LPC2000系列微處理器組成與中斷技術(shù).ppt

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1,5.1LPC2000系列簡介5.2芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)5.3存儲器結(jié)構(gòu)5.4系統(tǒng)控制模塊5.5中斷技術(shù)5.6向量中斷控制器,LPC2000系列微處理器組成與中斷技術(shù),2,5.1LPC2000系列芯片簡介,嵌入式處理器常見的有ARM、PowerPC、MIPS、Motorola68K等，其中ARM占據(jù)了絕對主流?；贏RM平臺的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計在工業(yè)控制、無線通訊、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用、消費類電子產(chǎn)品、成像和安全產(chǎn)品等領(lǐng)域內(nèi)均有廣泛地應(yīng)用。ARM處理器根據(jù)其應(yīng)用及其特點，分為控制類芯片、特殊應(yīng)用類芯片、數(shù)字信號處理器、消費類電子的嵌入式芯片以及安全芯片?？刂祁愋酒笙鄬^低，具有中斷控制器、片內(nèi)存儲器；應(yīng)用處理器具有MMU、支持SDRAM、附帶LCD控制器或接口并具有DMA；消費類電子的嵌入式芯片一般具有較強的專業(yè)性；數(shù)字信號處理器通過使用協(xié)處理器和DSP等方式提高運算能力；安全芯片使用專門的SecurCore內(nèi)核。,3,5.1LPC2000系列芯片簡介,ARM系列種類繁多，本章我們主要討論一般控制類的芯片，以NXP公司LPC2000系列處理器為例進行介紹。LPC2000系列微控制器基于ARM7TDMI-SCPU內(nèi)核。支持ARM和Thumb指令集，芯片內(nèi)集成豐富外設(shè)，而且具有非常低的功率消耗。使該系列微控制器特別適用于工業(yè)控制、醫(yī)療系統(tǒng)、訪問控制和POS機等場合。,簡介,LPC2100系列LPC2200系列LPC2300系列LPC2400系列LPC2800系列,,4,5.1.1LPC2100系列芯片,LPC2100系列MCU基于一個支持實時仿真和跟蹤的16/32位ARM7TDMI-SCPU,并帶有128/256KB嵌入的高速Flash存儲器。128位寬度的存儲器接口和獨特的加速結(jié)構(gòu)使32位代碼能夠在最大時鐘速率下運行。如果在實際應(yīng)用中對代碼規(guī)模有嚴(yán)格控制，使用16位Thumb模式可將代碼規(guī)模降低超過30%，而性能的損失卻很小。,5,LPC2100系列MCU主要特點：,16/32位ARM7TDMI-S核,超小LQFP和HVQFN封裝；16/32/64kB片內(nèi)SRAM；128/256kB片內(nèi)Flash程序存儲器；128位寬度接口/加速器可實現(xiàn)高達60MHz工作頻率；通過片內(nèi)boot裝載程序?qū)崿F(xiàn)在系統(tǒng)編程(ISP)和在應(yīng)用編程(IAP)；EmbeddedICE可實現(xiàn)斷點和觀察點；嵌入式跟蹤宏單元(ETM)支持對執(zhí)行代碼進行無干擾的高速實時跟蹤；10位A/D轉(zhuǎn)換器,轉(zhuǎn)換時間低至2.44μs；CAN接口,帶有先進的驗收濾波器；包括2個16C550工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)UART、高速I2C接口(400kHz)和2個SPI接口。,6,表5.1LPC2100系列MCU參數(shù)規(guī)格,7,5.1.2LPC2200系列芯片特點：,處理器和封裝：16/32位ARM7TDMI-S微控制器,LQFP144和TFBGA144封裝；RAM:16/64kB片內(nèi)靜態(tài)RAM(LPC2210/LPC2220)；串行boot裝載程序通過UART0來實現(xiàn)在系統(tǒng)下載和編程；調(diào)試：EmbeddedICE-RT和嵌入式跟蹤接口使用片內(nèi)RealMonitor軟件對任務(wù)進行實時調(diào)試；支持對執(zhí)行代碼進行無干擾的高速實時跟蹤；8路10位A/D轉(zhuǎn)換器,轉(zhuǎn)換時間低至2.44μs；定時器：2個32位定時器(LPC2220也具有外部事件計數(shù)器)帶4路捕獲和4路比較通道；PWM單元(6路輸出)、實時時鐘(RTC)和看門狗；串口：包括2個16C550工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)UART、高速I2C總線(400kbit/s)和2個SPI接口；在LPC2220上,可選擇帶有數(shù)據(jù)緩沖區(qū)和可變長度傳輸?shù)耐酱锌?SSP)來代替一個SPI；,8,LPC2200系列MCU芯片資源及特點(續(xù)),向量中斷控制器(VIC),可配置優(yōu)先級和向量地址；外存：通過外部存儲器接口可將存儲器配置成4組,每組的容量高達16Mb,數(shù)據(jù)寬度為8/16/32位；多達76個通用I/O口(可承受5V電壓)?？墒褂?個邊沿或電平觸發(fā)的外部中斷管腳；通過可編程的片內(nèi)鎖相環(huán)(PLL)可實現(xiàn)最大為60/75MHz(LPC2210/2220)的CPU操作頻率；頻率：帶外部晶體的片內(nèi)振蕩器頻率范圍：1～30MHz,外部振蕩器的頻率高達50MHz；2個低功耗模式：空閑和掉電；喚醒：通過外部中斷將處理器從掉電模式中喚醒；優(yōu)化功耗：通過個別使能/禁止外部功能來優(yōu)化功耗；雙電源，CPU操作電壓范圍：1.65V1.95V(1.8V0.15V)；I/O操作電壓范圍：3.03.6V(3.3V10%),I/O口可承受5V電壓。,9,表5.2LPC2200系列MCU參數(shù)規(guī)格表,10,5.1LPC2100/2200系列簡介,器件信息,關(guān)于LPC2000其它器件的介紹請登錄“LPC2000系列ARM”專欄,11,5.1LPC2000系列簡介5.2芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)5.3存儲器結(jié)構(gòu)5.4系統(tǒng)控制模塊5.5中斷技術(shù)5.6向量中斷控制器,LPC2000系列微處理器組成與中斷技術(shù),12,5.2芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu),LPC2000系列微控制器包含4大部分：,13,5.2芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu),,,,,,LPC2200系列芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖5.1所示，芯片內(nèi)部有三種總線，分別是局部總線、AHB和VPB,14,5.1LPC2000系列簡介5.2芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)5.3存儲器結(jié)構(gòu)5.4系統(tǒng)控制模塊5.5中斷技術(shù)5.6向量中斷控制器,LPC2000系列微處理器組成與中斷技術(shù),15,嵌入式系統(tǒng)中存儲器部分按其位置分為片內(nèi)和片外存儲器，其存儲器主要分為RAM、ROM和FlashMemory。Flashmemory（閃速存儲器）是嵌入式系統(tǒng)中重要的組成部分，用來存儲程序和數(shù)據(jù)。FlashMemory是一種非易失性存儲器NVM（Non-VolatileMemory），掉電后數(shù)據(jù)不會丟失，但在使用FlashMemory時，必須根據(jù)其自身特性，對存儲系統(tǒng)進行特殊設(shè)計，以保證系統(tǒng)的性能達到最優(yōu)。,5.3存儲器結(jié)構(gòu),16,5.3存儲器尋址,5.3.1存儲器映射5.3.2片內(nèi)存儲器5.3.3片外存儲器5.3.4存儲器重映射及引導(dǎo)塊5.3.5啟動代碼相關(guān)部分,17,LPC2000系列微處理器的片內(nèi)儲存器大小,1MB,,512KB,,64KB,32KB,256KB,128KB,64KB,,,32KB,16KB,,,LPC2104LPC2114LPC2119LPC2134LPC2144LPC2212,,,,8KB,,,LPC2210LPC2290,LPC2220LPC2880,片內(nèi)SRAM,,0KB,4KB,2KB,16KB,8KB,LPC2124LPC2194LPC2129LPC2214LPC2292LPC2294,LPC2136LPC2146,,LPC2103LPC2131LPC2141,,,LPC2101,,,LPC2102,LPC2105,LPC2106,LPC2132LPC2142,LPC2138LPC2148,,LPC2888,片內(nèi)Flash,LPC2101,LPC2102,LPC2103LPC2131LPC2141,LPC2210LPC2290,LPC2132LPC2142,LPC2104LPC2114LPC2119LPC2134LPC2144LPC2212,LPC2124LPC2194LPC2129LPC2214LPC2292LPC2294,LPC2105,LPC2136LPC2146,LPC2220LPC2880,LPC2138LPC2148,LPC2106,LPC2888,18,概述,5.3.1存儲器映射,ARM芯片存儲器分布可以在片內(nèi)和片外，這些存儲器本身不具有地址信息，它們在芯片中的地址是由芯片廠家或用戶分配的。給物理存儲器分配邏輯地址的過程稱為存儲器映射。通過這些邏輯地址就可以訪問到相應(yīng)存儲器的物理存儲單元。,19,LPC2210存儲器地址分布,圖5.2LPC2210存儲器地址分布,ARM芯片存儲器分布可以在片內(nèi)和片外，地址從低到高分布有片內(nèi)FLASH、片內(nèi)SRAM、BOOTBLOCK、保留的外存儲器空間、VPB外設(shè)以及AHB外設(shè)。,20,系統(tǒng)存儲器映射,5.3.1存儲器映射,256KB片內(nèi)非失憶性存儲器（LPC2124/2214）,2MBAHB外設(shè),128KB片內(nèi)非失憶性存儲器（LPC2114/2212）,16KB片內(nèi)靜態(tài)RAM,8KBBootBlock（片內(nèi)ROM存儲器重映射）,2MBVPB外設(shè),16MBBank0,保留,保留給片內(nèi)RAM存儲器,保留給片內(nèi)FLASH存儲器,16MBBank1,16MBBank2,16MBBank3,,,,,保留給片外存儲器,用戶所見存儲器的分布,圖5.3系統(tǒng)存儲器地址映射,21,ARM存儲器映射空間,ARM7TDMI的存儲器映射空間0X00000000~0XFFFFFFFF起始地址依次為：FLASH——0X00000000，SRAM——0X40000000，BOOTBLOCK，外部存儲器0X80000000，VPB（低速外設(shè)地址）——0XE0000000，AHB（高速外設(shè)：向量中斷控制器，外部存儲器控制器）——從0XFFFFFFFF回頭。,22,5.3.1存儲器映射,AHB和VPB,AHB（先進的高性能總線）和VPB（VLSI外設(shè)總線）外設(shè)區(qū)域都為2M字節(jié)，可各分配128個外設(shè)。每個外設(shè)空間的規(guī)格都為16K字節(jié)，這樣就簡化了每個外設(shè)的地址譯碼。,注意：外設(shè)寄存器的地址都是字對齊。AHB和VPB外設(shè)區(qū)域中不管是字還是半字，都是一次性訪問。例如不可能對一個字寄存器的最高字節(jié)執(zhí)行單獨的讀或?qū)懖僮鳌?23,外設(shè)存儲器映射,5.3.1存儲器映射,注：AHB和VPB均為128x16kB(2MB)范圍。,24,AHB外設(shè)映射,5.3.1存儲器映射,注：只有LPC2200系列微處理器有外部總線控制器,25,VPB外設(shè)映射,4.3.3存儲器映射,26,5.3.2片內(nèi)存儲器,LPC2000系列中除了LPC2210/2220/2290外，其它的ARM微處理器內(nèi)部都帶有容量不等的Flash，這為ARM芯片的單片應(yīng)用帶來可能。片內(nèi)Flash通過128位寬度的總線與ARM內(nèi)核相連，具有很高的速度，加上特有的存儲器加速功能，因此可以將程序直接放在Flash上運行。,片內(nèi)FLASH程序存儲器,27,5.3.2片內(nèi)存儲器,片內(nèi)Flash編程方法,1.使用JTAG仿真/調(diào)試器，通過芯片的JTAG接口下載程序；,2.使用在系統(tǒng)編程技術(shù)(即ISP),通過UART0接口下載程序；,3.使用在應(yīng)用編程技術(shù)（即IAP），在用戶程序運行時對Flash進行擦除和/或編程操作，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲和固件的現(xiàn)場升級。,,,,,,,,,,,JTAG,,UART0,28,5.3.2片內(nèi)存儲器,LPC2000系列微控制器的片內(nèi)RAM為靜態(tài)RAM(SRAM)，它們可用作代碼和/或數(shù)據(jù)的存儲。SRAM支持8位、16位和32位的讀寫訪問。,片內(nèi)靜態(tài)RAM,29,5.3.3片外存儲器,概述,在CPU外部擴展連接的存儲器芯片稱為片外存儲器，這些器件通常都具有數(shù)據(jù)線、地址線和控制線等。主要器件有ROM、FLASH、SRAM等。,,Bank0,Bank1,Bank2,Bank3,,,,,LPC2200,每個Bank尋址空間：16M字節(jié);數(shù)據(jù)寬度：8/16/32位。,30,5.3.3片外存儲器,片外Flash編程方法,Flash的擦寫操作需要配合一段符合Flash編程時序的代碼，這段代碼稱為裝載程序，一般由用戶編寫。,,,程序代碼（源）,程序代碼（目標(biāo)）,Loader,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,下載用戶代碼時，首先得在CPU內(nèi)運行裝載程序，通過它把從串口（或其它接口）接收的代碼寫到片外Flash中。,31,5.3.4存儲器重映射及引導(dǎo)塊,存儲器重映射,將已經(jīng)過映射的存儲器再次映射的過程稱為存儲器重映射，它使同一物理存儲單元出現(xiàn)多個不同的邏輯地址。這些存儲單元主要包括引導(dǎo)塊“BootBlock”和用于保存異常向量表的少量存儲單元。,Addr1,0 x1234,0 x1234,,,注意：存儲器重映射并不是對映射單元的內(nèi)容進行了復(fù)制，而只是將多個地址指向了同一個存儲單元，這種效果是通過芯片內(nèi)部的“存儲器管理部件”實現(xiàn)的。,32,5.3.4存儲器重映射及引導(dǎo)塊,存儲器映射：為存儲器分配地址的過程.存儲器重映射：為了增加系統(tǒng)的靈活性，系統(tǒng)中有部分地址可以同時出現(xiàn)在不同的地址上，這就叫做存儲器重映射。包括引導(dǎo)塊“BootBlock”重映射和異常向量表的重映射。1.引導(dǎo)塊“BootBlock”及其重映射引入的原因：BootBlock中有些程序可被用戶調(diào)用，如擦寫片內(nèi)Flash的IAP代碼。為了增加用戶代碼的可移植性，所以最好把BootBlock的代碼固定的某個地址上。但由于各芯片的片內(nèi)Flash大小不盡相同，如果把BootBlock的地址安排在內(nèi)部Flash結(jié)束的位置上，那就無法固定BootBlock的地址。廠家為了BOOTBLOCK在芯片中的位置固定，就在編址的2G靠前編址的位置虛擬劃分一個區(qū)域作為BOOTBLOCK區(qū)域，這就是重映射，這樣訪問<2G即<0X80000000的位置時，就可以訪問到在FLASH尾部的BOOTBLOCK區(qū)了。,33,5.3.4存儲器重映射及引導(dǎo)塊,1.引導(dǎo)塊及其重映射,引導(dǎo)塊（BootBlock）是芯片設(shè)計廠家在LPC2000系列ARM內(nèi)部固化的一段代碼，用戶無法修改或刪除。這段代碼在芯片復(fù)位后被首先運行，其功能主要是：,判斷運行哪個存儲器上的程序；檢查用戶代碼是否有效；判斷芯片是否被加密；芯片的在應(yīng)用編程(IAP)以及在系統(tǒng)編程功能(ISP)。,注意：部分器件內(nèi)部雖然沒有用戶Flash空間（比如LPC2210/2220/2290），但它們?nèi)匀淮嬖贐ootBlock，并且復(fù)位后會被首先運行。,34,5.3.4存儲器重映射及引導(dǎo)塊,引導(dǎo)塊在存儲器中的狀態(tài),LPC2200系列芯片的BootBlock為8KB大小，它們占用了用戶的Flash空間。,LPC2130系列芯片的BootBlock為12KB大小，除了LPC2138占用用戶的Flash空間外，該系列中其它的芯片不占用用戶Flash空間。,35,,BootBlock重新映射,,BootBlock重新映射,5.3.4存儲器重映射及引導(dǎo)塊,BootBlock,BootBlock,引導(dǎo)塊（BootBlock）的重映射,36,引入原因：由于ARM處理器的存儲器結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，可能同時存在片內(nèi)存儲器和片外存儲器等，他們在存儲器映射上的起始地址都不一樣，因此ARM內(nèi)核要訪問的中斷向量表可能不在0 x0000~0 x003F地址上，因此采用了存儲器重映射來實現(xiàn)將存在與不同地方的中斷向量表都映射到0 x0000~0 x003F地址上。ARM內(nèi)核在發(fā)生異常后，會使程序跳轉(zhuǎn)到0 x0000~0 x001C的異常向量表處，再經(jīng)過向量跳轉(zhuǎn)到異常服務(wù)程序。但ARM單條指令的尋址范圍有限，無法用一條指令實現(xiàn)4G范圍的跳轉(zhuǎn)，所以應(yīng)在其后面的0 x0020~0 x003F地址上放置跳轉(zhuǎn)目標(biāo)，這樣就可以實現(xiàn)4G范圍內(nèi)的任意跳轉(zhuǎn)，因此一個異常向量表實際上占用了16個字的存儲單元（64字節(jié)）。,5.3.4存儲器重映射及引導(dǎo)塊,2.異常向量表概述,37,5.3.4存儲器重映射及引導(dǎo)塊,ARM異常入口,該位置被Boot裝載程序用作有效用戶程序的檢測標(biāo)志。通過定義此保留值，使向量表所有數(shù)據(jù)32位累加和為0，芯片復(fù)位后才能脫機運行用戶程序。,38,5.3.4存儲器重映射及引導(dǎo)塊,異常向量表的重映射,異常向量表可以來自四個不同的區(qū)域：BootBlock、片內(nèi)Flash、片內(nèi)RAM和外部存儲器。微控制器可以執(zhí)行這些存儲器中的代碼。除了片內(nèi)Flash的向量表位于0 x0000～0 x003F地址上，其他存儲器的向量表都不位于這個地址。為了能讓ARM內(nèi)核通過訪問0 x0000～0 x003F地址訪問到其他存儲區(qū)域的向量表，這樣向量表必須進行重映射。,注意：除了“用戶片內(nèi)Flash模式”外，其它模式下都無法訪問片內(nèi)Flash的0 x0000～0 x003F區(qū)域。,39,來自不同區(qū)域的異常向量表,異常向量表,地址重映射,,,,復(fù)位后，首先運行BootBlock程序，將BootBlock內(nèi)0 x7FFFE000～0 x7FFFE03F的異常向量表重映射到0 x0000～0 x003F地址以允許處理異常并在Boot裝載過程中使用中斷。,此時無需進行Flash向量表的重映射，其向量表本身就處于0 x0000～0 x003F地址空間。,異常向量表,異常向量表,再根據(jù)MEMMAP寄存器的設(shè)置運行片內(nèi)Flash代碼。,片內(nèi)RAM代碼。,片外存儲器代碼。,此時需將片內(nèi)RAM0 x40000000～0 x4000003F的向量表重映射到0 x0000～0 x003F地址空間。,此時需將外部存儲器0 x80000000～0 x8000003F的向量表重映射到0 x0000～0 x003F地址空間。,地址重映射,地址重映射,40,外擴存儲器異常向量表實現(xiàn)示例,應(yīng)用程序的異常向量表就存放在0 x80000000起始的64個物理存儲單元中。但是ARM核發(fā)生異常（中斷）后是從0 x00000000~0 x0000003F地址范圍取異常向量的。所以要把0 x80000000~0 x8000003F范圍內(nèi)的存儲單元重新映射到0 x00000000~0 x0000003F地址范圍上。以后CPU存取0 x00000000~0 x0000003F地址就是存取0 x80000000~0 x8000003F范圍內(nèi)的存儲單元。,41,ARM芯片的另外一種重映射方式,為了提高異常相應(yīng)速度我們采取以下做法：（1）先把0 x00000000~0 x0000003F（FLASH）存儲單元內(nèi)的異常向量表復(fù)制到0 x40000000~0 x4000003F（片內(nèi)RAM的最低端64個字節(jié)的存儲單元）范圍內(nèi)存儲單元中。（2）把0 x40000000~0 x4000003F范圍內(nèi)存儲單元地址重新映射到0 x00000000~0 x0000003F地址范圍。這樣做了以后，當(dāng)異常發(fā)生的時候，CPU取異常向量就是從RAM區(qū)中的異常向量表中區(qū)，速度快了。,42,異常向量表的重映射的實現(xiàn)機制,存儲器映射控制寄存器,存儲器映射控制寄存器（MEMMAP）是一個可讀可寫的寄存器。,異常向量表可以重新映射到：BootBlock；片內(nèi)Flash；片內(nèi)SRAM；外部存儲器Bank0。,目的：為了允許運行在不同存儲器空間中的代碼對中斷進行控制，需要使用存儲器映射控制機制改變地址0 x0000～0 x003F的中斷向量的映射。,43,存儲器映射控制,系統(tǒng)引導(dǎo)與存儲器映射,對于LPC2200系列微處理器，當(dāng)nRESET為低時，BOOT1:0腳的狀態(tài)控制著引導(dǎo)方式。,44,,MAP[1:0]設(shè)置值與各種異常地址范圍的關(guān)系,當(dāng)發(fā)生異常時，對應(yīng)的向量表實際訪問到0 x80000000~0 x8000003C地址。,,,,當(dāng)發(fā)生異常時，對應(yīng)的向量表實際訪問到0 x7FFFE000~0 x7FFFE03C地址。,當(dāng)發(fā)生異常時，對應(yīng)的向量表實際訪問到0 x40000000~0 x4000003C地址。,當(dāng)發(fā)生異常時，對應(yīng)的向量表實際訪問到0 x00000000~0 x0000003C地址。,異常向量表從片外存儲器中重映射。,異常向量表從BootBlock中重映射。,異常向量表從SRAM中重映射。,異常向量表來自片內(nèi)Flash。,45,5.3.5系統(tǒng)啟動代碼介紹,概述,ARM微處理器在上電或復(fù)位后首先運行BootBlock中的一段代碼，這段代碼稱為“引導(dǎo)代碼”，由芯片廠商固化在芯片中。此后，在正式運行用戶main函數(shù)之前，還需要運行一段“啟動代碼”，由用戶添加。,引導(dǎo)代碼（BootBlock）,用戶main函數(shù),啟動代碼,向量表定義；堆棧初始化；系統(tǒng)變量初始化；中斷系統(tǒng)初始化；I/O初始化；外圍初始化；地址重映射等操作。,上電/復(fù)位,,46,啟動代碼流程圖,,,47,5.1LPC2000系列簡介5.2芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)5.3存儲器結(jié)構(gòu)5.4系統(tǒng)控制模塊5.5中斷技術(shù)5.6向量中斷控制器,LPC2000系列微處理器組成與中斷技術(shù),48,5.4系統(tǒng)控制模塊,系統(tǒng)控制模塊通常包括很多功能部件，這些功能部件的影響是全局性的，它們的狀態(tài)改變時可能引起整個系統(tǒng)運行狀態(tài)的改變，它們包括時鐘系統(tǒng)、功率控制、復(fù)位、存儲器映射控制。,49,5.4系統(tǒng)控制模塊功能匯總,概述,一個ARM芯片中通常有很多功能部件，有一些部件是全局性的，它們狀態(tài)的改變可能引起整個系統(tǒng)運行狀態(tài)的改變，這些部件我們統(tǒng)一稱之為系統(tǒng)控制模塊。,在這些系統(tǒng)控制模塊中，有些部件需要外部引腳的配合，如晶體振蕩器、外部復(fù)位輸入。,50,5.4系統(tǒng)控制模塊功能匯總,在系統(tǒng)控制模塊中，有些部件需要在進行寄存器配置后才能正常工作，如存儲器映射控制、鎖相環(huán)、功率控制、VPB分頻器。,51,5.4.1時鐘系統(tǒng),概述,時鐘是計算機系統(tǒng)的脈搏，處理器核在一拍接一拍的時鐘驅(qū)動下完成指令執(zhí)行、狀態(tài)變換等動作。外設(shè)部件在時鐘的驅(qū)動下進行著各種工作，比如串口數(shù)據(jù)的收發(fā)、A/D轉(zhuǎn)換、定時器計數(shù)等。所以時鐘對于一個計算機系統(tǒng)是至關(guān)重要的，通常時鐘系統(tǒng)出現(xiàn)問題也是最致命的，比如振蕩器不起振、振蕩不穩(wěn)、停振等。,52,5.4.1時鐘系統(tǒng),時鐘系統(tǒng)結(jié)構(gòu),LPC2000系列微控制器的時鐘系統(tǒng)包括四個部分：晶體振蕩器、喚醒定時器、鎖相環(huán)（PLL）和VPB分頻器。,外接晶體或外接時鐘源,產(chǎn)生穩(wěn)定的時鐘信號,將Fosc提升到合適的頻率,1,3,4,2,53,5.4.1時鐘部件－晶體振蕩器,1.晶體振蕩器,LPC2000系列微控制器的晶體振蕩器可以使用外部時鐘源(從屬模式)，也可以使用外接晶體和片內(nèi)振蕩電路(振蕩模式)產(chǎn)生時鐘。,54,時鐘部件－晶體振蕩器,從屬模式,使用從屬模式時，時鐘信號通過X1引腳從外部輸入，輸入頻率范圍：1～50(MHz)，其幅度范圍為：200mV~1.8V。,55,時鐘部件－晶體振蕩器,振蕩模式,使用振蕩模式時，時鐘信號由內(nèi)部晶體振蕩器和外部連接的晶體振蕩產(chǎn)生，振蕩頻率范圍：1～30(MHz)。,56,時鐘部件－晶體振蕩器,注意：如果使用了ISP下載功能或者連接PLL提高頻率，則輸入的時鐘頻率范圍必須在10～25（MHz）之間。,57,,5.4.1時鐘部件－喚醒定時器,2.喚醒定時器,喚醒定時器能夠確保振蕩器和芯片內(nèi)部硬件電路在處理器開始執(zhí)行指令之前有足夠的時間初始化。工作原理如圖：,,對輸入時鐘計數(shù),計數(shù)滿4096個周期后，控制開關(guān)閉合,,為CPU提供時鐘,58,5.4.1時鐘部件－喚醒定時器,當(dāng)給芯片加電或某個事件使芯片退出掉電模式后，振蕩器就開始工作，但是需要一段時間來產(chǎn)生足夠振幅的信號驅(qū)動時鐘邏輯。振蕩的波形大致如下：,,注：喚醒定時器就通過監(jiān)測晶振狀態(tài)來判斷是否能開始可靠的執(zhí)行代碼。,59,5.4.1時鐘部件－喚醒定時器,喚醒定時器與時鐘的關(guān)系,喚醒定時器檢測到有效時鐘信號后，計數(shù)4096個時鐘脈沖，并在這段時間里初始化系統(tǒng)硬件。如芯片滿足運行條件(Flash初始化完成、外部復(fù)位信號已撤除等)，接通系統(tǒng)時鐘，處理器開始執(zhí)行指令。總之，LPC2000系列芯片的喚醒定時器是根據(jù)晶振的情況來執(zhí)行最短時間的復(fù)位，它在處理器從掉電模式中喚醒或發(fā)生了任何復(fù)位時激活。,60,5.4.1時鐘部件－PLL(鎖相環(huán)),3.鎖相環(huán),LPC2000系列芯片內(nèi)部均具有PLL電路，振蕩器產(chǎn)生的時鐘Fosc通過PLL升頻，可以獲得更高的系統(tǒng)時鐘(Fcclk)。,輸入范圍10～25MHz,將FOSC提升到10～60MHz,61,PLL內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖,5.4.1時鐘部件－PLL(鎖相環(huán)),62,5.4.1時鐘部件－PLL(鎖相環(huán)),PLL的鎖定過程,CCO的輸出頻率受到“相位頻率檢測”部件的控制，輸出所需頻率的過程不是一蹴而就的，而是一個拉鋸反復(fù)的過程。,,,CCO的輸出頻率在高低起伏一段時間后漸漸穩(wěn)定在了預(yù)期的頻率值,輸出頻率穩(wěn)定后即“鎖定”成功,63,5.4.1時鐘部件－PLL(鎖相環(huán)),寄存器描述,與PLL相關(guān)的寄存器有四個，其中三個為控制寄存器，還有一個是狀態(tài)寄存器。,64,寄存器描述,PLLCFG.MSEL[4:0],PLLCON.PLLE,PLLCFG.PSEL[1:0],PLLCON.PLLC,PLL控制寄存器(PLLCON)：,PLLE：PLL使能，該位為1時將激活PLL并允許其鎖定到指定的頻率；,PLLC：PLL連接，當(dāng)PLLE為1，并且在PLL鎖定后，該位為1，將把PLL作為時鐘源連接到CPU，否則直接使用振蕩器時鐘。,PLL配置寄存器(PLLCFG)：,MSEL[4:0]：PLL倍頻器值，在PLL頻率計算中其值為(M-1)；,PSEL[1:0]：PLL分頻器值，在PLL頻率計算中其值為P。,PLL狀態(tài)寄存器(PLLSTAT)：,,,,,,MSEL[4:0]、PSEL[1:0]、PLLE、PLLC：讀出反映這幾個參數(shù)的設(shè)置值，寫入無效；,PLOCK：反映PLL的鎖定狀態(tài)。為0時，PLL未鎖定；為1時，PLL鎖定到指定頻率。,PLL控制位組合：,65,寄存器描述,PLL饋送寄存器(PLLFEED)：,PLLFEED[7:0]：PLL饋送序列必須寫入該寄存器才能使PLL配置和控制寄存器的更改生效。饋送序列分兩步進行，如下所示：step1.將值0 xAA寫入PLLFEEDstep2.將值0 x55寫入PLLFEED,操作示例DISABLE_IRQ();//關(guān)閉中斷，防止饋送序列操作被打斷PLLFEED=0 xAA;//饋送序列第一步PLLFEED=0 x55;//饋送序列第二步ENABLE_IRQ();//饋送序列操作結(jié)束，打開中斷注：這兩個寫操作的順序必須正確，且必須是連續(xù)的VPB總線周期。,66,5.4.1時鐘部件－PLL(鎖相環(huán)),PLL和掉電模式,掉電模式會自動關(guān)閉并斷開PLL。從掉電模式喚醒不會自動恢復(fù)PLL的設(shè)定，PLL的恢復(fù)必須由軟件來完成。通常，首先將PLL激活并等待鎖定，然后再將PLL連接。注：不要試圖在掉電喚醒之后簡單地執(zhí)行饋送序列來重新啟動PLL，因為這會在PLL鎖定建立之前同時使能并連接PLL。,67,5.4.1時鐘部件－PLL(鎖相環(huán)),PLL頻率計算,Fosc為晶體振蕩器的輸出頻率，即PLL的輸入頻率,FOSC,FCCO,FCCO/(2p),FCCO/(2pM),連接PLL之后FCCLK=FCCO/(2p),Fcco為PLL電流控制振蕩器的輸出頻率,Fcclk為PLL最終的輸出頻率(也是處理器的時鐘頻率),Fcco經(jīng)過“2P分頻”部件后得到Fcco/(2p)的頻率,Fcco/(2p)信號經(jīng)過“M分頻”部件，得到Fcco/(2pM)的頻率,PLL鎖定后相位頻率檢測的兩輸入端信號的頻率相等,68,5.4.1時鐘部件－PLL(鎖相環(huán)),PLL頻率計算,可以得出以下幾個等式：Fosc=Fcco/(2pM)?Fcco=Fosc(2pM)Fcclk=Fcco/(2p)?Fcco=Fcclk(2p)最后得出PLL的輸出頻率(當(dāng)PLL激活并連接時)為：Fcclk=MFosc或Fcclk=Fcco/(2P)CCO輸出頻率為：Fcco=Fcclk2P或Fcco=FoscM2P,69,5.4.1時鐘部件－PLL(鎖相環(huán)),確定PLL設(shè)定的過程,2.選擇合適的晶振頻率,3.計算M值,4.計算P值,1.確定處理器時鐘頻率,70,PLL設(shè)置舉例,系統(tǒng)要求Fosc＝10MHz，F(xiàn)cclk＝60MHz。根據(jù)這些要求：確定Fcclk＝60MHz；選擇Fosc＝10MHz；計算M=Fcclk/Fosc＝60MHz/10MHz＝6。M-1＝5，所以寫入PLLCFG[4:0]＝00101；計算P=Fcco/(Fcclk*2)，其中Fcco為156~320MHz。當(dāng)Fcco＝156MHz時，P=156MHz/(2*60MHz)＝1.3當(dāng)Fcco＝320MHz時，P=2.67P取整數(shù)2，所以寫入PLLCFG[6:5]=01。,71,,,,,,,,,,,,PLL設(shè)置舉例,PLL配置過程：,uint8PLLSet(uint32Fcclk,uint32Fosc,uint32Fcco){uint8i;uint32plldat;i=(Fcco/Fcclk);switch(i){case2:plldat=((Fcclk/Fosc)-1)|(0<<5);break;case4:plldat=((Fcclk/Fosc)-1)|(1<<5);break;case8:plldat=((Fcclk/Fosc)-1)|(2<<5);break;case16:plldat=((Fcclk/Fosc)-1)|(3<=10ms,>=300ns,,振蕩器處于穩(wěn)定工作狀態(tài),5.4.3復(fù)位,外部復(fù)位,81,5.4.3復(fù)位,復(fù)位與電源上電次序,V18：數(shù)字1.8V供電電源V18A：模擬1.8V供電電源,V3：數(shù)字3.3V供電電源V3A：模擬3.3V供電電源,CPU內(nèi)核,片內(nèi)外設(shè),,電源管理,,,1.8V為內(nèi)核供電，因此1.8V電源必須正常上電。,82,5.4.3復(fù)位,外部復(fù)位和內(nèi)部WDT復(fù)位的區(qū)別,,,,判斷引腳：P1.20/TRACESYNCP1.26/RTCKBOOT1和BOOT0,判斷引腳：P0.14,執(zhí)行用戶程序或運行ISP程序,,外部復(fù)位,時間,T0,T1,T2,,,WDT復(fù)位,時間,T0,執(zhí)行用戶程序或運行ISP程序,83,Boot程序工作流程—LPC2114/2124,84,Boot程序工作流程—LPC2210/2212/2214,85,5.4.3復(fù)位,復(fù)位與BootBlock,BootBlock的功能包括：,LPC2200系列微控制器可以同時存在片內(nèi)存儲器和片外存儲器，BootBlock通過芯片上的BOOT0和BOOT1引腳來判斷程序的運行。,注：LPC2100系列微控制器只有片內(nèi)Flash，它們無需判斷。,86,5.4.3復(fù)位,復(fù)位與BootBlock,BootBlock的功能包括：,BootBlock在將芯片的控制權(quán)交給用戶程序之前，要先判斷用戶程序是否有效，否則將不運行用戶程序，這樣可以避免在現(xiàn)場設(shè)備中的芯片因為代碼損壞而導(dǎo)致程序亂飛引起事故的情況發(fā)生。,87,CODE32AREAvectors,CODE,READONLYENTRYResetLDRPC,ResetAddrLDRPC,UndefinedAddr...DCD0 xb9205f80LDRPC,[PC,#-0 xff0]LDRPC,FIQ_AddrResetAddrDCDResetInitUndefinedAddrDCDUndefined...NouseDCD0IRQ_AddrDCD0,異常向量表源代碼,Reset[0 xe59ff018][0 xe59ff018]...[0 xb9205f80][0 xe51ffff0][0 xe59ff018][0 x8000008c][0 x80000040]...[0 x00000000][0 x00000000],指令機器碼,獲取跳轉(zhuǎn)地址,用戶代碼有效判別方案,調(diào)整該字使累加和為0,88,5.4.3復(fù)位,復(fù)位與BootBlock,BootBlock的功能包括：,芯片可加密可以保護芯片用戶的知識產(chǎn)權(quán)不受侵害。加密后：芯片禁止JTAG接口調(diào)試;芯片限制ISP命令，只能執(zhí)行芯片整片擦除。,對芯片加密的方法：在芯片F(xiàn)lash的0 x01FC地址處寫入數(shù)據(jù)0 x87654321即可。當(dāng)BootBlock檢測到該地址存在加密標(biāo)志字時，就對芯片的JTAG和ISP操作進行限制，達到加密的效果。,89,5.4.3復(fù)位,復(fù)位與BootBlock,BootBlock的功能包括：,LPC2000系列微控制器內(nèi)部的Flash是無法從外部直接擦寫的，這些功能必須通過IAP代碼來實現(xiàn)。IAP可以實現(xiàn)片內(nèi)Flash的擦除、查空、將數(shù)據(jù)從RAM寫入指定Flash空間、校驗、讀器件ID等功能。應(yīng)用實例：數(shù)據(jù)存儲在線升級,90,5.4.3復(fù)位,復(fù)位與BootBlock,BootBlock的功能包括：,ISP功能是一種非常有用的片內(nèi)Flash燒寫方式。ISP工作時，通過UART0使用約定協(xié)議與計算機上的ISP軟件進行通信，并按用戶的操作要求，調(diào)用內(nèi)部的IAP代碼實現(xiàn)各種功能。比如把用戶代碼下載到片內(nèi)Flash中。有兩種情況可以使芯片進入ISP狀態(tài)1、將芯片的P0.14引腳拉低后，復(fù)位芯片可以進入ISP狀態(tài)；2、在芯片內(nèi)部無有效用戶代碼時，BootBlock進入ISP狀態(tài)。,91,5.4.3復(fù)位,復(fù)位及復(fù)位芯片配置,一些微控制器自己在上電時會產(chǎn)生復(fù)位信號，但大多數(shù)微控制器需要外部輸入這個信號。阻容式復(fù)位電路：,電容兩端電壓不能突變,產(chǎn)生低電平脈沖復(fù)位,電源消失提供迅速放電回路,對電容充電,電容兩端電壓穩(wěn)定為電源電壓,這個電路成本低廉，但不能保證任何情況產(chǎn)生穩(wěn)定可靠的復(fù)位信號，所以一般場合需要使用CAT809、SP708和CAT1025等專門的復(fù)位芯片。,92,5.1LPC2000系列簡介5.2芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)5.3存儲器結(jié)構(gòu)5.4系統(tǒng)控制模塊5.5中斷技術(shù)5.6向量中斷控制器,LPC2000系列微處理器組成與中斷技術(shù),93,5.5中斷技術(shù),5.5.1中斷概念日常生活引入：“讀書－敲門－電話”事件處理過程,,94,中斷概念,什么是中斷，計算機在執(zhí)行正常程序過程中，當(dāng)出現(xiàn)某種異常事件或某種外部請求時，處理器就暫停執(zhí)行當(dāng)前的程序，而轉(zhuǎn)去執(zhí)行對異常事件或某種外部請求的處理操作。當(dāng)處理完畢后，CPU再返回到被暫停執(zhí)行的程序，繼續(xù)執(zhí)行，這個過程稱為中斷。主程序被打斷的地方稱其為斷點，在計算機系統(tǒng)中，實現(xiàn)中斷處理過程打的技術(shù)就稱為中斷技術(shù)，實現(xiàn)該技術(shù)包含的軟件、硬件的總體稱為中斷系統(tǒng)。,95,5.5.2中斷源及管理,中斷源，是指引起中斷的原因或發(fā)出中斷請求的來源。中斷源可分為硬件中斷源和軟件中斷源兩類。中斷請求是隨機發(fā)生的，當(dāng)系統(tǒng)具有多個中斷源時，有時會同時出現(xiàn)多個中斷請求，CPU只能按一定的次序予以響應(yīng)和處理，這個響應(yīng)的次序稱為中斷優(yōu)先級。中斷系統(tǒng)優(yōu)先級有兩層含義：①中斷事件同時發(fā)生時，CPU響應(yīng)誰；②CPU正在執(zhí)行ISR過程中，又有中斷事件，CPU如何處理。,96,不同級別的中斷請求處理原則,不同優(yōu)先級的多個中斷源同時發(fā)出中斷請求，按優(yōu)先級由高到低依次處理。低優(yōu)先級中斷正在處理，出現(xiàn)高優(yōu)先級請求，應(yīng)轉(zhuǎn)去處理高優(yōu)先級請求，服務(wù)結(jié)束后再返回原優(yōu)先級較低的中斷服務(wù)程序繼續(xù)執(zhí)行。高優(yōu)先級中斷正在處理，出現(xiàn)低優(yōu)先級請求，可暫不響應(yīng)。中斷處理時，出現(xiàn)同級別請求，應(yīng)在當(dāng)前中斷處理結(jié)束以后再處理新的請求。,97,中斷優(yōu)先級的確定,有多個中斷源時，多個中斷優(yōu)先級的確定是我們面臨的一個問題，在一般系統(tǒng)中通常用三種方法來確定中斷源的優(yōu)先級別：軟件查詢法，增加簡單硬件電路，進入中斷后，通過軟件按優(yōu)先級進行查詢確定，首先處理高優(yōu)先級中斷；硬件排隊電路法，通過鏈?zhǔn)接布抨犽娐?，硬件確定優(yōu)先級，高優(yōu)先級直接可以屏蔽低優(yōu)先級；專用中斷控制電路法，在ARM嵌入式系統(tǒng)中，通過向量中段控制器確定。,98,中斷源管理,99,5.5.3中斷處理過程,中斷處理過程一般包括以下五個步驟:：中斷請求、中斷響應(yīng)、斷點保護、中斷處理和中斷返回。1.中斷請求物理事件轉(zhuǎn)換成一個電信號作為事件請求處理的申請。中斷處理過程中，首先要有中斷請求（中斷申請）。該信號可被屏蔽控制。,100,5.5.3中斷處理過程,2.中斷響應(yīng)（軟件設(shè)置，硬件自動工作）CPU收到請求并進入到ISR的一系列動作：CPU總是在每條指令執(zhí)行的最后一個時鐘周期檢測有無中斷請求，若有中斷申請則對其進行響應(yīng)。中斷響應(yīng)的同時，中斷系統(tǒng)自動屏蔽控制，以保證中斷邏輯的正確性。中斷響應(yīng)還要獲得相應(yīng)的中斷向量，找到對應(yīng)的ISR并運行它。一般有兩種方式：非向量中斷方式和向量中斷方式。不同的中斷系統(tǒng)，中斷響應(yīng)的具體操作差別較大，基本原理相似。,101,5.5.3中斷處理過程,3.斷點保護（硬件自動工作）保護斷點，保障ISR能返回到主程序的斷點處繼續(xù)運行；斷點保護----主程序被打斷時的PC當(dāng)前值備份。不同的系統(tǒng)中，保護的方法不一樣：x86將PC值入堆棧，ARM將PC值保護到LR。此操作都是由硬件自動完成。PSW----程序狀態(tài)字的保護；不同的系統(tǒng)中，保護的方法不一樣：x86需要軟件方式將PSW值入堆棧，ARM中CPSR硬件自動保護到SPSR。,102,5.5.3中斷處理過程,4.中斷處理（軟件編程）保護CPU數(shù)據(jù)現(xiàn)場，事件業(yè)務(wù)處理，恢復(fù)CPU數(shù)據(jù)現(xiàn)場；CPU數(shù)據(jù)現(xiàn)場保護----ISR運行中用到的數(shù)據(jù)寄存器要先保護后使用，以保證返回時主程序的中間結(jié)果不被影響；一般通過入堆棧實現(xiàn)，也有些場合通過切換CPU的寄存器組實現(xiàn)；PSW----程序狀態(tài)字的保護；不同的系統(tǒng)中，保護的方法不一樣；事件處理代碼完成對應(yīng)的事件服務(wù)功能；恢復(fù)CPU數(shù)據(jù)現(xiàn)場---將保護數(shù)據(jù)原樣恢復(fù)。,103,5.5.3中斷處理過程,5.中斷返回（軟件編程）執(zhí)行完ISR后，要返回到原先被中斷的主程序的斷點處繼續(xù)運行；斷點保護的逆過程，使用之前保護的PC值，重置PC；不同的計算機有不同的中斷返回方法；x86使用專用的中斷返回指令（reti），ARM則是使用LR的值重置PC。,104,5.1LPC2000系列簡介5.2芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)5.3存儲器結(jié)構(gòu)5.4系統(tǒng)控制模塊5.5中斷技術(shù)5.6向量中斷控制器,LPC2000系列微處理器組成與中斷技術(shù),105,5.6向量中斷控制器,5.6.1向量中斷分類ARM7TDMI內(nèi)核具有兩個中斷輸入，分別為IRQ中斷和FIQ中斷。向量中斷控制器（VIC,VectoredInterruptController）負(fù)責(zé)管理芯片的中斷源，最多可以管理32個中斷輸入請求，16個向量IRQ中斷和1個非向量中斷。常見的中斷源有：WDT（看門狗）、Timer（定時計數(shù)器）、PWM（脈寬調(diào)制器）、UART（通用異步收發(fā)器）、I2C（I2C接口）、SPI（SPI接口）、RTC（實時時鐘）、A/D（模數(shù)轉(zhuǎn)換器）、EINT（外中斷）等.,106,LPC2000系列處理器各功能模塊中斷標(biāo)志以及VIC通道分配,107,5.6.2向量中斷結(jié)構(gòu),108,5.6.2向量中斷結(jié)構(gòu),ARM技術(shù)中的‘中斷’和‘異?！涸贏RM中包含有7種異常：復(fù)位異常、SWI異常（軟中斷異常）、未定義指令異常、數(shù)據(jù)中止異常、指令中止異常、IRQ異常和FIQ異常?！袛唷恰惓！膬蓚€特例。習(xí)慣上將以IRQ異常方式傳遞、響應(yīng)的中斷稱之為“IRQ中斷”；以FIQ異常方式傳遞、響應(yīng)的中斷稱之為“FIQ中斷”。IRQ中斷又根據(jù)中斷服務(wù)程序入口地址的定位方式，被進一步劃分為‘向量IRQ中斷’和‘非向量IRQ中斷’。,109,5.6.2向量中斷結(jié)構(gòu),程序狀態(tài)寄存器CPSR與VIC的關(guān)系,ARM內(nèi)核通過CPSR來監(jiān)視和控制內(nèi)部的操作，CPSR中的“I”位和“F”位分別用來控制IRQ模式和FIQ模式的使能。,,,,CPU,,,,,,,,,ARM7TDMI-S,VIC,,,IRQ,FIQ,CPSR[7]（I）,CPSR[6]（F）,110,5.6.2向量中斷結(jié)構(gòu),程序狀態(tài)寄存器CPSR與VIC的關(guān)系,當(dāng)I=1時，禁止IRQ中斷,當(dāng)I=0時，使能IRQ中斷,,111,5.6.2向量中斷結(jié)構(gòu),程序狀態(tài)寄存器CPSR與VIC的關(guān)系,當(dāng)F=1時，禁止FIQ中斷,當(dāng)F=0時，使能FIQ中斷,,112,5.6.2向量中斷結(jié)構(gòu),中斷輸入請求可以在VIC中被設(shè)置為以下三類：FIQ中斷：具有最高優(yōu)先級；向量IRQ中斷：具有中等優(yōu)先級；非向量IRQ中斷：具有最低優(yōu)先級；,這三類中斷中，F(xiàn)IQ中斷優(yōu)先級最高，1個FIQ中斷時響應(yīng)最快，當(dāng)分配給FIQ中斷請求多于1個，VIC將FIQ中斷“相或”后向ARM產(chǎn)生FIQ信號，F(xiàn)IQ服務(wù)程序通過讀取狀態(tài)寄存器識別FIQ請求源，并分別予以處理。向量中斷IRQ（VectoredIRQ）優(yōu)先級中等，該級別可分配32個請求中的16個，32個中斷請求可靈活配置，中斷通道號可靈活配置到插槽slot0～slot15中，其中配置到slot0優(yōu)先級最高，配置到slot15級別在16個向量IRQ中最低。非向量IRQ（Non-vectoredIRQ）優(yōu)先級在VIC控制中最低。VIC將所有向量和非向量IRQ“相或”后向ARM處理器產(chǎn)生IRQ信號。,113,114,,,,,5.6.3向量中斷寄存器,115,控制寄存器功能描述,5.6.3向量中斷寄存器,116,寄存器描述－參數(shù)設(shè)置寄存器,,,,,,,,117,IRQ中斷相關(guān)寄存器,5.6.3向量中斷寄存器,注意：如果將同一個中斷源分配給多個使能的向量IRQ中斷，那么該中斷源發(fā)生中斷時，會使用最高優(yōu)先級（最低編號）的寄存器設(shè)置。,118,產(chǎn)生中斷后的服務(wù)程序地址,5.6.3向量中斷寄存器,119,寄存器描述－狀態(tài)寄存器,,,,注意：讀取VICRawIntr寄存器將得到所有32個中斷請求和軟件中斷的狀態(tài)，它不管中斷是否使能或分類。,120,保護使能寄存器,5.6.3向量中斷寄存器,保護使能寄存器（VICProtection)：,在某些場合可能需要禁止在用戶模式下訪問VIC寄存器，以提高軟件的安全等級。,121,5.6.4向量中斷的處理過程,ARM的FIQ、IRQ中斷是五種異常中的兩種，ARM使用對“異?！表憫?yīng)處理的方法響應(yīng)處理FIQ、IRQ中斷。FIQ異常響應(yīng)的服務(wù)入口地址固定為：0 x0000001C；IRQ異常響應(yīng)的服務(wù)入口地址固定為：0 x00000018；IRQ中斷一般要對應(yīng)多個中斷源，IRQ_ISR入口地址處理需要特殊處理；ARM啟動代碼的異常向量表部分：0 x00LDRPC,ResetAddr;跳轉(zhuǎn)到ResetAddr單元0 x04LDRPC,UndefinedAddr0 x08LDRPC,SWI_Addr0 x0CLDRPC,PrefetchAddr0 x10LDRPC,DataAbortAddr0 x14DCD0 xb9205f80;用戶代碼有效性檢查碼0 x18LDRPC,[PC,#-0 xff0];PC←(PC)–0 xff00 x1CLDRPC,FIQ_Addr,122,5.6.4向量中斷的處理過程,ARM啟動代碼的異常向量表部分說明：IRQ語句含義如下：0 x18LDRPC,[PC,#-0 xff0];PC←(PC)–0 xff0這條指令的地址是0 x18，執(zhí)行該指令時PC=0 x20；執(zhí)行的結(jié)果為PC=[0 x20－0 xff0]=[0 xfffff030]；0 xfffff030恰是VICVectAddr寄存器的地址；結(jié)論：ARM處理器響應(yīng)IRQ異常時，固定按VICVectAddr寄存器間接轉(zhuǎn)移。FIQ中斷語句含義，通常系統(tǒng)中僅安排一個FIQ中斷源，因此，F(xiàn)IQ異常響應(yīng)的服務(wù)入口地址就是“FIQ_ISR”入口地址：0 x1CLDRPC,FIQ_Addr,123,,FIQ中斷處理,5.6.4向量中斷的處理過程,SUBSPC,LR,#4,,124,,IRQ中斷處理,5.6.4向量中斷的處理過程,硬件處理,軟件處理,125,5.6.5IRQ中斷的設(shè)計實例,將定時器0中斷分配為向量IRQ通道0，中斷服務(wù)程序地址設(shè)置為Timer0_ISR。,C代碼：,步驟：,IRQ通道0控制寄存器VICVectCntl0,向量IRQ通道0控制寄存器位分配,位,數(shù)值,,126,,圖示IRQ中斷的發(fā)生過程,,1.正在執(zhí)行用戶程序；,①,2.外部中斷0發(fā)生中斷；,②,3.VIC硬件將中斷服務(wù)程序地址裝入VICVectAddr寄存器；,,④,4.程序跳轉(zhuǎn)至異常向量表中IRQ入口0 x0018處；,5.執(zhí)行指令跳轉(zhuǎn)至VICVectAddr寄存器中的中斷服務(wù)地址；,,⑤,⑥,6.中斷服務(wù)程序執(zhí)行完畢，返回被中斷的用戶程序繼續(xù)執(zhí)行被中斷的代碼。,,,127,,圖示IRQ中斷的發(fā)生過程,,①,②,,④,,⑤,⑥,,,IRQ_Eint0,,注意：任何IRQ中斷產(chǎn)生之后，微控制器跳轉(zhuǎn)到地址0 x18執(zhí)行代碼，該地址處的指令為：LDRPC,[PC,#-0 xff0]在執(zhí)行該指令時，PC指向當(dāng)前指令后的第2條指令，即地址0 x20。該指令將內(nèi)存地址：0 x20-0 xFF0＝0 xFFFFF030處的內(nèi)容存入PC，該地址正是VICVectAddr寄存器的地址。所以一條ARM指令即可實現(xiàn)程序向中斷服務(wù)程序的跳轉(zhuǎn)。,128,使用VIC的注意要點,如果在片內(nèi)RAM中調(diào)試程序，并使用了中斷，那么必須將存儲器映射控制設(shè)置為內(nèi)部RAM模式；將多個中斷源設(shè)置為FIQ，將增加中斷響應(yīng)延時，所以建議FIQ中斷只有一個中斷源；ADS1.2規(guī)定在定義中斷服務(wù)函數(shù)時必須加入關(guān)鍵字“__irq”，保證函數(shù)返回時會切換處理器模式；在退出中斷服務(wù)程序時要清零相應(yīng)外設(shè)的中斷標(biāo)志，以及VICVectAddr寄存器，為響應(yīng)下次中斷作好準(zhǔn)備。,129,VIC相關(guān)啟動代碼分析,.../*初始化VIC*/VICIntEnClr=0 xffffffff;VICVectAddr=0;VICIntSelect=0;...,在LPC2100、LPC2200的啟動代碼中包含有VIC初始化程序，默認(rèn)是禁止所有中斷。,TargetResetInit函數(shù)：,InitStack...MSRCPSR_c,#0 xdfLDRSP,=StackUsrMOVPC,R0,在LPC2100、LPC2200的啟動代碼中默認(rèn)是關(guān)閉IRQ和FIQ中斷的。如果用戶需要使用這兩個中斷，則要設(shè)置CPSR寄存器的I位或F位，這需要在特權(quán)模式下處理。最簡單的方法是在啟動代碼中設(shè)置（修改0 xdf值）。,處理器各模式堆棧設(shè)置：,130,5.6.5IRQ中斷的設(shè)計實例——VIC相關(guān)啟動代碼分析,CODE32AREAvectors,CODE,READONLYENTRYResetLDRPC,ResetAddrLDRPC,UndefinedAddr...DCD0 xb9205f80LDRPC,[PC,#-0 xff0]LDRPC,FIQ_AddrResetAddrDCDResetInitUndefinedAddrDCDUndefined...NouseDCD0IRQ_AddrDCD0FIQ_AddrDCDFIQ_Handler,異常向量表：,一旦產(chǎn)生IRQ中斷，微控制器切換到IRQ模式，并跳轉(zhuǎn)到向量表0 x0018地址執(zhí)行指令。,一旦產(chǎn)生FIQ中斷，微控制器切換到FIQ模式，并跳轉(zhuǎn)到向量表0 x001C地址執(zhí)行指令，然后跳轉(zhuǎn)到FIQ_Handler代碼段。,,,,,131,本章小結(jié),本章首先介紹了ARM系列芯片特點及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)部由ARM7內(nèi)核、局部總線、先進的高性能（AHB）總線和連接外設(shè)的外圍總線（VPB）連接各種資源。通過對存儲器結(jié)構(gòu)分析，介紹了ARM處理器各種資源的地址分布以及地址映射，片內(nèi)外存儲器資源及編程作了介紹，引入存儲器重映射概念，增加了系統(tǒng)的靈活性，包括引導(dǎo)塊“BootBlock”重映射和異常向量表的重映射，分析了引入重映射的目的，重映射的原理以及重映射的實現(xiàn)機制，給出了ARM微處理器在上電或復(fù)位后程序運行流程以及啟動代碼流程。系統(tǒng)控制模塊的功能部件影響全局，系統(tǒng)控制模塊對時鐘、鎖相環(huán)、功率控制以及復(fù)位等電路做了介紹。中斷是嵌入式處理器與外設(shè)傳輸數(shù)據(jù)很重要的一種方式，在中斷技術(shù)中講述了中斷概念、多個中斷源的管理以及一般中斷的處理過程。嵌入式處理器中斷源很多，LPC2000系列處理器通過向量中斷控制器VIC統(tǒng)一管理，通過對向量中斷控制器VIC的結(jié)構(gòu)分析，給出了向量中斷的處理過程。,132,作業(yè),2，3，4，5，7，8,