中断编程

一、2440按键中断编程
1. 程序结构优化
将main.c中的mmu_init分开成独立文件

/*
 * 用于段描述符的一些宏定义
 */
#define MMU_DOMAIN (0<<5) /*属于哪个域*/
#define MMU_FULL_ACCESS (3<<10) /*访问权限*/
#define MMU_SPECIAL (1<<4) /*必须使1*/
#define MMU_CACHEABLE (1<<3) /*使能cache*/
#define MMU_BUFFERABLE (1<<2) /*使能buffer*/
#define MMU_SECTION (2<<0) /*段描述符*/

#define MMU_SECDESC (MMU_SECTION|MMU_SPECIAL|MMU_DOMAIN|MMU_FULL_ACCESS)
#define MMU_SECDESC_WB (MMU_SECTION|MMU_SPECIAL|MMU_DOMAIN|MMU_FULL_ACCESS|MMU_CACHEABLE|MMU_BUFFERABLE)

void create_page_table()
{
    //设置ttb的起始位置
    unsigned long *ttb = (unsigned long *)0x30000000;
    //定义虚拟地址、物理地址
    unsigned long vaddr, paddr;
    //定义虚拟地址起始地址、物理起始地址
    vaddr = 0xA0000000;
    paddr = 0x56000000;
    /* ttb加上虚拟地址高12位所指的地址就是PA的基地址位置，物理地址取前12位，依次设置后面的值（见AMR9核手册）
     * 然后我们就建立的从vaddr的地址对应于paddr
     */

    *(ttb + (vaddr>>20) ) = (paddr & 0xfff00000)|MMU_SECDESC;

    // 上面是对GPIO的映射，这里是对内存的映射
    vaddr = 0x30000000;
    paddr = 0x30000000;
    //循环了64M的内存空间
    while(vaddr < 0x34000000)
    {
        //建立内存映射表
        *(ttb + (vaddr>>20)) = (paddr & 0xfff00000)|MMU_SECDESC_WB;
        //加上1M，这个1M使手册中MVA[19:0]的大小
        vaddr += 0x100000;
        paddr += 0x100000;
    }
}

void mmu_enable()
{
    __asm__(
    /*设置TTB*/
    "ldr r0, =0x30000000\n"
    "mcr p15, 0, r0, c2, c0, 0\n"
    /*不进行权限检查*/
    "mvn r0, #0 \n"
    "mcr p15, 0, r0, c3, c0, 0\n"
    /*使能mmu*/
    "mrc p15, 0, r0, c1, c0, 0\n"
    "orr r0, r0, #0x0001\n"
    "mcr p15, 0, r0, c1, c0, 0\n"
    :
    :
    );
}

void mmu_init()
{
    //建立页表、写入ttb
    create_page_table();
    //使能mmu
    mmu_enable();
}

同时将led提取成led.c

#define GPBCON (volatile unsigned long*) 0x56000010            //这里设置成了0x56000010
#define GPBDAT (volatile unsigned long*) 0x56000014            //这里设置成了0x56000014

void led_init()
{
    *(GPBCON) = 0x15400;                                       //对控制寄存器初始化
}

void led_on()
{
    *(GPBDAT) = 0x6bf;                                         //点亮led1和led3
}

void led_off()
{
    *(GPBDAT) = 0x7ff;                                         //熄灭所有led
}

Makefile中增加led.o和mmu.o

#ifdef MMU_ON
    mmu_init();                    //在main.c中关闭mmu
#endif

2. 按键初始化
从原理图中可知,EINT0、EINT1、EINT2、EINT4是GPIOF口
         

#define GPFCON (volatile unsigned long*) 0X56000050
#define GPFDAT (volatile unsigned long*) 0X56000054
//开启
#define GPF0_msk (3<<(0*2))
#define GPF1_msk (3<<(1*2))
#define GPF2_msk (3<<(2*2))
#define GPF4_msk (3<<(4*2))

#define GPF0_int (0x2<<(0*2))
#define GPF1_int (0x2<<(1*2))
#define GPF2_int (0x2<<(2*2))
#define GPF4_int (0x2<<(4*2))

void button_init()
{
    *(GPFCON) &= ~(GPF0_msk|GPF1_msk|GPF2_msk|GPF4_msk);            //先全部清零
    *(GPFCON) |= (GPF0_int|GPF1_int|GPF2_int|GPF4_int);             //设置为中断口
}

3. 初始化中断控制器
1.设置中断掩码控制器
2.开启CPSR中的中断
参考中断处理流程分析,所以要设置Mask寄存器(0X4A000008),但是mask中EINT4-7是一起的，所以还有一个EINTMASK寄存器细分4-7位的中断。设置0就可以开启中断位，设置1为屏蔽中断。

#define INTMSK (volatile unsigned long*) 0x4A000008
#define EINTMSK (volatile unsigned long*) 0x560000A4

void init_irq()
{
    //取消屏蔽
    *(EINTMSK) &= (~(1<<4));                    必须先设置
    *(INTMSK) &= (~(1<<0)) & (~(1<<1)) & (~(1<<2)) & (~(1<<4));
    //操作cpsr寄存器，I位
    __asm__(
    "mrs r0, cpsr\n"                        读取cpsr中的内容
    "bic r0, r0, #0x80\n"                   bic设置第7位是0，开启irq
    "msr cpsr_c, r0\n"                      写进cpsr_controlbit
    :
    :
    );
}

芯片手册中写如果不开启I位，产生中断时也会强制置1。但是我取消了开启中断位，并没有实现中断。

4. 中断处理
1.中断程序总入口设置（start.S)：

irq:
    sub lr, lr, #4 /*保存环境*/                    这里不是很懂
    stmfd {r0-r12, lr}                            保存环境
    bl handle_int                                 跳转到中断处理函数
    ldmfd {r0-r12, pc}^                           恢复环境,^表示把spsr恢复到cpsr

关于这里为什么lr需要减4：
    ARM处理器使用流水线来增加处理器指令流的速度，这样可使几个操作同时进行，并使处理与存储器系统之间的操作更加流畅，连续，能提供0.9MIPS/MHZ的指令执行速度。
    PC代表程序计数器，流水线使用三个阶段，因此指令分为三个阶段执行：1.取指（从存储器装载一条指令）；2.译码（识别将要被执行的指令）；3.执行（处理指令并将结果写回寄存器）。而R15（PC）总是指向“正在取指”的指令，而不是指向“正在执行”的指令或正在“译码”的指令。一般来说，人们习惯性约定将“正在执行的指令作为参考点”，称之为当前第一条指令，因此PC总是指向第三条指令。当ARM状态时，每条指令为4字节长，所以PC始终指向该指令地址加8字节的地址，即：PC值=当前程序执行位置+8；
   ARM指令是三级流水线，取指，译指，执行时同时执行的，现在PC指向的是正在取指的地址，那么cpu正在译指的指令地址是PC-4（假设在ARM状态下，一个指令占4个字节），cpu正在执行的指令地址是PC-8，也就是说PC所指向的地址和现在所执行的指令地址相差8。
   当突然发生中断的时候，保存的是PC的地址即lr的内容
   这样你就知道了，如果返回的时候返回PC，那么中间就有一个指令没有执行，所以用SUB pc lr-irq #4。
参考：

2.中断处理函数(interrupt.c)

#define SRCPND (volatile unsigned long*) 0x4A000000
#define INTPND (volatile unsigned long*) 0x4A000010
#define INTOFFSET (volatile unsigned long*) 0x4A000014

#define EINTPEND (volatile unsigned long*) 0x560000A8


void handle_int()
{
    //判断产生中断的中断源
    unsigned long value = *(INTOFFSET);                    //读取寄存器中的值，用于判断哪个中断发生了

    //根据中断源，执行不同的中断处理
    switch(value)
    {
        case 1:            //k1
            led_on();
            break;

        case 4:            //k2
            led_on();
            break;

        case 2:            //k3
            led_off();
            break;

        case 0:            //k4
            led_off();
            break;

        default:
            break;
    }
    //中断清除
    if(value == 4)
    {
        *(EINTPEND) = 1<<4;                              //4号中断和4-7中在一起，要特殊处理
    }
    *(SRCPND) = 1<<value;                                //清除SRCPND中寄存器中断，需要写入1才能清0寄存器。清空中断源标志
    *(INTPND) = 1<<value;                                //清除INTPND中寄存器的值，同样需要写入1才能清0。表明已经处理
}

5.最后遗漏
完成上面后依然没有实现中断控制。
原因：初始化栈中的SP是在svc模式下的。但是irq模式下的sp指针没有实现初始化。所以需要初始化IRQ模式下的svc

init_stack:
    msr cpsr_c, #0xd2
    ldr sp, =0x33000000 //初始化R13_irq
    msr cpsr_c, #0xd3
    ldr sp, =0x34000000        //初始化R13_SVC
    mov pc, lr

二、6410按键中断编程
主要部分还是interrupt.c

/*
 * interrupt.c
 *
 * Created on: 2016-10-2
 * Author: root
 */

#define EINT0CON0 (volatile unsigned long*) 0x7F008900
#define EINT0CON1 (volatile unsigned long*) 0x7F008904
#define EINT0MASK (volatile unsigned long*) 0x7F008920

#define VIC0INTENABLE (volatile unsigned long*) 0x71200010
#define VIC1INTENABLE (volatile unsigned long*) 0x71300010
#define EINT0_VICADDR (volatile unsigned long*) 0x71200100
#define EINT20_VICADDR (volatile unsigned long*) 0x71300104
#define EINT0PEND (volatile unsigned long*) 0x7F008924
#define VIC0ADDRESS (volatile unsigned long*) 0x71200F00
#define VIC1ADDRESS (volatile unsigned long*) 0x71300F00

void key1_isr()
{
    //1.保存环境
    __asm__(
    "sub lr, lr, #4\n"
    "stmfd sp!, {r0-r12,lr}\n"
    :
    :
    );
    //2.中断处理
    led_on();
    //3.清除中断
    *(EINT0PEND) = ~(0x0);
    *(VIC0ADDRESS) = 0;
    *(VIC1ADDRESS) = 0;
    //4.恢复环境
    __asm__(
    "ltmfd sp!, {r0-r12,pc}^\n"
    :
    :
    );
}

void key8_isr()
{
    //1.保存环境
    __asm__(
    "sub lr, lr, #4\n"
    "stmfd sp!, {r0-r12,lr}\n"
    :
    :
    );
    //2.中断处理
    led_off();
    //3.清除中断
    *(EINT0PEND) = ~(0x0);
    *(VIC0ADDRESS) = 0;
    *(VIC1ADDRESS) = 0;
    //4.恢复环境
    __asm__(
    "ltmfd sp!, {r0-r12,pc}^\n"
    :
    :
    );
}

void init_irq()
{
    //配置按键下降沿
    *(EINT0CON0) = 0b010;                            设置EINT0和EINT1为下降沿触发
    *(EINT0CON1) = 0b010<<8;                         设置EINT21, 20为下降沿触发

    *(EINT0MASK) = 0;                                关闭EINT0屏蔽寄存器

    *(VIC0INTENABLE) |= 0b1;                         使能中断
    *(VIC1INTENABLE) |= 0b10;                        从INTERRUPT SOURCE表中了解到External interrupt 20 ~ 27在VIC1第2位。

    *(EINT0_VICADDR) = key1_isr;                     设置中断向量地址，中断0是0x71200100寄存器中，写入EIN0地址
    *(EINT1_VICADDR) = key8_isr;                     和使能类似，在EINT1中第二个0x71300104寄存器中，写入EINT20的地址

    __asm__(
    "mcr p15,0,r0,c1,c0,0\n"                         使能向量中断功能，210不需要
    "orr r0, r0, #(1<<24)\n"
    "mcr p15,0,r0,c1,c0,0\n"

    "mrs r0, cpsr\n"                                 同样是开启总中断的使能
    "bic r0, r0, #0x80\n"
    "msr cpsr_c, r0\n"
    :
    :
    );

}

SRCPND:中断发生时，处理完后置1清除标志。0-32代表不同的中断类型
INTMSK：中断屏蔽位
INTPND:SRCPND说明了有什么中断被触发了，INTPND说明了CPU即将或已经在对某一个中断进行处理。
INTOFFSET:寄存器的功能则很简单，它的作用只是用于表明哪个中断正在被处理。
SUBSRCPND:有效的只有0—14位，SRCPND的细分类。