Стивен Барретт - Встраиваемые системы. Проектирование приложений на микроконтроллерах семейства 68HC12/HCS12 с применением языка С

В противоположность только что рассмотренному полностью предсказуемому потоку событий, который формируется самой микропроцессорной системой, существует еще поток внешних событий, очередность и моменты возникновения которых не синхронизированы с исполнением центральным процессором тех или иных команд прикладной программы. Однако МК должен реагировать на эти события, для чего необходимо изменить последовательность исполнения операторов программы в произвольный, непредсказуемый с точки зрения устройства управления центральным процессором момент времени. Такое изменение реализуется принудительной записью нового значения в счетчик команд PC под управлением специальных аппаратных средств микроконтроллера, которые реагируют на внешние события. Включение в работу механизма принудительного изменения текущего значения счетчика команд нельзя считать аварийным состоянием микропроцессорной системы. Это лишь специальное состояние, которое позволяет организовать эффективное распределение ресурса одного центрального процессора для обслуживания нескольких устройств, генерирующих в реальном времени несвязанные между собой внешние события.

Встроенный в МК механизм реагирования на внешние события авторы данной книги именуют исключениями, поскольку внешние события нарушают нормальную, назначенную программистом последовательность исполнения команд. По способу обработки микроконтроллером исключения подразделяются на прерывания и сброс. В русскоязычной литературе термин «исключение» обычно не используется, и говорят просто о состоянии прерывания или о состоянии сброса микроконтроллера (примечание переводчика). Сохраняя оригинальный стиль авторов, далее в книге будем использовать термин «исключение».

Рассматривая далее технические особенности подсистемы прерывания МК семейства 68HC12/HCS12, мы должны обсудить общие для всех микропроцессорных систем алгоритмы обработки прерываний:

• Каждое событие, на которое микропроцессорная система должна реагировать с использованием механизма прерывания, называется запросом на прерывание. Последовательность команд, которая должна быть исполнена при возникновении запроса на прерывание, называется подпрограммой прерывания ISR (Interrupt Service Routing). При возникновении запроса на прерывание текущая исполняемая программа, которую в русскоязычной литературе называют фоновой, должна быть приостановлена для выполнения подпрограммы прерывания ISR. По завершении последней исполнение фоновой программы должно быть продолжено.

• В момент приостанова исполнения фоновой программы, содержимое всех регистров центрального процессора должно быть сохранено в специальной области ОЗУ, которая называется «стек». В составе центрального процессора обязательно имеется регистр «указатель стека SP», который содержит адрес области памяти, в которой сохранили значения остальных регистров центрального процессора. По завершении исполнения подпрограммы прерывания этот адрес будет использован для восстановления значений регистров центрального процессора из стека, чтобы далее продолжить исполнение фоновой программы.

• Аппаратный флаг, который был установлен внешним событием для генерации запроса на прерывание, должен быть обязательно сброшен до завершения исполнения подпрограммы прерывания ISR. Если этого не будет сделано, то МК снова перейдет к исполнению подпрограммы прерывания. Таким образом, реакция МК на один и тот же запрос может получиться многократной, что не предусматривается алгоритмом управления.

• После завершения выполнения подпрограммы прерывания, содержимое счетчика команд и всех регистров центрального процессора восстанавливается из стека. В результате, исполнение фоновой программы возобновляется с того оператора, на котором она была приостановлена.

• Сразу после начального запуска МК должен выполнить процедуры инициализации (начальной установки), которые позволят настроить подсистему прерывания микроконтроллера необходимым образом. И лишь после этого можно разрешать обработку прерываний в микроконтроллере.

Отметив эти общие свойства подсистемы прерывания, обратимся к более подробному рассмотрению последней в МК семейства 68HC12/HCS12.

МК семейства 68HC12/HCS12 обладают мощной системой обработки исключений. По способу реакции микроконтроллера на возмущающие события исключения делятся на прерывание и на сброс. В русскоязычной литературе используют следующие словосочетания с терминами «прерывание» и «сброс» (прим. переводчика):