单片机–中断实验

一、处理器的处理模式：

举例：

cortex-M核的工作模式：
        异常模式、线程模式

cortex-A核的工作模式

        ARM-V7架构设计的A核的工作模式：

        非特权模式：user模式

        特权模式：
                非异常模式：sys模式
                异常模式：IRQ(普通异常中断模式)、FIQ(快速中断异常模式)、SVC(超级管理异常模式)、ABT(终止访问模式)、UDF(未定义模式)

        ARM-V8架构设计的A核的工作模式：MON（安全监管模式）HYP(虚拟化技术模式)

二、异常处理流程

1、基本思路：

1、按下key1，打断while中的逻辑（while（1）{执行获取空气温度湿度数值并打印在串口工具上}）

2、cpu自动保存现场

3、key1对应的函数（如果按下按键，LED1点亮；如果按键抬起，LED1熄灭）

4、程序员手动恢复现场

2、异常源

异常源是指触发处理器执行异常事件对应的处理逻辑的集合

异常源下支持很多异常事件

1、5种异常模式应对了7种异常源

2、每种异常模式下存在很多异常事件（异常源就是很多异常事件的集合）

3、SVC模式下复位异常源的优先级等级最高，处理器优先处理

2/1自动保存现场（CPU自动完成）

自动保存现场需要做4件事（4大步3小步）：

1、将CPSR寄存器中的值保存到SPSR_寄存器中

2、修改CPSR寄存器中的位：

        2.1修改CPSR的I位/F位（作用：选择是否屏蔽IRQ模式/FIQ模式）

        2.2修改CPSR的T位（作用：选择是否使用ARM汇编指令集/Thumb汇编指令集）

        2.3修改CPSR的M位（作用：进入到对应的异常模式下）

3、将函数返回地址保存到LR寄存器中

4、PC会指向异常向量表

2/2手动恢复现场（程序员手动完成）

将SPSR_寄存器中的值恢复给CPSR寄存器。

将LR寄存器中的值赋给PC寄存器

2/3异常向量表

异常向量表：就是异常源的集合

当产生异常事件后，处理器会检测属于哪个异常源，异常源有各自的内存空间地址，由处理器寻址查找。

异常向量表占32个字节的内存空间，每种异常源分配4个字节的空间，还有4个字节空间作为保留。

引入异常向量表的原因：

由于异常触发后，最终需要执行异常处理函数；

函数，当开发板/系统上电复位后，函数的地址、参数的地址、变量的地址可能会发生改变;

cpu 无法知道变化后的地址；

需要固定一片内存空间地址，用于引导CPU找到最后的异常处理函数；

ARM 公司开发并生产内核，固定一片32个字节的地址空间，专门用于存放各个异常源的地址，即异常向量表

2/4 基本思路

1、按键中断触发   main函数（while（1）{执行获取空气温度湿度数值并打印在串口工具上}）

2、自动保护现场（异常向量表）
3、IRQ异常源对应的异常函数（按键/定时器/ 串口 中断异常处理函数接口）
4、接口对应的按键中断异常处理函数

2/5汇编代码模拟异常处理流程

.text        

.global _start        
    
    _start:            
        @ 构建异常向量表
        b reset_handler
        b undefined_handler
        b swi_handler
        b prefetch_handler
        b data_handler
        b .    @ 占4个字节空间操作
        b irq_handler
        b fiq_handler

reset_handler:
    @ 为SVC模式下的SP寄存器给定一个内存空间地址
    ldr sp, =0x40000820
    
    @ 从SVC模式切换到User模式下，执行用户代码
    msr cpsr, #0xD0
    
    @ 用户代码，以下相当于main函数
    mov r0, #0x1
    mov r1, #0x2
    
    @ 软中断异常事件触发
    @ swi 2这条汇编指令执行完毕后，需要看到的效果
    @ 1、CPSR寄存器中的值是否被保存到SPSR寄存器中
    @ 2、CPSR寄存器中的值是否被改变（IFTM位）
    @ 3、LR寄存器中是否保存函数的返回地址
    @ 4、PC是否指向异常向量表中软中断异常源的地址
    swi 2
    
    add r2, r1, r0
    

undefined_handler:

swi_handler:
    @ 压栈保存现场，保存局部变量和函数返回地址
    stmfd sp!, {r0-r1, lr}
    
    @ 软中断异常源下第一个异常事件的处理函数
    mov r0, #0xff
    mov r1, #0xee
    add r2, r1, r0
    
    @ 出栈恢复现场，恢复局部变量和函数返回地址
    @ 还需要恢复SPSR寄存器中的值给到CPSR寄存器
    @ ^的作用：用于将SPSR寄存器中的值赋值给CPSR寄存器
    ldmfd sp!, {r0-r1, pc}^
    
prefetch_handler:

data_handler:

irq_handler:

fiq_handler:
    
    
    stop:            
        
        b stop        
.end        
    

当CPU执行逻辑，跳转到异常向量表。

CPU仅仅能识别异常向量表中，对应的异常源的固定地址，根据固定地址跳转。

三、分析按键电路图

key1-pc9

key2-pc8

key3-pc5

四、分析芯片手册

EXTI：外部中断和事件控制器

NVIC：嵌套向量中断控制器

嵌套：中断的嵌套，中断具备优先级等级，高优先级等级的中断信号可以打断低优先级的中断的信号。

向量：所有异常中断由异常向量表统一管理

使用cortex-M核（MCU），中断处理一般使用EXIT + NVIC 来实现

使用cortex-A核（MPU），中断处理一般使用EXTI +GIC(GICC+CPID) 来实现

了解

GIC（Generic Interrupt Controller，通用中断控制器）
GICC（Generic Interrupt Controller CPU Interface，通用中断控制器 CPU 接口）：它是 GIC 架构中与 CPU 核直接交互的部分，负责将中断信号从 GIC 的分发器（GICD）传递到 CPU 核。
CPID（Component Part ID，组件部件 ID）：它是 GIC（包括 GICC）内部的一个标识寄存器，用于标识硬件组件的版本和型号信息。
GICC 是 GIC 中连接 CPU 核的 “桥梁”，而 CPID 是 GICC 硬件的 “身份标识”，用于软件识别硬件版本。

4.1EXTI章节介绍