从51到ARM裸机开发实验(009)LPC2138 中断实验

news2024/11/23 17:14:06

一、场景设计

        中断的概念在《从51到ARM裸机开发实验(007) AT89C51 中断实验》中已经介绍过，LPC2138的Keil工程创建在《从51到ARM裸机开发实验(005)LPC2138 GPIO实验》中已经介绍过。本次使用LPC2138来实现一个这样的场景：四个LED依次亮灭，时间间隔最小0.1秒，最大1秒，要求精确延时。使用两个按键分别控制间隔时间的增减，每按一次增或减0.1秒。精确延时用定时器中断实现，按键响应使用外部中断实现。(Protues仿真的时间和现实时间差距较大，可以注意Protues左下方的仿真时间或者接示波器观察曲线变化时间间隔)。

二、LPC2138时钟系统

        从芯片手册可以看到，PCLK时钟(记住这个时钟，它是定时器发挥作用的前置条件)是由CCLK时钟经过分频而来，分频多少由寄存器VPBDIV决定。PCLK可以等CCLK或1/2CCLK或1/4CCLK。那么CCLK又是怎么来的呢？它是晶振或外部时钟源经PLL锁相环配置而来。

        关于寄存器更详细的解释见文末附件中的芯片数据手册。
本实验中的采用的晶振频率为10MHz，将系统配置为 Fosc ＝ 10MHz ， CCLK＝ 60MHz 。根据芯片手册的描述计算如下：
M=cclk/Fosc ＝ 60MHz/10MHz ＝ 6 。因此， M-1 ＝ 5 写入 PLLCFG4:0 。
P 值可由 P=Fcco/(cclk*2) 得出， Fcco 必须在 156MHz~320MHz 内。假设 Fcco 取最低频率 156MHz ，则P=156MHz/(2*60MHz) ＝ 1.3 。 Fcco 取最高频率可得出 P=2.67 。因此，同时满足 Fcco 最低和最高频率要求的 P 值只能为 2 。所以， PLLCFG=6:5=1 。

接下来配置VPBDIV，本实验中将PCLK配置为CCLK的1/4，即15MHz。

三、LPC2138中断系统

        本实验中使用EINT0和EINT1两个中断。

EINT0使用P0.16 配置PINSEL1寄存器1:0位为01
EINT0使用P0.14 配置PINSEL0寄存器29:28位为10

        通过以下两个寄存器配置中断的触发方式：

重点内容：LPC2138不支持中断嵌套。LPC2138为ARM7TDMI内核。是一种ARM处理器架构，具体来说是ARMv4T微架构。在这种处理器中，如果当前处于一个高优先级中断处理程序中，而此时又发生了一个同级别或更低优先级的中断，那么处理器将不会立即进入这个新的中断处理程序，即不支持中断嵌套。这意味着如果一个中断服务程序(ISR)正在执行，并且在该ISR完成之前又发生了一个中断，这第二个中断将被忽略，直至当前的ISR执行完毕。
问题解决方法：① 优化中断处理程序：确保每个中断处理程序尽可能短小精悍，以减少中断处理时间，从而减少对中断嵌套的需求。② 使用轮询方式：如果确实需要在一个中断处理程序执行期间处理另一个中断，可以在ISR中设置一个标志，然后在ISR返回前将控制权交还给处理器，然后在主循环中或者一个低优先级中断中处理这个标志。③ 优先级重新配置：在系统设计中，可以为某些中断设置高的优先级，以确保在处理低优先级中断时不会被高优先级中断打断。④ 使用专用的嵌套向量中断控制器(NVIC)：如果硬件和ARM核支持中断嵌套，可以配置NVIC来允许中断嵌套。
在实际应用中，通常会根据实际需求和系统资源，选择最合适的解决方案。如果系统对中断响应有严格的实时要求，且对中断处理时间有严格控制，那么可能需要重新评估系统设计，避免不必要的中断嵌套，或采取措施减少每个中断的处理时间。

LPC2138的中断实现方式：

①、通过VICVectAddrX指定某中断(此时还不知道是哪个中断)发生时的执行函数。

②、通过VICVectCntlX控制寄存器，启用编号为X的中断，并将某VIC通道的中断(指定哪个VIC通道号就是哪个中断)和X中断进行关联。

③、通过VICIntEnable配置启用某中断(VICIntEnable中的位和X存在对应关系)。

四、仿真电路

        注意仿真时间线和现实时间并不一致，比如现实中可能过去三五秒了，仿真时间才过去1秒。仿真时间线注意仿真软件左下角即可。比如本实验中最长延时LED 1秒切换一次，是指Protues的仿真时间线过去1秒才会切换，与现实时间无关。

五、程序设计

1、驱动程序

interrupt.h

#ifndef _INTERRUPT_H_
#define _INTERRUPT_H_
#include "lpc2138.h"

void set_interrupt_callback(int interrupt_num, void* isr_callback);
void init_timer0_isr();
void init_external_isr();
#endif

lpc2138.h 里面主要是寄存器到内存地址的映射配置，也可以不使用此文件，自己根据芯片手册配置寄存器。 

interrupt.c

#include "interrupt.h"
#include "delay.h"

void (*callback0)(); // 声明一个指向同样参数、返回值的函数指针类型
void (*callback1)(); // 声明一个指向同样参数、返回值的函数指针类型
void (*callback2)(); // 声明一个指向同样参数、返回值的函数指针类型

//设置中断回调函数
void set_interrupt_callback(int interrupt_num, void* isr_callback){
	if(interrupt_num == 0){
		callback0 = isr_callback;
	}else if(interrupt_num == 1){
		callback1 = isr_callback;
	}else if(interrupt_num == 2){
		callback2 = isr_callback;
	}
}

//定时器0中断事件处理
void timer0_isr(void) __irq {
		//清除中断
    T0IR = (1<<0);
		//中断应答
    VICVectAddr = 0;
		callback2();
}

//cclk = 60MHz
void initPLL() {
    // 设置 PLL0CFG 寄存器，选择合适的 M 和 P 值
    PLLCFG |= ((1 << 5) |(1 << 2) | (1 << 0));
    // 启动 PLL
    PLLCON |= 0x01;
    // 等待 PLL 锁定
    while (!(PLLSTAT & (1 << 10)));
    // 选择 PLL 为系统时钟源
    PLLCON |= (1 << 1);
    PLLFEED = 0xAA;
    PLLFEED = 0x55;
    // 等待 PLL 切换完成
    while (!(PLLSTAT & (1 << 9)));
}

//pclk = 15MHz
void initVPBdivider() {
    // 设置 VPBDIV 寄存器，选择 VPB 时钟分频比
    VPBDIV &= ~(0x03);
}


//定时器中断初始化
void init_timer0_isr(){
		initPLL();
		initVPBdivider();
    // 定时器模式:每上升一次PCLK边
		T0CTCR = 0x00;
	  // 预刻度寄存器:15 MHz PCLK, 15000-1得到毫秒
    T0PR = 14999;
	  // 匹配寄存器:计时100毫秒即0.1秒
		T0MR0 = 100;
		// 每经过T0PR+1个PCLK周期，T0TC值增加1
		T0TC = 0;
	  // 在MR0上中断和复位(T0TC值 = T0MR0值时触发中断和复位)
    T0MCR = (1<<0) | (1<<1);
		// 定时器0 ISR地址
    VICVectAddr3 = (unsigned long)timer0_isr;
		// 启用定时器0中断，使用槽位4
		VICVectCntl3 = (1<<5) | 4;
    // 在VIC中使能定时器0中断
		VICIntEnable = (1<<4);
    // 启动计时器0
		T0TCR = 0x01;
}


// 定义外部中断处理函数0
void external_interrupt_handler0(void) __irq {
		delayms(10);
    EXTINT = 1 << 0; // 清除外部中断0的中断标志位
		VICVectAddr = 0;
		callback0();
}


// 定义外部中断处理函数1
void external_interrupt_handler1(void) __irq {
		delayms(10);
    EXTINT = 1 << 1; // 清除外部中断1的中断标志位
		VICVectAddr = 0;
		callback1();
}

//按键中断初始化
void init_external_isr(){
    // 配置外部中断引脚
		// 配置P0.14为ENIT1
		PINSEL0 |= (1 << 29);		//第29位配置为1
		PINSEL0 &= ~(0x01<<28); //第28位配置为0
		// 配置P0.16为ENIT0
		PINSEL1 |= (1 << 0);		//第0位配置为1
		PINSEL1 &= ~(0x01<<1);  //第1位配置为0
		IODIR0 &= ~(1<<16);
    
    // 配置外部中断触发方式
    EXTMODE |= (1 << 0) | (1 << 1); // 设置外部中断0和1为边沿触发模式
    EXTPOLAR |= (1 << 0) | (1 << 1); // 设置外部中断0和1为上升沿触发
    
    // 启用外部中断中断
    VICVectAddr0 = (unsigned)external_interrupt_handler0; // 设置中断处理函数0
	  VICVectCntl0 |= (1 << 5) | 0x0E; 											// 设置为外部中断0并启用，EINT0中断编号为14
    VICIntEnable |= (1 << 14); 														// 启用外部中断0
    
    VICVectAddr1 = (unsigned)external_interrupt_handler1; // 设置中断处理函数1
    VICVectCntl1 |= (1 << 5) | 0x0F; 											// 设置为外部中断1并启用，EINT1中断编号为15
    VICIntEnable |= (1 << 15); 														// 启用外部中断1
}

led.h

#ifndef _LED_H_
#define _LED_H_
	#define PINSEL0 (*(volatile unsigned long *)0xE002C000)
	#define IO0PIN (*(volatile unsigned long *)0xE0028000)
	#define IO0DIR  (*(volatile unsigned long *)0xE0028008)
		
	void led_init();
	void led_on(unsigned char site);
	void led_off(unsigned char site);
	char get_led_status(unsigned char site);
	void led_operate(unsigned char site,unsigned char on_off);
#endif

led.c

#include "led.h"

void led_init(){
	PINSEL0 = PINSEL0 & 0xffffff00;
	IO0DIR = IO0DIR | 0x0f;
}

void led_on(unsigned char site){
	led_init();
	switch(site){
			case 0: 
				IO0PIN &= ~(0x01);
				break;
			case 1:
				IO0PIN &= ~(0x01<<1);
				break;
			case 2: 
				IO0PIN &= ~(0x01<<2);
				break;
			case 3: 
				IO0PIN &= ~(0x01<<3);
				break;
			default:
				break;
	}
}

void led_off(unsigned char site){
	led_init();
	switch(site){
			case 0: 
				IO0PIN |= (0x01); 	 
				break;
			case 1:
				IO0PIN |= (0x01<<1); 
				break;
			case 2: 
				IO0PIN |= (0x01<<2); 
				break;
			case 3: 
				IO0PIN |= (0x01<<3); 
				break;
			default:
				break;
	}
}

char get_led_status(unsigned char site){
		switch(site){
			case 0: 
				return (IO0PIN >> 0) & (0x01);
			case 1:
				return (IO0PIN >> 1) & (0x01);
			case 2: 
				return (IO0PIN >> 2) & (0x01);
			case 3: 
				return (IO0PIN >> 3) & (0x01);
			default:
				return -1;
	}
}
//on_off 0:on 1:off
void led_operate(unsigned char site,unsigned char on_off){
	if(on_off == 0){
		led_on(site);
	}else if(on_off == 1){
		led_off(site);
	}
}

delay.h

#ifndef _DELAY_H_
#define _DELAY_H_
	void delayms(unsigned int xms);
#endif

delay.c

#include "delay.h"

void delayms(unsigned int xms){
	unsigned int i,j;
	for(i=xms;i>0;i--){
		for(j=2500;j>0;j--);
	}
}

2、应用程序

application.h

#ifndef _APPLICATION_H_
#define _APPLICATION_H_
	void timer0_callback();
	void external0_callback();
	void external1_callback();
#endif

application.c

#include "application.h"
#include "interrupt.h"

#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
#define MAX_CYCLE 10
#define MIN_CYCLE 1

uchar num = 0;
uchar time_cycle = 1;

int main(void){
	led_operate(0,0);
	led_operate(1,1);
	led_operate(2,1);
	led_operate(3,1);
	init_timer0_isr();
	init_external_isr();
	set_interrupt_callback(0,external0_callback);
	set_interrupt_callback(1,external1_callback);
	set_interrupt_callback(2,timer0_callback);
	while(1);
}

//外部中断0回调函数
void external0_callback(){
	if(time_cycle > MIN_CYCLE){
		time_cycle = time_cycle - 1;
	}
}

//外部中断1回调函数
void external1_callback(){
	if(time_cycle < MAX_CYCLE){
		time_cycle = time_cycle + 1;
	}
}

//定时器0中断回调函数
void timer0_callback(){
		num++;
		if(num>=time_cycle){
			num=0;
			if(get_led_status(0) == 0){
				led_operate(0,1);
				led_operate(1,0);
			}else if(get_led_status(1) == 0){
				led_operate(1,1);
				led_operate(2,0);
			}else if(get_led_status(2) == 0){
				led_operate(2,1);
				led_operate(3,0);
			}else if(get_led_status(3) == 0){
				led_operate(3,1);
				led_operate(0,0);
			}
		}
}

六、资料下载

源码&仿真电路&芯片手册下载地址：https://download.csdn.net/download/qq_54140018/89142182

 

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