mplabC30 编写中断服务程序

kingman

7.1 简介
中断处理对于大多数单片机应用来说都是很重要的一个方面。中断用来使软件操作与
实时发生的事件同步。当发生中断时，软件的正常执行流程被打断，调用专门的函数
来处理事件。当中断处理结束时，恢复先前的现场信息并继续正常执行流程。
dsPIC30F 器件支持多个内部和外部中断源。另外，允许高优先级中断中断任何正在处
理的低优先级中断。
MPLAB C30 编译器完全支持在C 或行内汇编代码中进行中断处理。本章将对中断处
理做一个概括介绍。
7.2 主要内容
本章讨论的主题包括：
· 编写中断服务程序 — 可以将一个或多个C 函数指定为中断服务程序，在发生中断
时调用。为了获得最好的性能，通常将长的计算或需要调用库函数的操作放在主应
用程序中。当中断事件发生很快时，这种方式可以优化性能并最大程度降低信息丢
失的可能性。
· 写中断向量 — 当发生中断时，dsPIC30F 器件使用中断向量来转移应用控制。中断
向量是程序存储器中的专用地址，指定ISR 的地址。为使用中断，应用必须在这
些地址中包含有效的函数地址。
·中断服务程序现场保护 — 为了保证从中断返回到代码后，条件状态与中断前相
同，必须保护特定寄存器的现场信息。
· 中断响应时间 — 从中断事件发生到执行ISR 第一条指令之间的时间就是中断响应
时间
·中断嵌套 — MPLAB C30 支持中断嵌套。
· 使能/ 禁止中断 — 通过两种方式使能和禁止中断源：全局和单独。
可以根据本节提供的要领，仅使用C 语言语法结构编写所有应用代码，其中包括中断
服务程序（ISR）。
7.3.1 编写中断服务程序的要领
编写ISR 的要领为：
· 不带参数并以void 返回值类型声明ISR （强制）
· 不要通过一般程序调用ISR （强制）
·不要用ISR 调用其他函数（建议）
MPLAB C30 的ISR 和任何其他C 函数一样，可以有局部变量，可以访问全局变量。
但是， ISR 需要声明为没有参数，没有返回值。这是必须的，因为ISR 作为对硬件中
断或陷阱的响应，对它的调用与一般C 程序异步（即ISR 不是按通常的方式调用的，
因此不能有参数和返回值）。
ISR 只能通过硬件中断或陷阱调用，不能通过其他C 函数调用。ISR 使用中断返回
（RETFIE）指令退出函数，而不是使用一般的RETURN 指令。不恢复现场使用
RETFIE 指令退出中断服务程序会破坏处理器资源，如status 寄存器的值。
最后，由于中断响应时间的原因，建议不要使用ISR 调用其他函数。更多信息请参阅
第7.6 节“中断响应时间” 。
7.3.2 编写中断服务程序的语法
为将C 函数声明为中断服务程序，指定函数的interrupt 属性（参见§ 2.3 中关于
__attribute__ 关键字的描述）。interrupt 属性的语法如下：
__attribute__((interrupt [(
[ save(symbol-list)]
[, irq(irqid)]
[, altirq(altirqid)]
[, preprologue(asm)]
)]
))
可以在interrupt 属性名和参数名的前后加下划线字符。因此， interrupt 和
__interrupt__ 是等价的， save 和__save__ 也是等价的。
可选的save 参数指定进入和退出ISR 时需要保护和恢复的一个或多个变量。变量名
列表包含在括号内，变量名中间用逗号分隔开。
如果不想导出全局变量的值，应该保护可能在ISR 中修改的全局变量。被ISR 修改的
全局变量应该用volatile 限定。
可选的irq 参数允许将一个中断向量对应于一个特定的中断，可选的altirq 参数允
许将一个中断向量对应于一个指定的备用中断。每个参数都需要一个括号括起来的中
断ID 号。（参阅第7.4 节“写中断向量”中的中断ID 列表。）
可选的preprologue 参数允许在生成的代码中，编译器生成的函数prologue 前插入
汇编语句。
中断

7.3.3 为中断服务程序编写代码
下面的原型声明了函数isr0 为中断服务程序：
void __attribute__((__interrupt__)) isr0(void);
由原型可以看出，中断函数必须不带参数，没有返回值。如果需要的话，编译器将保
护所有工作寄存器，以及status 寄存器和重复计数寄存器。将其他变量指定为
interrupt 属性的参数，可以保护这些变量。例如，要使编译器自动保护和恢复变量
var1 和var2，使用下面的原型：
void __attribute__((__interrupt__(__save__(var1,var2)))) isr0(void);
为请求编译器使用快速现场保护（使用push.s 和pop.s 指令），指定函数的
shadow 属性（参阅第2.3.2 节“指定函数的属性”）。例如：
void __attribute__((__interrupt__, __shadow__)) isr0(void); 7.4 写中断向量
dsPIC 器件有两个中断向量表 — 主表和备用表 — 每个表都包含62 个异常向量。
62 个异常源有主异常向量和备用异常向量与之相关联，每个向量占据一个程序字，如
表7-1 所示。当INTCON2 寄存器中的ALTIVT 位置位时，使用备用向量名。

注： dsPIC 器件复位不通过中断向量表处理。而是在器件复位时，清零dsPIC 程序计数器。 这使处理器从地址0 处开始执行。按照约定，链接描述文件 在该地址处构建GOTO 指令来转移控制到C 运行时启动模块。

中断向量

IRQ#	向量函数	主向量名	备用向量名
n/a	保留	_ReservedTrap0	_AltReservedTrap0
n/a	振荡器失效陷阱	_OscillatorFail	_AltOscillatorFail
n/a	地址错误陷阱	_AddressError	_AltAddressError
n/a	堆栈错误陷阱	_StackError	_AltStackError
n/a	数学错误陷阱	_MathError	_AltMathError
n/a	保留	_ReservedTrap5	_AltReservedTrap5
n/a	保留	_ReservedTrap6	_AltReservedTrap6
n/a	保留	_ReservedTrap7	_AltReservedTrap7
0	INT0 — 外部中断0	_INT0Interrupt	_AltINT0Interrupt
1	Interrupt IC1 — 输入捕捉1	_IC1Interrupt	_AltIC1Interrupt
2	OC1 — 输出比较1	_OC1Interrupt	_AltOC1Interrupt
3	TMR1 — 定时器1	_T1Interrupt	_AltT1Interrupt
4	IC2 — 输入捕捉2	_IC2Interrupt	_AltIC2Interrupt
5	OC2 — 输出比较2	_OC2Interrupt	_AltOC2Interrupt
6	TMR2 — 定时器2	_T2Interrupt	_AltT2Interrupt
7	TMR3 — 定时器3	_T3Interrupt	_AltT3Interrupt
8	SPI1 — 串行外设接口1	_SPI1Interrupt	_AltSPI1Interrupt
9	UART1RX — UART1 接收器	_U1RXInterrupt	_AltU1RX
10	UART1TX — UART1 发送器	_U1TXInterrupt	_AltU1TXInterrupt

11	ADC — ADC 转换完成	_ADCInterrupt	_AltADCInterrupt
12	NVM — NVM 写完成	_NVMInterrupt	_AltNVMInterrupt
13	从I2C 中断	_SI2CInterrupt	_AltSI2CInterrupt
14	主 I2C 中断	_MI2CInterrupt	_AltMI2CInterrupt
15	CN — 输入变化中断	_CNInterrupt	_AltCNInterrupt
16	INT1 — 外部中断1	_INT1Interrupt	_AltINT1Interrupt
17	IC7 — 输入捕捉7	_IC7Interrupt	_AltIC7Interrupt
18	IC8 — 输入捕捉8	_IC8Interrupt	_AltIC8Interrupt
19	OC3 — 输出比较3	_OC3Interrupt	_AltOC3Interrupt
20	OC4 — 输出比较4	_OC4Interrupt	_AltOC4Interrupt
21	TMR4 — 定时器4	_T4Interrupt	_AltT4Interrupt
22	TMR5 — 定时器5	_T5Interrupt	_AltT5Interrupt
23	INT2 — 外部中断2	_INT2Interrupt	_AltINT2Interrupt
24	UART2RX — UART2 接收器	_U2RXInterrupt	_AltU2RXInterrupt
25	UART2TX — UART2 发送器	_U2TXInterrupt	_AltU2TXInterrupt
26	SPI2 — 串行外设接口2	_SPI2Interrupt	_AltSPI2Interrupt
27	CAN1 — 组合IRQ	_C1Interrupt	_AltC1Interrupt
28	IC3 — 输入捕捉3	_IC3Interrupt	_AltIC3Interrupt
29	IC4 — 输入捕捉4	_IC4Interrupt	_AltIC4Interrupt
30	IC5 — 输入捕捉5	_IC5Interrupt	_AltIC5Interrupt

31	IC6 — 输入捕捉6	_IC6Interrupt	_AltIC6Interrupt
32	OC5 — 输出比较5	_OC5Interrupt	_AltOC5Interrupt
33	OC6 — 输出比较6	_OC6Interrupt	_AltOC6Interrupt
34	OC7 — 输出比较7	_OC7Interrupt	_AltOC7Interrupt
35	OC8 — 输出比较8	_OC8Interrupt	_AltOC8Interrupt
36	INT3 — 外部中断3	_INT3Interrupt	_AltINT3Interrupt
37	INT4 — 外部中断4	_INT4Interrupt	_AltINT4Interrupt
38	CAN2 — 组合IRQ	_C2Interrupt	_AltC2Interrupt
39	PWM — PWM 周期匹配	_PWMInterrupt	_AltPWMInterrupt
40	QEI — 位置计数器比较	_QEIInterrupt	_AltQEIInterrupt
41	DCI — CODEC 传输完成	_DCIInterrupt	_AltDCIInterrupt
42	PLVD — 低电压检测	_LVDInterrupt	_AltLVDInterrupt
43	FLTA — MPWM 故障A	_FLTAInterrupt	_AltFLTAInterrupt
44	FLTB — MPWM 故障B	_FLTBInterrupt	_AltFLTBInterrupt
45	保留	_Interrupt45	_AltInterrupt45
46	保留	_Interrupt46	_AltInterrupt46
47	保留	_Interrupt47	_AltInterrupt47
48	保留	_Interrupt48	_AltInterrupt48
49	保留	_Interrupt49	_AltInterrupt49
50	保留	_Interrupt50	_AltInterrupt50
51	保留	_Interrupt51	_AltInterrupt51
52	保留	_Interrupt52	_AltInterrupt52
53	保留	_Interrupt53	_AltInterrupt53

响应一个中断，必须将函数的地址填充到一个向量表的恰当地址，且函数必须保护
它使用的任何系统资源。函数必须使用RETFIE 处理器指令返回到前台任务。中断函
数可用C 编写。当将一个C 函数指定为中断处理函数时，编译器将保护编译器使用的
所有系统资源，并使用恰当的指令从函数返回。编译器可以可选地用中断函数的地址
填充中断向量表。为使编译器填充指向中断函数的中断向量，按照前表命名函数。例如，如果定义了下
列函数，堆栈错误向量将自动被填充：
void __attribute__((__interrupt__)) _StackError(void);
注意下划线是放在前面的。类似地，如果定义了下面的函数，备用堆栈错误向量将自
动被填充：
void __attribute__((__interrupt__)) _AltStackError(void);
同样要注意下划线是放在前面的。
对于没有指定处理函数的所有中断向量，将自动填充一个默认的中断处理函数。默认
的中断处理函数由链接器提供，仅复位器件。应用程序也可通过用名字
_DefaultInterrupt 声明一个中断函数来提供默认的中断处理函数。
每个表中的最后九个中断向量没有预定义的硬件函数。可通过使用前表中给出的名字，
或者更适合应用的名字，填充这些向量，同时，仍使用interrupt 属性的irq 或
altirq 参数填充适当的向量入口。 例如，为指定一个函数使用主中断向量52，使用下
面的语句：
void __attribute__((__interrupt__(__irq__(52)))) MyIRQ(void);
类似地，指定一个函数使用备用中断向量52，使用下面的语句：
void __attribute__((__interrupt__(__altirq__(52)))) MyAltIRQ(void);
irq/altirq号可以为中断请求编号 45至53中的一个。如果使用了interrupt属性的irq
参数，编译器将生成外部符号名__Interruptn，其中n 为向量号。因此， C 标识符
_Interrupt45 到_Interrupt53 被编译器保留。同样，如果使用了interrupt 属性的
altirq 参数，编译器将生成外部符号 名 __AltInterruptn，其中n 为向量编号。因
此， C 标识符_AltInterrupt45 到_AltInterrupt53 被编译器保留。
7.5 中断服务程序现场保护
中断，就其本质来说，在不可预测的时刻发生。因此，被中断的代码必须能以与中断
发生时相同的机器状态继续执行。
为正确处理中断返回，中断函数的设置（prologue）代码自动在堆栈中保护编译器管
理的工作寄存器和特殊功能寄存器，以便在ISR 末尾恢复这些寄存器内容。可使用
interrupt 属性的可选save 参数指定要保护和恢复的其他变量和特殊功能寄存器。
在某些应用中，可能需要在中断服务程序中，在编译器生成的函数prologue 前插入汇
编语句。例如，在中断服务程序的入口可能需要递增一个信号。可以这样来实现：
void
__attribute__((__interrupt__(__preprologue__("inc _semaphore"))))
isr0(void);
7.6 中断响应时间
有两个因素影响中断源发生到执行ISR 代码第一条指令之间的周期数。这两个因素
是：
? 处理器处理中断时间 — 处理器识别中断并跳转到中断向量第一个地址的时间。这
个值与具体器件和所使用中断源有关，为确定这个值的大小，请参考相应器件的数
据手册。
? ISR 代码 — MPLAB C30 在ISR 中保存它使用的寄存器，这包括工作寄存器和
RCOUNT 特殊功能寄存器。而且，如果ISR 调用一个普通的函数，编译器要保存
所有的工作寄存器和RCOUNT，即使在ISR 中没有显式使用这些寄存器。必须要
保存这些寄存器，因为一般来说，编译器不知道被调用函数使用了哪些资源。
7.7 中断嵌套
dsPIC30F 器件支持中断嵌套。由于在ISR 中将处理器资源保存在堆栈中，对嵌套ISR
的编码与非嵌套中断的编码相同。通过清零INTCON1 寄存器中的NSTDIS 位（嵌套
中断禁止位）来使能中断嵌套。注意这是默认设置，因为dsPIC30F 器件在复位时是
使能嵌套中断的。在中断优先级控制寄存器（IPCn）中，为每个中断源分配了一个优
先级。如果有一个处于等待状态的中断请求（IRQ），其优先级等于或高于处理器状态
寄存器中的（ST 寄存器中的CPUPRI 字段）当前处理器优先级，处理器将响应中
断。
7.8 使能/ 禁止中断
可单独禁止或使能每个中断源。每个IRQ 的都有一个中断使能位位于中断使能控制寄
存器（IECn）中。将中断使能位置1 将使能相应的中断；将中断使能位清零将禁止相
应的中断。dsPIC 器件复位时，所有中断使能位都被清零。另外，处理器还有一个禁
止中断指令（disable interrupt instruction，DISI），可在指定的指令周期数内禁止所有
中断。

注： 陷阱，如地址错误陷阱，不能禁止。只有IRQ 是可以被禁止的。

可通过行内汇编可在C 程序中使用DISI 指令。例如下面的行内汇编语句：
__asm__ volatile ("disi #16");
将在源程序中这条语句的所在处发出指定的DISI 指令。采用这种方式使用DISI 的一
个缺点是， C 编程人员不能总是确定C 编译器如何将C 源代码翻译为机器指令，因此
可能难以确定DISI 指令的周期数。通过将要保护的代码放在DISI 指令对中断的操作
之间，可以解决这个问题。DISI 指令的第一条指令将周期数设置为最大值，第二条指
令将周期数设置为零。例如，
__asm__ volatile("disi #0x3FFF"); /* disable interrupts */
/* ... protected C code ... */
__asm__ volatile("disi #0x0000"); /* enable interrupts */
另一种可选方案是直接写DISCNT 寄存器，这在硬件上和DISI 指令的作用相同，但对
于C 程序具有避免使用行内汇编的优点。这是需要的，因为在函数中使用行内汇编时
编译器可能不会执行某些优化。所以可以不使用上面的指令序列，而使用
DISICNT = 0x3FFF; /* disable interrupts */
/* ... protected C code ... */
DISICNT = 0x0000; /* enable interrupts */