PIC-микроконтроллеры. Все, что вам необходимо знать

Микроконтроллеры могут реагировать на запросы прерывания от самых разных источников, находящихся вне микроконтроллера, либо от различных портов и периферийных устройств, имеющихся в составе конкретного представителя семейства. Например, микроконтроллеры PIC16F874/7 поддерживают до 13 различных прерываний от этих периферийных устройств, а также одно внешнее прерывание, подаваемое через вывод INT (вывод 6 на Рис. 4.1, стр. 89). Вход внешнего прерывания использует ту же ножку микроконтроллера, к которой подключена 0-я линия порта В, т. е. вывод RB0. Программист может в индивидуальном порядке запретить или разрешить прерывания от этих источников, а также полностью запретить работу всей системы прерываний. Поскольку процесс реакции на прерывание практически не зависит от его источника, в этой главе мы главным образом будем вести речь именно об этом внешнем прерывании.

С учетом случайного характера внешних событий отклик процессора на запрос прерывания будет выглядеть следующим образом:

1. Завершение исполнения текущей команды.

2. Автоматическое сохранение, по меньшей мере, состояния счетчика команд (PC) — это необходимо для возврата из обработчика прерывания. Некоторые процессоры (такие как микроконтроллеры PIC старшего семейства) могут также автоматически сохранять содержимое регистра STATUS и других внутренних регистров.

3. Переход к соответствующей процедуре обработки прерывания.

4. Выполнение требуемых действий.

5. Восстановление состояния процессора и возврат к тому месту основной программы, в котором произошло прерывание.

Короче говоря, возникновение сигнала прерывания приводит к тому, что микроконтроллер прекращает выполнение текущей задачи, сохраняет свое состояние в прерываемой фоновой программе в стеке и переходит к выполнению специальной подпрограммы, называемой процедурой обработки прерывания (Interrupt Service Routine — ISR). Эта высокоприоритетная процедура представляет собой обычную подпрограмму, которая выполняется при наступлении заданного события.

Конкретные детали отклика на запрос прерывания в некоторой степени отличаются от процессора к процессору. В микроконтроллерах семейства среднего уровня реакция на прерывание осуществляется следующим образом (см. Рис. 7.2)[99]:

Рис. 7.2.Отклик на запрос прерывания

1. При выполнении каждой команды процессор проверяет наличие запроса прерывания от разрешенного источника. Независимо от наличия такого запроса он дожидается завершения исполнения команды, т. е. выполнение команды не прерывается даже в случае команд, выполняющихся за 2 машинных цикла.

2. Если такой запрос отсутствует, микроконтроллер просто переходит к выполнению следующей команды, и описанный процесс повторяется.

3. При наличии запроса следующие три машинных цикла затрачиваются на передачу управления процедуре обработки прерывания. Из этих циклов первый является холостым[100], а во время двух оставшихся производится сброс конвейера. Эта задержка длительностью от 3 до 4 машинных циклов между подачей внешнего сигнала на вывод INT и моментом выполнения 1-й команды обработчика называется задержкой обработки прерывания (interrupt latency). Бóльшую точность получить нельзя в связи со случайной природой сигнала внешнего прерывания, который может появиться на любом этапе машинного цикла.

4. Во время этой задержки микроконтроллеры PIC выполняют следующие операции:

а) Запрещается вся система прерываний, что гарантирует блокирование всех прерываний на время обработки текущего. Это осуществляется сбросом 7-го бита регистра управления прерываниями INTCON, который на Рис. 7.3 помечен как флаг общего разрешения прерываний (GIE). Указанный бит является маской прерывания, поскольку он используется для маскирования активности прерываний. При сбросе микроконтроллера бит GIE всегда сбрасывается, так что по умолчанию прерывания запрещены.

б) Состояние 13-битного счетчика команд заносится в стек точно так же, как и при выполнении команды call (см. Рис. 6.3 на стр. 172). Как и в случае подпрограмм, эта операция позволяет процессору после выхода из процедуры обработки прерывания вернуться к выполнению прерванной фоновой программы. Поскольку в PIC-микроконтроллерах среднего уровня реализован 8-уровневый аппаратный стек, из обработчика прерывания можно вызывать до семи вложенных друг в друга подпрограмм.

в) Первая команда обработчика прерывания всегда размещается по адресу h’004’ памяти программ. Так что завершающий этап рассматриваемой последовательности состоит в занесении в PC указанного адреса, называемого вектором прерывания. Разумеется, если код обработчика прерывания находится в каком-либо другом месте памяти программ, то первой командой будет команда goto, как показано в Программе 7.1.