浅谈ARM Cortex-M0/M0+ 中的中断抢占问题

发表于 2016/2/3 10:19:49 阅读（10583）

Cortex-M0/M0+, M3/M4 中的中断控制器英文名叫做NVIC，Nested Vectored Interrupt Controller，翻译过来就是嵌套向量中断控制器，所谓中断嵌套是指当正在执行一个中断服务程序时，这时如果来了优先级更高的中断，新来的中断会打断原来还没有处理完的中断服务程序，等新中断处理完毕之后再回到原中断服务继续处理。

下面让我们在Kinetis KL26芯片上来实际操作一把吧。KL26芯片为ARM Cortex M0+内核。

硬件：FRDM_KL26Z

软件：FRDM-KL26Z_SC_Rev_1.0 + IAR7.4

1）先做第一个实验：程序中开启了两个定时器，一个为TPM2，周期10ms，另外一个PIT，周期1s。TPM2中断中断里打印一个字符X，PIT中断里while(1)循环，不断打印~~~~~~~。

int main (void) { char ch; printf("\n\r\n\r*** Running the NVIC_Test project ***\n\r"); enable_irq(INT_TPM2-16); init_TPM2(); enable_irq(INT_PIT-16); init_PIT(); while(1) { ch = in_char(); out_char(ch); } } /* 10 ms */ void init_TPM2(void) { SIM_SCGC6 |= (SIM_SCGC6_TPM2_MASK ); SIM_SOPT2 |= SIM_SOPT2_TPMSRC(1); //input clock source is MCGPLL/2=24MHz TPM2_SC = TPM_SC_DMA_MASK | TPM_SC_PS(3); //Divide by 3M=24M/8 TPM2_CNT = 0; TPM2_MOD = 30000; //timer interrupt triger with 100Hz TPM2_SC |= TPM_SC_TOIE_MASK; // enable Interrupt TPM2_SC |= TPM_SC_CMOD(1); //start the counter } void TPM2_IRQHandler(void) { if (TPM2_SC & TPM_SC_TOF_MASK ) TPM2_SC |= TPM_SC_TOF_MASK; // Clear Flag printf("X"); } /* 1 s */ void init_PIT(void) { SIM_SCGC6 |= SIM_SCGC6_PIT_MASK; PIT_MCR &= ~(1 << PIT_MCR_MDIS_SHIFT); PIT_LDVAL0 = 24000000; // 1 hz PIT_TFLG0 |= PIT_TFLG_TIF_MASK; PIT_TCTRL0 |= PIT_TCTRL_TIE_MASK | PIT_TCTRL_TEN_MASK; } void PIT_IRQHandler(void) { if(PIT_TFLG0 & PIT_TFLG_TIF_MASK) PIT_TFLG0 |= PIT_TFLG_TIF_MASK; // Clear Flag while(1) { printf("~~~~~~~~~~~~~~~"); } }

该实验现象如下：

刚开始一直打印X，也就是不断进入TPM2中断服务，然后就一直打印~，即进到PIT中断里，就再也出不来了。

出现该现象的原因是：TPM2和PIT的中断优先级是一样的（默认都是0），所以当进入到PIT中断服务后，由于while(1)原因，即使TPM2中断来了也无法响应。

2）让我们做第二个实验，加入优先级设置，将TPM2 的优先级设置为1，PIT的优先级设置为2。数字越小，表示优先级越高。

enable_irq(INT_TPM2-16); set_irq_priority(INT_TPM2-16,1); init_TPM2(); enable_irq(INT_PIT-16); set_irq_priority(INT_PIT-16,2); init_PIT();

理论来说TPM2中断会打算PIT中断，可是当我们观察实验现象时却发现，还是一直在PIT中断里，和第一个试验想象没有区别。

这到底是怎么回事？？？理论与实际不符啊！！！！！

经过调试才发现，原来是代码里的set_irq_priority 函数压根就没起作用，有图为证：

这是调用set_irq_priority 函数之前的寄存器值：

这是执行完set_irq_priotiy 函数之后的寄存器值：

该函数为什么不起作用呢？问题出在最后两条语句上，原因在于Cortex-M0/M0+ 中的NVIC寄存器只支持字传输，不能单字节的去操作。

void set_irq_priority (int irq, int prio) { /*irq priority pointer*/ uint8 *prio_reg; uint8 err = 0; uint8 div = 0; /* Make sure that the IRQ is an allowable number. Right now up to 32 is * used. * * NOTE: If you are using the interrupt definitions from the header * file, you MUST SUBTRACT 16!!! */ if (irq > 32) { printf("\nERR! Invalid IRQ value passed to priority irq function!\n"); err = 1; } if (prio > 3) { printf("\nERR! Invalid priority value passed to priority irq function!\n"); err = 1; } if (err != 1) { /* Determine which of the NVICIPx corresponds to the irq */ div = irq / 4; prio_reg = (uint8 *)((uint32)&NVIC_IP(div)); /* Assign priority to IRQ */ *prio_reg = ( (prio&0x3) << (8 - ARM_INTERRUPT_LEVEL_BITS) ); } }

针对这个问题，有两种途径去解决：

1）修改set_irq_priority 函数，这个写法不唯一，有一点必须注意的是必须按字操作，也就是一下写四字节数据。

void set_irq_priority (int irq, int prio) { /*irq priority pointer*/ //uint8 *prio_reg; uint32 prio_reg; // wenxue uint8 err = 0; uint8 div = 0; /* Make sure that the IRQ is an allowable number. Right now up to 32 is * used. * * NOTE: If you are using the interrupt definitions from the header * file, you MUST SUBTRACT 16!!! */ if (irq > 32) { printf("\nERR! Invalid IRQ value passed to priority irq function!\n"); err = 1; } if (prio > 3) { printf("\nERR! Invalid priority value passed to priority irq function!\n"); err = 1; } if (err != 1) { /* Determine which of the NVICIPx corresponds to the irq */ div = irq / 4; // prio_reg = (uint8 *)((uint32)&NVIC_IP(div)); prio_reg = *(uint32 *)((uint32)&NVIC_IP(div)); prio_reg = prio_reg & ( ~(0xFFUL << ((irq & 0x03UL) * 8UL)) ); prio_reg = prio_reg | (((prio << (8 - 2)) & (uint32_t)0xFFUL) << ((irq & 0x03UL) * 8UL) ); *(uint32 *)((uint32)&NVIC_IP(div)) =prio_reg ; } }

2) 最简单最可靠的是调用CMSIS 标准接口函数NVIC_SetPriority

void NVIC_SetPriority(IRQn_Type IRQn, uint32_t priority) { if((int32_t)(IRQn) < 0) { SCB->SHP[_SHP_IDX(IRQn)] = ((uint32_t)(SCB->SHP[_SHP_IDX(IRQn)] & ~(0xFFUL << _BIT_SHIFT(IRQn))) | (((priority << (8 - __NVIC_PRIO_BITS)) & (uint32_t)0xFFUL) << _BIT_SHIFT(IRQn))); } else { NVIC->IP[_IP_IDX(IRQn)] = ((uint32_t)(NVIC->IP[_IP_IDX(IRQn)] & ~(0xFFUL << _BIT_SHIFT(IRQn))) | (((priority << (8 - __NVIC_PRIO_BITS)) & (uint32_t)0xFFUL) << _BIT_SHIFT(IRQn))); } }

修改完set_irq_priority 函数之后，我们观察调试结果，这时优先级确实做了改变