【S32K 進(jìn)階之旅】Interrupt 模塊介紹與應(yīng)用

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一、 S32K144 Interrupt介紹
1. Arm Cortex-M4F 中斷結(jié)構(gòu)及中斷過(guò)程

ARM Cortex-M4F 內(nèi)核模塊框圖

S32K144 內(nèi)核ARM Cortex-M4F 把中斷分為內(nèi)核中斷與非內(nèi)核模塊中斷，并對(duì)內(nèi)核中斷和非內(nèi)核中斷進(jìn)行了統(tǒng)一編號(hào)（0~254），非內(nèi)核中斷的中斷請(qǐng)求號(hào)（IRQ）為 0~238，對(duì)應(yīng)于中斷向量號(hào)的 15~254。中斷結(jié)構(gòu)原理圖如下：

ARM Cortex-M4F 中斷結(jié)構(gòu)原理圖

M4F 的中斷由 M4F 內(nèi)核、嵌套向量中斷控制器（Nested Vectored Interrupt Controller，NVIC）及模塊中斷源組成。中斷過(guò)程分為兩步：第一，模塊中斷源向 NVIC 發(fā)出中斷請(qǐng)求信號(hào)；第二步，NVIC 對(duì)發(fā)來(lái)的中斷信號(hào)進(jìn)行處理，判斷該模塊中斷源是否被使能，若使能，則通過(guò)專用外設(shè)總線（Private Peripheral Bus，PPB）發(fā)送給 M4F 內(nèi)核，由內(nèi)核進(jìn)行中斷處理。如果同時(shí)有多個(gè)中斷信號(hào)到來(lái)，NVIC 則根據(jù)設(shè)定好的中斷優(yōu)先級(jí)進(jìn)行判斷，優(yōu)先級(jí)高的中斷被響應(yīng)，優(yōu)先級(jí)低的中斷被掛起，壓入堆棧保存；如果優(yōu)先級(jí)完全相同的多個(gè)中斷源同時(shí)請(qǐng)求，則先響應(yīng) IRQ 號(hào)較小的，其他被掛起。
2. NVIC 寄存器映射

NVIC 寄存器映射地址（Cortex-M4 User Guide）

• 中斷使能寄存器（NVIC_ISER）
• 中斷禁止寄存器（NVIC_ICER）
• 中斷掛起寄存器（NVIC_ISPR）
• 清除掛起寄存器（NVIC_ICPR）
• 中斷活動(dòng)位寄存器（NVIC_IABR）
• 優(yōu)先級(jí)寄存器（NVIC_IPR）

上表列出了 NVIC 的寄存器映射，由于 NVIC 屬于內(nèi)核外設(shè)，具體的寄存器用法可以參考手冊(cè)《Cortex?-M4 Devices Generic User Guide》。


二、 S32DS Interrupt例程簡(jiǎn)介與應(yīng)用
下面我們以 S32DS 開發(fā)環(huán)境中自帶的例程 hello_Interrupts_s32k144為例。
1. 例程導(dǎo)入

• 打開S32 Design Studio，點(diǎn)擊：“File”->“New”->“S32DS Project from Example”。

• 在彈出的窗口選取 S32K144 目錄下的 hello_interrupts 例程，點(diǎn)擊“Finish”。

• 點(diǎn)擊左上角“Build”按鈕，編譯例程。

• 點(diǎn)擊“Debug”按鈕。進(jìn)入例程Debug頁(yè)面。

• 點(diǎn)擊運(yùn)行程序 按鈕，D11 LED blue 燈 1s閃爍。

D11 1s閃爍藍(lán)燈

2. 例程簡(jiǎn)介

• Hello Interrupt介紹

此例程通過(guò)配置時(shí)鐘、GPIO、LPIT0和NVIC，將定時(shí)器實(shí)現(xiàn)的LED燈閃爍的程序放在中斷程序中實(shí)現(xiàn)LED燈的藍(lán)燈1s閃爍。

• Hello Interrupt框圖

3. 例程設(shè)計(jì)思路

• 初始化中斷需要在 NVIC中 寫入 3 句代碼來(lái)實(shí)現(xiàn)：
• 清除先前未完成的中斷（假如有中斷未完成）
• -在清除掛起寄存器(ICPR)中的對(duì)應(yīng)位寫1
• 啟用所需中斷
• -在中斷使能寄存器(ISER)中的對(duì)應(yīng)位寫1
• 設(shè)置中斷優(yōu)先級(jí)
• -在對(duì)應(yīng)的中斷優(yōu)先級(jí)寄存器(IP)中寫入一個(gè)在0~15之間的優(yōu)先級(jí)

• 程序設(shè)計(jì)思路：
• 初始化端口 D module
• 使能端口 D 時(shí)鐘
• 配置 PTD0 為輸出模式（藍(lán)燈）
• 初始化系統(tǒng)時(shí)鐘（SOSC）為8MHz
  • 初始化 SOSC 分頻器
  • 配置范圍，高增益，參考系數(shù)
  • 確保 SOSC 控制狀態(tài)寄存器是可寫的
  • 使能 SOSC 控制狀態(tài)寄存器中的 SOSC
  • 等待 SOSC 生效

• 初始化系統(tǒng)鎖相環(huán)（SPLL）為160MHz
  • 確保 SPLL 禁止配置
  • 初始化 SPLL 分頻器
  • 初始化 PLL 分頻和倍頻系數(shù)

• Fpll = Fosc / PLL Ref Clk Divider x Sys PLL Multiplier / 2 = 8 MHz / 1 x 20 / 2= 160 MHz
  • 確保 SPLL 控制狀態(tài)寄存器可寫
  • 使能 SPLL 控制狀態(tài)寄存器中的 SPLL
  • 等待 SPLL 生效

• 初始化 LPIT 0 通道
  • 使能時(shí)鐘源為 SPLL_DIV2_CLK
  • 使能 LPITO 寄存器時(shí)鐘
  • 使能 LPIT0 模塊
  • 初始化 0 通道：
  • 使能該通道中斷
    • 超時(shí)時(shí)間=1s
    • 設(shè)置計(jì)數(shù)器模式并使能 0 通道

• 改變 SPLL 工作模式為 Normal RUN Mode
  • 初始化 CORE、BUS、FLASH 的分頻系數(shù)
  • 切換系統(tǒng)時(shí)鐘為 SPLL（160MHz）

• 禁止看門狗
• 主函數(shù)：永遠(yuǎn)等待
• LPIT_0 0 通道中斷處理程序：
  • 清除通道溢出位
    • 裝載計(jì)數(shù)器
    • 翻轉(zhuǎn) PTD0 GPIO 輸出

三、 例程代碼解釋以及寄存器介紹
1. void NVIC_init_IRQs (void)

• S32_NVIC->ICPR[1] = 1 << (48 % 32); /* IRQ48-LPIT0 ch0: clr any pending IRQ*/

ICPR: Interrupt Clear-pending Registers 中斷清除掛起寄存器

NVIC ICPR 寄存器映射地址

NVIC_ICPR0-NVIC_ICPR7 寄存器清除推遲狀態(tài)的中斷，并顯示推遲中的中斷。操作方法如下：

S32K144 向量表

查詢 S32K144.h 可得 PORTD 的向量值為 64，對(duì)應(yīng) IRQ 為 48。查詢 S32K144 NVIC 寄存器地址可以看到 256 個(gè)中斷向量被分為 8 個(gè)寄存器，每個(gè)寄存器共 32 位。通過(guò)移位運(yùn)算給 PORTD 對(duì)應(yīng)的 ICPR 寄存器賦值 1，清除 PORTD 中斷。

• S32_NVIC->ISER[1] = 1 << (48 % 32); /* IRQ48-LPIT0 ch0: enable IRQ */

ISER：Interrupt Set-enable Registers 中斷使能寄存器

NVIC ISER 寄存器映射地址

NVIC_ISER0-NVIC_ISER7 寄存器使能中斷，并顯示已經(jīng)使能的中斷。

通過(guò)移位運(yùn)算給 PORTD 對(duì)應(yīng)的的 ISER 寄存器賦值 1，使能 PORTD 中斷。

• S32_NVIC->IP[48] = 0x0A; /* IRQ48-LPIT0 ch0: priority 10 of 0-15*/

IP：Interrupt Priority Registers 中斷優(yōu)先級(jí)寄存器

NVIC IPR寄存器映射地址

NVIC_IPR0-NVIC_IPR59 寄存器為每一個(gè)中斷提供8 bit的優(yōu)先級(jí)域，每個(gè)寄存器（32bit）包含4個(gè)優(yōu)先級(jí)域。這些寄存器都是可以設(shè)置的。

NVIC IPR 寄存器分配

NVIC IPR 寄存器與優(yōu)先級(jí)域?qū)φ?br />
通過(guò)位運(yùn)算直接給 PORTD 對(duì)應(yīng)的IPR寄存器賦值優(yōu)先級(jí)，優(yōu)先級(jí)為 8 bit 數(shù)值。

2. void LPIT0_Ch0_IRQHandler (void) {}
中斷函數(shù)，在需要中斷的模塊名后添加IRQHandler。

3. 主程序
等待中斷狀態(tài)。

四、 參考文獻(xiàn)
[1] Cortex?-M4 Devices Generic User Guide.pdf，ARM
[2] S32K1xx Series Cookbook.pdf，NXP
[3] S32K144 Reference Manual.pdf，NXP

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