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單片機(jī)中斷多優(yōu)先級(jí)的軟件擴(kuò)展方法
摘要：為了解決MCS-51系列單片機(jī)只能由IP寄存器設(shè)定兩級(jí)優(yōu)先級(jí)的問(wèn)題，文中給出了利用軟件對(duì)中斷優(yōu)先級(jí)進(jìn)行擴(kuò)展的方法，同時(shí)給出了高于兩個(gè)優(yōu)先級(jí)的多優(yōu)先級(jí)軟件擴(kuò)展程序。關(guān)鍵詞：單片機(jī)；中斷；優(yōu)先級(jí)；寄存器
１ 引言
所謂中斷是指當(dāng)ＣＰＵ正在處理某件事情的時(shí)候，外部發(fā)生的某一事件（如一個(gè)電平的變化，一個(gè)脈沖沿的發(fā)生或定時(shí)器計(jì)數(shù)溢出等）請(qǐng)求ＣＰＵ迅速去處理，于是ＣＰＵ暫時(shí)中止當(dāng)前的工作，轉(zhuǎn)去處理所發(fā)生的事件。中斷服務(wù)處理完該事件以后，再回到原來(lái)被中止的地方繼續(xù)原來(lái)的工作，這樣的一個(gè)過(guò)程稱之為中斷。以８０５１為例，中斷系統(tǒng)含有５個(gè)中斷源，分別是外部中斷０請(qǐng)求（ＩＮＴ０），外部中斷１請(qǐng)求（ＩＮＴ１），定時(shí)／計(jì)數(shù)器０溢出中斷請(qǐng)求（Ｔ０），定時(shí)／計(jì)數(shù)器１溢出中斷請(qǐng)求（Ｔ１）以及串行口中斷請(qǐng)求（Ｔｘ／Ｒｘ）。既然系統(tǒng)含有５個(gè)中斷源，就有可能出現(xiàn)數(shù)個(gè)中斷源同時(shí)提出中斷請(qǐng)求的情況，這樣，設(shè)計(jì)人員必須事先根據(jù)它們的輕重緩急來(lái)為每個(gè)中斷源確定ＣＰＵ對(duì)其的響應(yīng)順序。然而，對(duì)于中斷優(yōu)先級(jí)寄存器ＩＰ來(lái)說(shuō)，只可能設(shè)定兩級(jí)優(yōu)先，即控制位為１時(shí)對(duì)應(yīng)的中斷源為高級(jí)中斷，反之，控制位為０時(shí)對(duì)應(yīng)的為低級(jí)中斷。這樣就出現(xiàn)一個(gè)問(wèn)題：如果一個(gè)中斷正在執(zhí)行，如何才能讓它響應(yīng)同級(jí)甚至是低級(jí)中斷請(qǐng)求呢？
２ 中斷多優(yōu)先級(jí)的擴(kuò)展
根據(jù)８０５１的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，其中斷系統(tǒng)中含有兩個(gè)不可尋址的“優(yōu)先級(jí)生效”觸發(fā)器。一個(gè)用于指出ＣＰＵ是否正在執(zhí)行高優(yōu)先級(jí)的中斷服務(wù)程序，這個(gè)觸發(fā)器為１時(shí)，系統(tǒng)將屏蔽所有的中斷請(qǐng)求；另一個(gè)則指出ＣＰＵ是否正在執(zhí)行低優(yōu)先級(jí)中斷服務(wù)程序，該觸發(fā)器為１時(shí)，將阻止除高優(yōu)先級(jí)以外的一切中斷請(qǐng)求。由此可見(jiàn)，若要響應(yīng)同級(jí)甚至是低級(jí)中斷請(qǐng)求，必須使得該“優(yōu)先級(jí)生效”觸發(fā)器清零。但該觸發(fā)器又是不可尋址的，所以無(wú)法用軟件直接清零。遍歷系統(tǒng)所提供的１１１條指令，只有ＲＥＴＩ可以達(dá)到此目的。該指令可在ＣＰＵ?qǐng)?zhí)行該指令時(shí)，一方面清除中斷響應(yīng)時(shí)所置位的“優(yōu)先級(jí)生效”觸發(fā)器，另一方面可從當(dāng)前棧頂彈出斷點(diǎn)地址送入程序計(jì)數(shù)ＰＣ，從而返回主程序。
３ 軟件擴(kuò)展方法
３．１ 高級(jí)中斷源響應(yīng)低級(jí)中斷源的軟件設(shè)計(jì)
現(xiàn)以當(dāng)前ＩＥ＝８４Ｈ（開放外部中斷１及總控制位），ＩＰ＝０４Ｈ?設(shè)定ＩＮＴ１為高優(yōu)先級(jí)?正在執(zhí)行外部中斷１服務(wù)子程序?yàn)槔齺?lái)進(jìn)行說(shuō)明。如欲響應(yīng)串行口中斷，也就是要實(shí)現(xiàn)高級(jí)中斷源響應(yīng)低級(jí)中斷源，設(shè)計(jì)時(shí)可加入如下代碼而無(wú)須改變ＩＰ寄存器的內(nèi)容：
ＰＵＳＨ ＩＥ ；ＩＥ內(nèi)容入棧保護(hù)
ＭＯＶ ＩＥ ， ＃１００１００００Ｂ ；開放串行口中斷
ＣＡＬＬ ＰＰ ；繼續(xù)執(zhí)行原中斷子程序，但可
隨時(shí)響應(yīng)串行口中斷請(qǐng)求
．．．
ＰＯＰ ＩＥ ；恢復(fù)原ＩＥ內(nèi)容
ＲＥＴＩ
ＰＰ： ＲＥＴＩ
３．２ 同級(jí)中斷源之間的響應(yīng)
上述代碼體現(xiàn)了高級(jí)中斷源（ＩＮＴ１）響應(yīng)低級(jí)中斷源（串行口）的軟件實(shí)現(xiàn)方法。但是， ８０５１系統(tǒng)共含有５個(gè)中斷源，因此必須解決同優(yōu)先級(jí)中斷之間的嵌套問(wèn)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(shè)定ＩＮＴ０、Ｔ０為高優(yōu)先級(jí)
ＳＪＭＰ ＄
Ｘ０： ＰＵＳＨ ＤＰＬ
ＰＵＳＨ ＤＰＨ
ＭＯＶ ＤＰＴＲ，＃Ｘ０ＲＬ
ＰＵＳＨ ＤＰＬ
ＰＵＳＨ ＤＰＨ
ＲＥＴＩ ；（ＰＣ）＝Ｘ０ＲＬ，清＂高優(yōu)先級(jí)生效＂
觸發(fā)器，此時(shí)可響應(yīng)其它中斷請(qǐng)求
Ｘ０ＲＬ：· ；ＩＮＴ０子程序的真實(shí)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(yōu)先級(jí)生效＂
觸發(fā)器，此時(shí)可響應(yīng)其它中斷請(qǐng)求
Ｔ０ＲＬ： · ；Ｔ０子程序的真實(shí)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(yōu)先級(jí)生效”
觸發(fā)器，此時(shí)可響應(yīng)其它中斷請(qǐng)求
Ｘ１ＲＬ： · ；ＩＮＴ１子程序的真實(shí)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(yōu)先級(jí)生效＂
觸發(fā)器，此時(shí)可響應(yīng)其它中斷請(qǐng)求
Ｔ１ＲＬ： · ；Ｔ１子程序的真實(shí)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(yōu)先級(jí)生效＂
觸發(fā)器，此時(shí)可響應(yīng)其它中斷請(qǐng)求
ＳＳＲＬ： · ；串行口子程序的真實(shí)入口地址
·
·
·
ＰＯＰ ＤＰＨ
ＰＯＰ ＤＰＬ
ＲＥＴＩ
上述程序利用ＩＰ寄存器給出了兩級(jí)優(yōu)先級(jí)，其中ＩＮＴ０、Ｔ０為高優(yōu)先級(jí)，ＩＮＴ１、Ｔ１串行口為低優(yōu)先級(jí)。為使某中斷能響應(yīng)同級(jí)甚至低級(jí)中斷，只要在中斷服務(wù)子程序中用ＲＥＴＩ指令清除相應(yīng)的不可尋址的“優(yōu)先級(jí)生效”觸發(fā)器即可。程序一開始的兩條ＰＵＳＨ指令的作用是對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行入棧保護(hù)（如此時(shí)ＤＰＴＲ中的數(shù)據(jù)不需保留，則這兩條壓棧指令也可不要，相應(yīng)的彈棧指令也可不要），然后將其真實(shí)子程序入口地址入棧，并經(jīng)ＲＥＴＩ出棧后彈給ＰＣ指針，以便在執(zhí)行完ＲＥＴＩ后正確執(zhí)行真實(shí)子程序。當(dāng)該中斷服務(wù)子程序執(zhí)行完畢后，ＲＥＴＩ將返回主程序斷點(diǎn)處以繼續(xù)執(zhí)行原來(lái)程序。
４ 結(jié)束語(yǔ)
本文所闡述的多優(yōu)先級(jí)擴(kuò)展方法是純軟件方法，該方法只需在程序中加入為數(shù)不多的相應(yīng)代碼，便可進(jìn)行各種中斷嵌套（如同優(yōu)先級(jí)響應(yīng)或高優(yōu)先級(jí)響應(yīng)低優(yōu)先級(jí)等）。此方法的代價(jià)是要花費(fèi)更多的中斷響應(yīng)時(shí)間，但相對(duì)于添加硬件擴(kuò)展的方法而言，這點(diǎn)代價(jià)還是值得的。
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