`\CPKRA6M4\ra\fsp\src\bsp\mcu\all\bsp_arm_exceptions.h`中定义
用户中断从0开始,比如SCI7_RXI_IRQn         = 0,
对应的就是`g_vector_table`这个表的第0个中断服务函数,对应的就是
`g_interrupt_event_link_select`这个表的第0个中断源选择寄存器。
`__NVIC_EnableIRQ(SCI7_RXI_IRQn)`就可以使能该中断。
```
/* This list includes only Arm standard exceptions. Renesas interrupts are defined in vector_data.h. */
typedef enum IRQn
{
    Reset_IRQn            = -15,       /*  1 Reset Vector invoked on Power up and warm reset */
    NonMaskableInt_IRQn   = -14,       /*  2 Non maskable Interrupt cannot be stopped or preempted */
    HardFault_IRQn        = -13,       /*  3 Hard Fault all classes of Fault */
    MemoryManagement_IRQn = -12,       /*  4 Memory Management MPU mismatch, including Access Violation and No Match */
    BusFault_IRQn         = -11,       /*  5 Bus Fault Pre-Fetch-, Memory Access, other address/memory Fault */
    UsageFault_IRQn       = -10,       /*  6 Usage Fault i.e. Undef Instruction, Illegal State Transition */
    SecureFault_IRQn      = -9,        /*  7 Secure Fault Interrupt */
    SVCall_IRQn           = -5,        /* 11 System Service Call via SVC instruction */
    DebugMonitor_IRQn     = -4,        /* 12 Debug Monitor */
    PendSV_IRQn           = -2,        /* 14 Pendable request for system service */
    SysTick_IRQn          = -1,        /* 15 System Tick Timer */
    SCI7_RXI_IRQn         = 0,
    SCI7_TXI_IRQn         = 1,
    SCI7_TEI_IRQn         = 2,
    SCI7_ERI_IRQn         = 3,
    ICU_IRQ0_IRQn         = 4,
    SCI6_RXI_IRQn         = 5,
    SCI6_TXI_IRQn         = 6,
    SCI6_TEI_IRQn         = 7,
    SCI6_ERI_IRQn         = 8,
    SCI6_AM_IRQn          = 9,
} IRQn_Type;
```
### 中断向量地址设置
`SystemInit`中
`SCB->VTOR = (uint32_t) &__Vectors;`
`__Vectors`正是固定中断向量的地址。
`BSP_PLACE_IN_SECTION(
BSP_SECTION_FIXED_VECTORS)`并放在了
`.fixed_vectors*`段,即FLASH的开头。
```
/* Vector table. */
BSP_DONT_REMOVE const exc_ptr_t __Vectors[BSP_CORTEX_VECTOR_TABLE_ENTRIES] BSP_PLACE_IN_SECTION(
    BSP_SECTION_FIXED_VECTORS) =
{
    (exc_ptr_t) (&g_main_stack[0] + BSP_CFG_STACK_MAIN_BYTES), /*      Initial Stack Pointer     */
    Reset_Handler,                                             /*      Reset Handler             */
    NMI_Handler,                                               /*      NMI Handler               */
    HardFault_Handler,                                         /*      Hard Fault Handler        */
    MemManage_Handler,                                         /*      MPU Fault Handler         */
    BusFault_Handler,                                          /*      Bus Fault Handler         */
    UsageFault_Handler,                                        /*      Usage Fault Handler       */
    SecureFault_Handler,                                       /*      Secure Fault Handler      */
    0,                                                         /*      Reserved                  */
    0,                                                         /*      Reserved                  */
    0,                                                         /*      Reserved                  */
    SVC_Handler,                                               /*      SVCall Handler            */
    DebugMon_Handler,                                          /*      Debug Monitor Handler     */
    0,                                                         /*      Reserved                  */
    PendSV_Handler,                                            /*      PendSV Handler            */
    SysTick_Handler,                                           /*      SysTick Handler           */
};
```
## 中断的配置
1. 初始化时调用
``SystemInit`调用`bsp_irq_cfg`，该函数中会根据表`g_interrupt_event_link_select`配置`R_ICU->IELSR`寄存器。
这样就设置了某个中断号对应的是哪一个外设中断。
所以我们只需要修改`g_interrupt_event_link_select`这个表即可,要和数组的序号对应。
2. 在`\CPKRA6M4\ra\fsp\src\bsp\mcu\all\bsp_arm_exceptions.h`中定义中断号
和`g_interrupt_event_link_select`的数组下标对应

3. `vector_data.c`中`g_vector_table`中添加中断服务函数,
   在`vector_data.h`中申明中断服务函数,在用户代码中实现终端服务函数。
4. 调用`NVIC_SetPriorityGrouping`
设置中断优先级组,调用一次即可
5. 调用`NVIC_EnableIRQ` 使能中断,参数是`bsp_arm_exceptions.h`中定义的中断号,与`g_vector_table`的下标对应。

## 中断的调试
分析思路如下:
比如串口

- 先确认模块初始化正确,通过仿真器查看模块寄存器是否配置对。

- 确认中断标志是否置位,再看中断是否使能,查看SCI寄存器的SSR。

- 再看中断向量表是否配置好,中断源选择配置是不是对。查看ICU的IELSR寄存器。

- 确认外设中断有没有产生 查看ICU的IELSR寄存器的bit16是否置位。

- 再看NVIC中断是否使能，查看NVIC的ISER寄存器。

## 总结
一般要了解芯片的中断,需要从其芯片的架构手册去了解,比如我们这里的《arm_cortex_m33_trm_100230_0100_03_en.pdf》和《DDI0553B_s_armv8m_arm.pdf》
以及芯片本身的手册中关于中断的描述,比如这里的《RA6M4 Group User’s Manual: Hardware》的《13. Interrupt Controller Unit (ICU)》
通过手册描述,结合仿真器去分析底层的细节,是嵌入式开发必备的技能。