ZedBoard之中断原理及过程详解

Interrupt中断

概述：
1. Zynq的中断类型有：
软件中断（Software Generated Interrupt, SGI，中断号0-15）（16–26 reserved）
私有外设中断（Private Peripheral Interrupt, PPI，中断号27-31）,
共享外设中断（Shared Peripheral Interrupt, SPI，中断号32-95）.
2. 私有外设中断（PPI）：每个CPU都有一组PPI，包括全局定时器、私有看门狗定时器、私有定时器和来自PL的FIQ/IRQ.
3. 软件中断（SGI）被路由到一个或者两个CPU上，通过写ICDSGIR寄存器产生SGI.
4. 共享外设中断（SPI）由PS和PL上的各种I/O控制器和存储器控制器产生，这些中断信号被路由的CPU.
5. 通用中断控制器（GIC）是核心资源，用于集中管理从PS和PL产生的中断信号的资源集合。控制器可以使能、关使能、屏蔽中断源和改变中断源的优先级，并且会将中断送到对应的CPU中，CPU通过私有总线访问这些寄存器。
6. 中断控制器（ICC，Interrupt Controller CPU）和中断控制器分配器（ICD, Interrupt Controller Distributor）是GIC寄存器子集。
7. （外部）中断请求（IRQ）、快速中断请求（FIQ）

中断原理

当异常中断发生时，系统执行完当前指令后，将跳转到相应的异常中断处理处执行。当异常中断处理程序执行完成后，程序返回到发生中断指令的下一条指令处继续执行。在进入异常中断处理程序时，要保存被中断程序的执行线程。从中断处理程序退出时要恢复被中断程序的执行现场。

中断寄存器概述

1. 中断分配器(ICD寄存器)：
1) ICDDCR: (0xF8F01000) ICD分配控制寄存器，控制开启或者关闭中断配置。
2) ICDICFR: ICD配置寄存器。配置中断触发模式（高低电平），共6个寄存器，分别是ICDICFR 0-ICDICFR5（0xF8F01C00-0xF8F01C14），每个寄存器32位，占4个字节，每个寄存器的位意义不一样，每2位代表一个中断，32位x6/2=96，正好包括所有中断，
3) ICDIPR:（0xF8F01400-0xF8F0145C）ICD中断优先级寄存器，共24个寄存器，ICDIPR 0- ICDIPR 23，每个寄存器32位，占4个字节，每8位代表一个中断，32位x24/8=96，正好包括所有中断。
4) ICDIPTR: （0xF8F01800-0xF8F0185C）ICD CPU接口选择寄存器，配置CPU接口选择（cpu0/cpu1），包括24个寄存器，ICDIPTR 0- ICDIPTR 23，每个寄存器32位，占4个字节，每8位代表一个中断，32位x24/8=96，正好包括所有中断。
**5) ICDICER: 中断不使能寄存器，**3个寄存器，ICDICER 0- ICDICER 2（0xF8F01180-0xF8F01888），每个寄存器32位，占4个字节，每位代表一个中断，32位x3=96，正好包括所有中断。写1表示不使能(屏蔽)。
**6) ICDISER: 中断使能寄存器，**3个寄存器，ICDISER 0- ICDISER 2（0xF8F01100-0xF8F01108），每个寄存器32位，占4个字节，每位代表一个中断，32位x3=96，正好包括所有中断。写1表示使能。
7) ICDICPR: 清除中断等待寄存器。3个寄存器，ICDICPR 0- ICDICPR 2（0xF8F01280-0xF8F01288），每个寄存器32位，占4个字节，每位代表一个中断，32位x3=96，正好包括所有中断。写1表示清除中断等待状态。

寄存器 地址 中断号
ICDICFR0 0xF8F01C00 #0-#15
ICDICFR1 0xF8F01C04 #27-#31（16-26保留）
ICDICFR2 0xF8F01C08 #32-#47（36保留）
ICDICFR3 0xF8F01C0C #48-#63
ICDICFR4 0xF8F01C10 #64-#79
ICDICFR5 0xF8F01C14 #80-#95（93/94/95保留）

2. 中断控制器(ICC寄存器)：

1) ICCPMR: （0xF8F00104）中断优先级屏蔽寄存器，设置CPU的中断优先级。（与ICD的中断优先级比较。比写到这个寄存器的优先级值大的，cpu可以处理） Xil_Out32(0xF8F00104,0xF0);设置cpu的中断优先级为F0。

2) ICCICR：（0xF8F00100）ICC CPU接口配置寄存器，配置CPU接口。使能某个中断，比如IRQ：Write_Reg(0xF8F00100,0x07)即使处理器能接收IRQ，使能中断信号连接到处理器。

GPIO中断源配置

所有GPIO共享一个中断(#52,bank1)，必须在软件上检查INT_MASK和INT_STAT的值判断是哪个GPIO引发了中断。
1. INT_MASK（0xE000A20C）:中断屏蔽寄存器，只读，读取该寄存器的值可以显示哪些位被屏蔽和没有屏蔽（即使能）。
2. INT_ENT（0xE000A210–）: 中断使能寄存器（4个bank，4个寄存器）。写1，对应的引脚中断功能开启，即使能。
3. INT_DIS（0xE000A214—）:屏蔽寄存器（4个bank，4个寄存器）。写1，对应的引脚中断屏蔽。
4. INT_STAT（0xE000A18–）：中断状态寄存器（4个bank，4个寄存器）。每一位代表对应的引脚上是否发生中断事件，中断发生时，该引脚的中断标志位为1。如果对该位写1，清除该引脚的中断标志，写0无操作。
5. INT_TYPE（0xE000A21C–）:中断类型寄存器（4个bank，4个寄存器）。写1代表边沿触发中断，写0代表电平触发中断。
6. INT_POLARITY（0xE000A220–）: 中断极性寄存器，控制中断的触发条件（4个bank，4个寄存器）。写1代表高电平或者上升沿触发，写0代表低电平或者下降沿触发。
7. INT_ANY（0xE000A224–）: 中断边沿触发类型设置寄存器（4个bank，4个寄存器）。写1代表上升沿和下降沿同时触发，写0代表单边沿触发中断，只在INT_TYPE设置为边沿触发中断（写1）时有效。

中断处理过程

为了使得上层应用程序与硬件中断跳转联系起来，需要编写一段中间的服务程序来进行连接，这样的服务程序被称为中断解析程序。

 中断的流程（不包括寄存器的初始化和设置）
1. 定义中断向量表
//定义中断向量表结构体,Handler为函数，Data为函数Handler的参数
typedef struct {
Xil_ExceptionHandler Handler;
void *Data;
} XExc_VectorTableEntry;
2. //声明中断向量表
extern XExc_VectorTableEntry XExc_VectorTable[];
3. //安装中断处理函数 （中断解析程序）
XExc_VectorTable[5].Handler =(Xil_ExceptionHandler)InterruptHandler_IRQ;
XExc_VectorTable[5].Data = NULL;
4. //IRQ中断处理函数
void InterruptHandler_IRQ(void);

 中断初始化及配置
1. ICD寄存器组（中断分配器）的初始化，共计7个。void Int_Init(void);
2. ICC寄存器组（中断控制器）的初始化并设置，共计2个，void CPU_Init(void);
3. 中断号（比如UART1 82号,GPIO#52）各个寄存器的初始化.
4. 打开IRQ总异常。Xil_ExceptionEnable();

 中断初始化及配置注意事项：
1. 初始化顺序，包括屏蔽、使能、清中断标志位等，尤其屏蔽和使能保持一致。
2. 电平触发、边沿触发要配置一致
3. 中断处理函数中，可以加个延时，防止电平和边沿的抖动，多次触发。
4. 中断处理函数中，注意清除相应中断的标志位，为下次中断做准备。
5. 打开IRQ中断的位置，最好在所有中断初始化完成后，防止开机中断。

例程：
//*******************BTN8按键产生中断打印*******************//
#include
#include
#include "vectors.h"
#include "xil_exception.h"
#include "xil_io.h"

//MIO Register
#define DIRM_1 0xE000A244
#define INT_EN_1 0xE000A250
#define INT_DIS_1 0xE000A254
#define INT_STAT_1 0xE000A258//READ:1-int has occurred WRITE:1-clear int status bit
#define INT_TYPE_1 0xE000A25C
#define INT_POLARITY_1 0xE000A260
#define INT_ANY_1 0xE000A264
//ICC
#define ICCICR 0xF8F00100//CPU Interface Control Register 配置CPU接口
#define ICCPMR 0xF8F00104//Interrupt priority mask Register 配置CPU中断优先级
//ICD
#define ICDDCR 0xF8F01000//Distributor Control Register 控制开启或关闭中断配置
#define ICDISER1 0xF8F01104//Interrupt Set-enable Register 使能ICD中断寄存器
#define ICDICER1 0xF8F01184//Interrupt clear-enable Register 不使能ICD中断寄存器
#define ICDIPR13 0xf8f01434//Interrupt priority Register ICD中断优先级
#define ICDIPTR13 0xF8F01834//Interrupt Processor Targets Register 配置CPU接口选择
#define ICDICFR3 0xF8F01C0C//Interrupt Configuration Register 配置ICD中断触发模式
#define ICDICPR1 0xf8f01284//Interrupt clear-pending Register 清除中断寄存器

#define SPI_STATUS_0 0xF8F01D04//SPI Status Register 0
#define ICCIAR 0xF8F0010C//Interrupt Acknowledge Register
#define ICCEOIR 0xF8F00110//End Of Interrupt Register cpu结束响应，中断状态由active->inactive

//定义中断向量表结构体,Handler为函数，Data为函数Handler的参数
typedef struct {
Xil_ExceptionHandler Handler;
void *Data;
} XExc_VectorTableEntry;
//申明中断向量表
extern XExc_VectorTableEntry XExc_VectorTable[];
void InterruptHandler_IRQ(void); //IRQ中断处理函数
void Int_Init(void); //GIC中断初始化， ICD寄存器组
void Gpio_Init(void);
void CPU_Init(void);
int main(void)
{

XExc_VectorTable[5].Handler =(Xil_ExceptionHandler)InterruptHandler_IRQ;
XExc_VectorTable[5].Data = NULL;

//initialize
Int_Init();
CPU_Init();
Gpio_Init();
xil_printf("begin\r\n");
Xil_ExceptionEnable();//这句放在这里,避免开机中断
while(1);
return 0;
}
void InterruptHandler_IRQ(void)
{
u32 i;
u32 IntID;
u32 IntIDFull;
xil_printf("come in 1\r\n");
for (i = 0; i < 50000000; ++i) {}//延时防抖动
//获取目前发生的中断号(#52)
IntIDFull = Xil_In32(ICCIAR);
IntID = IntIDFull & 0x3FF;
Xil_Out32(ICDICPR1, 0xFFFFFFFF);//ICD 中断清标志位
if(52 == IntID)
{
Xil_Out32(INT_DIS_1, 0x3FFFFF);//GPIO中断屏蔽
Xil_Out32(INT_STAT_1, 0x3FFFFF);//GPIO清除标志位

xil_printf("come in 2\r\n");

Xil_Out32(INT_EN_1, 0x40000);//GPIO中断使能
}
Xil_Out32(ICCEOIR, IntIDFull);//cpu结束响应，中断 状态由active->inactive
}
//对#52号中断
void Int_Init(void)
{
Xil_Out32(ICDDCR, 0UL);//关闭中断配置
Xil_Out32(ICDICER1, 0x100000);//不使能 #52
// Xil_Out32(ICDICFR3, 0x100);//电平触发
Xil_Out32(ICDICFR3, 0x300);//边沿触发
Xil_Out32(ICDIPR13, 0xA0);//优先级A0
Xil_Out32(ICDIPTR13, 0x01);//处理器为CPU0
Xil_Out32(ICDICPR1, 0xFFFFFFFF);//ICD 所有中断清标志位
Xil_Out32(ICDISER1, 0x100000);//使能 #52
Xil_Out32(ICDDCR, 0x01);//中断分配器更新状态
}

//GPIO MIO_50 MIO50(0x40000) 中断#52(0x100000)
void Gpio_Init(void)
{
// Xil_Out32(DIRM_1, 0x40000);//output modem 没影响
Xil_Out32(INT_DIS_1, 0x3FFFFF);//中断屏蔽 [21:0]

// Xil_Out32(INT_TYPE_1, 0x000000);//电平触发
// Xil_Out32(INT_POLARITY_1, 0x3FFFFF);//高电平

Xil_Out32(INT_TYPE_1, 0x3FFFFF);//边沿触发
Xil_Out32(INT_POLARITY_1, 0x3FFFFF);//上升沿
Xil_Out32(INT_ANY_1, 0x0);//单边沿

Xil_Out32(INT_STAT_1, 0x3FFFFF);//GPIO清除标志位
Xil_Out32(INT_EN_1, 0x40000);//中断使能
}
void CPU_Init(void)
{
//中断优先级都是A0,优先级高于F0，CPU可接受这些中断
Xil_Out32(ICCPMR,0xF0);
//处理器能接收IRQ，使能中断信号连接到处理器
Xil_Out32(ICCICR,0x07);
}