Векторы и обработчики прерываний

Таблица векторов прерываний микроконтроллеров Cortex начинается с адреса 0×4. Каждый из векторов прерываний занимает 4 байта и указывает на начальный адрес каждой конкретной процедуры обработки прерывания. Первые 15 векторов (номера 1−15) — адреса обработки исключительных ситуаций, возникающих в ядре Cortex. Начиная с 16-го вектора, следуют адреса обработки прерываний пользовательских УВВ. Их назначение зависит от каждого конкретного производителя. В программе пользователя таблица векторов приводится в отдельном файле и содержит адреса процедур обработки прерываний (см. рис. 1.7). <

p>В интегрированной среде разработки Keil uVision имеются файлы поддержки оборудования для микроконтроллеров 1986 серии. В этих файлах предопределены векторы и имена обработчиков прерываний. Фрагмент этого списка для системного таймера и IRQ0-IRQ31 приведен в табл. 3.4. Некоторые позиции оставлены незанятыми для использования в прикладных программах пользователя. Напомним, что внесение каких-либо изменений в этот список возможно только в привилегированном режиме.

Таблица 3.4

Таблица имен обработчиков векторных прерываний.

IRQ.	Обработчик прерывания.	Примечание.
SysTick.	SysTick Handler.	Системный таймер
	CAN1 lRQHandler.	Контроллер CAN 1.
	CAN2 lRQHandler.	Контроллер CAN2.
	USB lRQHandler.	Контроллер USB.
	DMA lRQHandler.	Контроллер ПДП.
	UARTI lRQHandler.	Контроллер UART1.
	UART2 lRQHandler.	Контроллер UART2.
	SSP1 lRQHandler.	Контроллер SSP1.
	I2C lRQHandler.	Контроллер I2C.
	POWER lRQHandler.	Контроллер PWR.
	WWDGIRQ Handler.	Окопный WDT.
	Timerl_IRQHandler.	Счетчик/таймер 1.
	Timer2_lRQI landlcr.	Счстчик/таймср2.
	Timer3 lRQHandler.	Счетчик/таймерЗ.
	ADC lRQHandler.	АЦП.
	COMPARATOR lRQHandler.	Аналоговый компаратор
	SSP2 lRQHandler.	Контроллер SSP2.
	BACKUP lRQHandler.	Контроллер ВКР.
	EXT INTI lRQHandler.	Внешний INTI.
	EXT INT2 lRQHandler.	Внешний INT2.
	EXT INT3 lRQHandler.	Внешний INT3.
	EXT INT4 lRQHandler.	Внешний INT4.

Программа 13. Программа (рис. 3.30) для демонстрации работы счетчика таймера СТ1 в режиме прерываний выполняет инициализацию оборудования (тактовый генератор, порты вывода, счетчиктаймер СТ1 и контроллер векторных прерываний NVIC). При этом тактовый генератор и счетчик-таймер СТ1 программируются для выработки временного интервала длительностью примерно 1 с. Контроллер прерываний необходимо запрограммировать на обработку прерывания IRQ 14, соответствующего заданному событию в счетчикетаймере CTI. Обработчик прерывания (Timcrl_IRQHandler) каждую секунду осуществляет перезапуск счетчика-таймера с выводом состояния на светодиодные индикаторы.

Секция Include содержит только ссылки на два стандартных файла описания оборудования (MDR32F*.h).

Секция Define содержит определения трех констант:

VD0 — линия порта PORTC, к которой подключен светодиодный индикатор VD0;

WR_CMPL — флаг готовности регистров CNT, PSG и ARR к записи; CNT_ARR_EVENT — флаг разрешения прерывания по событию совпадения CNT и ARR.

В секции прототипов описаны следующие функции: frqjnit — настройка тактирования (HSE-генератор) микроконтроллера на частоту 8 МГ ц (8 388 608 Г ц); Timerljnit — инициализация счетчика-таймера СТ1 и контроллера прерываний; io_init — инициализация портов вводавывода; led_on и lcd_off — функции управления (включение и выключение соответственно) светодиодными индикаторами.

В секции main осуществляется инициализация тактового генератора, портов ввода-вывода, счетчика-таймера СТ1 и контроллера прерываний. Далее следует бесконечный цикл while. Все остальные заданные действия будут выполнены в обработчике прерываний.

Функция Timerl_init () (см. рис. 3.30) предназначена для инициализации работы счетчика-таймера СТ1 в режиме прерываний. Она включает в себя следующие этапы:

• — включение тактирования СТ1 (бит 14 в регистре PER_CLOCK);
• — выбор частоты HCLK/128 (8 388 608/128=65 536 Гц) в качестве источника счетного сигнала (бит 24 и биты 2:0 в регистре TIM_CLOCK);
• — останов СТ1 (бит 0 в регистре TIMER 1->CNTRL) и обнуление счетного регистра CNT;
• — выбор коэффициента деления f/64 для предделителя (регистр TIMER 1->PSG). Частота счетного сигнала на входе предделителя при этом составляет 65 536/64= 1024 Гц. Запись в регистр PSG сопровождается проверкой бита VR_CMPL;
• — выбор базы основного счетчика 1024 (регистр TIMER 1->ARR). При частоте счетного сигнала 1024 Гц такая база соответствует периоду счета в 1 с. Запись в регистр ARR сопровождается проверкой бита WR_CMPL;
• — выбор события «CNT==ARR» для генерирования сигнала «Запрос на прерывание» от счетчика-таймера СТ1 (бит 1 регистра счетчика-таймера TIMER1->IE);
• — разрешение прерывания IRQ 14 в контроллере прерываний NVIC (бит 14 регистра ISER[0]);
• — пуск счетчика-таймера СТ1 (бит 0 в регистре TIMER 1->CNTRL).

Обработчик прерывания Timer MRQHandler предназначен для периодического (один раз в секунду) выполнения следующих действий:

• — останов счетчика-таймера СТ1 (бит 0 в регистре состояния счетчика-таймера TIMER 1->CNTRL);
• — сброс флага прерывания CNT_ARRJEVENT в регистре состояния счетчика-таймера TIMER1->STATUS;
• — организация поочередного включения светодиодных индикаторов путем анализа состояния бита VD0;
• — обнуление счетного регистра CNT;

выбор события «CNT—ARR» для генерирования сигнала «Запрос на прерывание» от счетчика-таймера СТ1 (бит 1 управляющего регистра TIMERI-XE);

— пуск счетчика-таймера СТ1 (битОв регистре TIMER 1->CNTRL).

В заключение отметим, что в главе 3 были подробно рассмотрены авторские программы (с 1-й по 13-ю). Эти программы охватывают достаточно широкий круг возможностей, которые предоставляют платформа Cortex-МЗ и демонстрационно-отладочная плата фирмы «П КК Миландр». Все рассмотренные программы носят учебный характер, и их обсуждение проводится в порядке от простого к более сложному. Так, первая программа касается элементарных действий по коммутации светодиодных индикаторов. В завершение рассмотрены вопросы программирования часов реального времени в зоне батарейного питания и счетчика-таймера в режиме прерываний. Тщательное изучение учебных программ с привлечением теоретического материала первых двух глав дает возможность детально разобраться в сути обсуждаемых вопросов.

Необходимо подчеркнуть два важных факта, обусловленные учебной направленностью данного материала.

Во-первых, все учебные программы написаны без использования стандартных библиотек ввода-вывода (SPL) или стандарта CMSIS. Во всех примерах использован традиционный подход системного программирования, заключающийся в прямом обращении к нужным регистрам микроконтроллера. Во всех случаях оказалось достаточно использовать два дополнительных файла: общий файла MDR32Fx. h с описанием ресурсов микроконтроллеров семейства Cortex-МЗ и файл конфигурации MDR32F9Qx_conf ig. h для настройки на конкретное периферийное оборудование.

Во-вторых, за рамками обсуждаемых вопросов остался обширный круг дополнительных возможностей, которые предоставляют платформа Cortex-МЗ и демонстрационно-отладочная плата фирмы «П КК Миландр». Так, например, мы ничего не говорили о программировании интерфесных контроллеров (USART, I2C/SPI. CAN, USB) или использовании операционной системы реального времени (ОСРВ). Эта обширная тема требует отдельного обсуждения. Упомянем лишь некоторые возможности, предоставлемые в распоряжение пользователя.

Библиотеки и протокольные стеки. Для того чтобы помочь разработчику в ускорении разработки кода программы, компания STM разработала библиотеку программ для микроконтроллеров STM32, которую можно свободно загрузить с веб-сайта компании. Библиотека программ поддерживает функции драйверов низкого уровня всех встроенных устройств ввода-вывода (УВВ). Пользователю предоставляются базовые составные блоки, из которых он может создать собственный проект. USB-контроллер является наиболее сложным устройством ввода-вывода. Для облегчения реализации наиболее распространенных USB-классов компания ST предлагает бесплатный набор для разработки USB-устройств. Этот набор, так же как библиотеку программ, можно скачать с веб-сайта компании STM. В комплект набора для разработки USB-устройств входят USB-библиотека и демонстрационные программы для классов HID, Mass Storage, Audio и Device Field Upgrade.

Операционные системы реального времени. Контроллер Cortex-M3 обладает достаточно большой вычислительной мощностью по сравнению с другими сопоставимыми по стоимости микроконтроллерами и разработан с учетом работы под управлением ОСРВ. занимающими небольшое место в памяти. При освоении этого микроконтроллера важно уделить ее изучению особое внимание. Использование ОСРВ дает преимущества более абстрактной разработки кода программы, более широких возможностей по повторному использованию программ, более простого управления проектом и более широких возможностей отладки. Использование ОСРВ также позволяет структурировать программу. Многие поставщики компиляторов предлагают свои собственные ОСРВ, однако наибольшую популярность среди операционных систем с открытым исходным кодом имеет FreeRTOS. Ее можно загрузить с сай га http://www.freertos.org. Коммерческая версия FreeRTOS называется SafeRTOS. Она протестирована на соответствие стандарту безопасности IEC 61 508 и доступна на том же сайте.