《中断与中断控制器》课件展示

什么是中断？定义重要性中断是指在程序正常执行过程中，由于某些外部事件或内部事件的发生，导致程序的正常执行流程被暂时打断，转而执行相应的处理程序，处理完后再返回原程序继续执行中断的基本概念定义中断源中断请求中断向量产生中断的事件或设备，例如键盘、鼠中断源向发送的请求，通知CPU CPU标、硬盘、网络接口等发生中断事件中断的重要性提高效率增强实时性提升可靠性中断机制允许同时处理多个任务，中断机制允许系统及时响应外部事件，CPU提高系统的效率满足实时应用的需求为什么需要中断机制？轮询效率低中断实时性强轮询是指不断地检查外部设备是否有事件发生，效率低，CPU浪费资源CPU中断与轮询的对比轮询中断•CPU主动检查•外部事件驱动•效率低，浪费资源•效率高，节省资源•实时性差中断处理的基本流程中断请求1中断源向发送中断请求CPU中断响应2响应中断请求，保存当前程序状态CPU中断处理3执行相应的中断服务程序CPU中断返回4中断源的类型硬件中断软件中断由外部硬件设备引起的，例如键盘输入、鼠标移动、硬盘读写等硬件中断举例键盘中断1当用户按下键盘上的某个键时，键盘控制器会向发送中断请求CPU鼠标中断2当用户移动鼠标时，鼠标控制器会向发送中断请求CPU磁盘中断3当磁盘控制器完成读写操作时，会向发送中断请求CPU网络中断软件中断举例系统调用中断1当程序需要调用操作系统提供的服务时，会使用系统调用指令，触发软件中断异常处理中断2当程序运行过程中发生异常事件，例如除零错误、内存访问错误等，会触发软件中断中断请求信号的产生引脚中断控制器INT中断源通过引脚向发送中断请求信号中断控制器可以接收多个中断请求，并将其传递给INT CPU CPU中断向量的概念中断向量中断向量表中断向量是一个指向中断服务程序入口地址的指针系统中包含一个中断向量表，每个中断源对应一个中断向量中断向量表结构中断号中断向量除零错误0调试中断1非屏蔽中断2断点中断3溢出中断4边界检查中断5无效操作码中断6设备未可用中断7双错误中断8中断优先级优先级重要性中断优先级是指当多个中断请求同时发生时，哪个中断请求优先中断优先级可以确保紧急事件得到优先处理，防止低优先级事件得到处理阻塞高优先级事件的响应中断嵌套机制中断嵌套处理流程在一个中断服务程序执行过程中，又发生了另一个中断请求，称会先完成当前正在执行的中断服务程序，再执行新的中断CPU为中断嵌套服务程序，并保存当前程序状态中断屏蔽技术屏蔽目的中断屏蔽是指暂时禁止某个或某些中断源发出中断请求中断屏蔽可以避免中断服务程序被打断，确保重要操作的完成可屏蔽中断可屏蔽中断应用场景可以通过软件设置来屏蔽或允许中断请求可屏蔽中断通常用于处理非紧急事件，例如键盘输入、鼠标移动等不可屏蔽中断不可屏蔽中断应用场景不能被软件屏蔽，通常用于处理紧急事件，例如系统故障等不可屏蔽中断通常用于处理系统故障，确保系统能够正常运行中断控制器的功能接收中断请求1中断控制器可以接收多个中断源的请求优先级仲裁2中断控制器可以对多个中断请求进行优先级仲裁，确定哪个中断请求优先得到处理中断屏蔽3中断控制器可以屏蔽或允许某个或某些中断源发出中断请求中断向量生成4中断控制器可以根据中断请求生成中断向量，指向相应的中断服务程序中断控制器简介8259A概述功能是公司生产的一种可编程中断控制器，广泛应用可以接收个中断请求，并将其传递给，还可以进8259A Intel8259A8CPU于各种微机系统中行优先级仲裁、中断屏蔽等操作的内部结构8259A寄存器组中断向量生成内部包含多个寄存器，用于控制中断处理过程可以根据中断请求生成中断向量，并发送给8259A8259A CPU的引脚定义8259AINT0-INT7IR0-IR7INTA中断请求输入引脚，接收来自外部设备中断请求寄存器，存储中断请求信息中断请求输出引脚，向发送中断请CPU的中断请求求信号的工作模式8259A完全嵌套模式特殊嵌套模式轮询模式允许中断嵌套，高优先级中断可以打断允许中断嵌套，但高优先级中断只能打轮询各个中断源，效率较低CPU低优先级中断断比它优先级低的非屏蔽中断的级联方式8259A级联优点多个可以级联使用，以扩展中断处理能力级联方式可以处理更多中断请求，提高系统的扩展性8259A的初始化过程8259A初始化步骤在使用前需要进行初始化，设置工作模式、中断向量等初始化过程需要向写入一系列的初始化命令字8259A8259A参数配置详解ICW1配置参数ICW1初始化命令字，用于设置中断控制器的工作模式、级联方式的各个位用于设置不同的配置参数，例如中断模式、级联1ICW1等方式等配置详解ICW2配置参数ICW2初始化命令字，用于设置中断向量表的起始地址的各个位用于设置中断向量表的起始地址，用于确定每个2ICW2中断请求对应的中断服务程序的地址配置详解ICW3配置参数ICW3初始化命令字，用于设置中断控制器级联方式的各个位用于设置主中断控制器和从中断控制器之间的连3ICW3接方式配置详解ICW4配置参数ICW4初始化命令字，用于设置中断控制器的工作模式的各个位用于设置中断控制器的工作模式，例如完全嵌套4ICW4模式、特殊嵌套模式等操作命令字OCW1配置参数OCW1操作命令字，用于控制中断请求的屏蔽、允许等操作的各个位用于控制中断请求的屏蔽、允许、中断服务程1OCW1序的确认等操作操作命令字OCW2配置参数OCW2操作命令字，用于设置中断优先级、中断嵌套等参数的各个位用于设置中断优先级、中断嵌套、中断服务程2OCW2序的确认等操作操作命令字OCW3配置参数OCW3操作命令字，用于控制中断控制器的状态和操作的各个位用于控制中断控制器的状态、中断服务程序的3OCW3确认、中断控制器的复位等操作中断服务程序的编写中断服务程序编写要求中断服务程序是专门用于处理中断请求的程序，它负责执行相应中断服务程序必须简洁高效，避免长时间占用资源，以保CPU的操作，并通知中断处理完成证系统的实时性CPU中断处理程序框架保护现场处理中断恢复现场保存当前程序运行的状态，例如寄存器执行相应的中断服务程序，处理中断请恢复之前保存的程序状态，返回原程序值、程序计数器等求继续执行保护现场操作保护现场操作步骤在中断发生时，需要保存当前程序的运行状态，以便中断处理完保护现场操作通常包括保存寄存器值、程序计数器、栈指针等信成后能够恢复程序的正常执行息恢复现场操作恢复现场操作步骤中断服务程序执行完毕后，需要恢复之前保存的程序状态，以便恢复现场操作通常包括恢复寄存器值、程序计数器、栈指针等信返回原程序继续执行息信号的发送EOI作用EOI（）是指中断服务程序执行完毕后，向中发送信号可以使中断控制器重新允许来自相同中断源的下EOI Endof InterruptEOI断控制器发送的信号，通知中断控制器中断处理已经完成一个中断请求实时中断处理要求实时性可靠性实时中断处理要求能够在极短的时间内完成中断服务程序的执实时中断处理要求能够准确可靠地处理中断请求，避免错误的发行，以保证系统的实时性生中断延迟时间分析中断延迟时间分析方法中断延迟时间是指从中断请求发出到中断服务程序开始执行的时可以通过测量中断延迟时间来评估系统的实时性能间中断响应时间优化减少中断服务程序执提高中断优先级12行时间将高优先级中断请求设置为更优化中断服务程序，减少其执高的优先级，可以提高中断响行时间，可以降低中断延迟时应速度间优化硬件设计3改进硬件设计，例如使用高速缓存等技术，可以降低中断延迟时间中断处理的异常情况异常情况解决方案在中断处理过程中，可能会出现一些异常情况，例如中断丢失、针对不同的异常情况，需要采取相应的解决方案，保证系统的正中断风暴等常运行中断丢失问题中断丢失原因指中断请求信号在传输过程中丢失，导致无法收到中断请中断丢失可能是由于中断请求信号线故障、中断控制器故障、软CPU求件配置错误等原因造成的中断风暴问题中断风暴解决方法指大量中断请求信号同时涌入，导致无法及时处理，系统可以通过中断共享机制、中断屏蔽技术等方法来解决中断风暴问CPU性能下降题多重中断处理策略中断屏蔽中断共享屏蔽某个或某些中断源的请求，避免中断嵌套多个设备共享同一个中断请求线，通过软件机制来区分不同的请求中断共享机制概念实现方法中断共享机制是指多个设备共享同一个中断请求线，通过软件机中断共享机制通常通过中断控制器和软件处理程序来实现制来区分不同的请求处理器中断系统ARM概述特点处理器具有完善的中断系统，支持多种中断类型和中断处中断系统灵活高效，支持中断嵌套、中断优先级管理等功ARM ARM理方式能中断控制器NVIC功能NVIC（）是处可以接收来自多个中断源的请求，并进行优先级仲裁、中NVIC NestedVectored InterruptController ARMNVIC理器中的一个关键组件，负责管理中断请求和中断处理过程断屏蔽等操作中断配置GPIO中断配置GPIO（）是通用输入输出引可以通过配置引脚为中断模式，使引脚在接收到外GPIO GeneralPurpose Input/Output/GPIO GPIO脚，可以用于接收外部信号或控制外部设备部信号时触发中断请求定时器中断应用定时器中断应用定时器是嵌入式系统中常用的硬件模块，可以用于定时计数、延定时器中断可以用于实现定时任务、周期性操作等时操作等串口中断处理串口中断处理串口是一种常用的通信接口，用于设备之间的数据传输串口中断可以用于处理串口接收数据、发送数据等事件中断处理DMA中断处理DMA（）是直接内存访问，可以实现中断可以用于通知传输完成，或者发生错误DMA DirectMemory AccessDMA CPUDMA数据在内存和外设之间直接传输，无需干预CPU中断调试技术调试工具调试方法中断调试可以使用各种调试工具，例如逻辑分析仪、示波器、仿中断调试的方法包括设置断点、查看寄存器值、跟踪中断处理流真器等程等中断相关的调试工具逻辑分析仪示波器12用于观察和分析数字信号的波用于观察和分析模拟信号的波形，可以用于分析中断信号的形，可以用于分析中断信号的时序电压变化仿真器3用于模拟目标硬件环境，可以用于调试中断相关的程序代码常见中断问题分析中断丢失中断风暴中断优先级冲突123中断请求信号丢失会导致无大量中断请求会导致负载过中断优先级冲突会导致低优先级中CPUCPU法收到中断请求，需要检查硬件连高，需要通过中断共享机制、中断断被高优先级中断阻塞，需要调整接、中断控制器配置和软件代码屏蔽技术等方法来解决中断优先级配置中断系统性能评估指标方法中断系统性能评估指标包括中断延迟时间、中断处理时间、中断可以通过测量和分析这些指标来评估中断系统的性能处理吞吐率等中断处理最佳实践简化中断服务程序1中断服务程序应该简洁高效，避免长时间占用资源CPU合理设置中断优先级2根据中断源的重要性设置合理的优先级，确保紧急事件能够及时得到处理使用中断共享机制3当多个设备共享同一个中断请求线时，可以使用中断共享机制来区分不同的请求优化硬件设计4改进硬件设计，例如使用高速缓存等技术，可以降低中断延迟时间实验中断控制LED目的步骤通过配置引脚为中断模式，实现按键中断，当按键按下配置引脚为中断模式、编写中断服务程序、测试按键中GPIO GPIO时，触发中断服务程序，控制灯的亮灭状态断LED实验按键中断处理目的步骤通过配置引脚为中断模式，实现按键中断，当按键按下配置引脚为中断模式、编写中断服务程序、测试按键中GPIO GPIO时，触发中断服务程序，控制灯的亮灭状态断LED实验串口中断通信目的步骤通过配置串口为中断模式，实现串口中断，当串口接收到数据配置串口为中断模式、编写中断服务程序、测试串口中断通信时，触发中断服务程序，处理接收到的数据课程总结与回顾知识回顾未来展望本课程介绍了中断与中断控制器相关的基本概念、工作原理、配在实际应用中，需要深入学习和理解中断机制，才能更好地利用置方法和应用实例中断机制提高系统效率和可靠性。