一個關(guān)于STM8中斷應(yīng)用異常的話題

時間：2018-07-09 17:50:02

關(guān)鍵字： stm8 中斷應(yīng)用

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[導(dǎo)讀]某日一工程師跟我反映，他在使用STM8S芯片開發(fā)產(chǎn)品，用到某ADC通道，使用連續(xù)采集模式，開啟ADC轉(zhuǎn)換結(jié)束中斷。整個中斷程序執(zhí)行時間大概200多us，因為連續(xù)采集轉(zhuǎn)換，在這個ISR處理過程中可能會有新的EOC標(biāo)志產(chǎn)生。他

某日一工程師跟我反映，他在使用STM8S芯片開發(fā)產(chǎn)品，用到某ADC通道，使用連續(xù)采集模式，開啟ADC轉(zhuǎn)換結(jié)束中斷。整個中斷程序執(zhí)行時間大概200多us，因為連續(xù)采集轉(zhuǎn)換，在這個ISR處理過程中可能會有新的EOC標(biāo)志產(chǎn)生。

他發(fā)現(xiàn)一個奇怪的現(xiàn)象，ADC中斷服務(wù)程序能夠不停的自己嵌套自己，仿佛進入了遞歸嵌套，最后導(dǎo)致堆棧溢出跑飛而令系統(tǒng)復(fù)位。在調(diào)試過程中也的確能發(fā)現(xiàn)ADC中斷服務(wù)程序有連續(xù)多次入棧的情況。

后來他發(fā)現(xiàn)這個異常跟在ADC ISR中首尾分別加了一句關(guān)中斷和開中斷語句有關(guān)。即在ISR的開頭加了disableInterrupt(); ISR結(jié)尾部分加了 enableInterrupt();

如果拿掉首尾那2句開關(guān)中斷的代碼就一切正?！，F(xiàn)在最大的疑問就是為什么加了這兩句開關(guān)中斷代碼會導(dǎo)致ADC中斷服務(wù)程序能自己嵌套自己？按道理說應(yīng)該沒有影響才對??？

關(guān)于中斷函數(shù)不少人可能會這樣寫，在ISR的首尾分別加上關(guān)中斷和開中斷指令，尤其51系列過來的人，經(jīng)常會在進中斷后來一句CLR EA，中斷退出之前補一句 SETB EA之類的指令。51系列芯片那樣寫是沒有問題的。

那對于STM8芯片來講，這樣寫很可能就會出問題。有時或許有跟上面一樣的寫法而沒有出問題，那是因為你程序簡單沒有復(fù)雜的多中斷響應(yīng)事件，或者說即使某時段只有單一中斷源，但在中斷響應(yīng)過程中并無新的中斷請求發(fā)生。

說實在的，要解釋上面工程師的疑問，有點說來話長。不妨先直接說出原因，有興趣的話就細看技術(shù)資料或下面的分析。

顯然，問題就出在他在ISR里面做了關(guān)中斷、開中斷的操作，隨意了改變正在執(zhí)行的中斷服務(wù)程序的中斷優(yōu)先級而導(dǎo)致的問題。

那個disableInterrupt();函數(shù)所對應(yīng)的匯編指令就是SIM,該指令就是關(guān)閉所有可屏蔽的中斷請求，此時執(zhí)行程序所處中斷優(yōu)先級為L3，即軟件中斷禁用級。正因為如此，此時不會發(fā)生RESET/TRAP/TLI以外的中斷。

下面截圖是STM8技術(shù)手冊關(guān)于SIM指令的描述。在復(fù)位后的程序開始使用該指令是沒用的?！緸槭裁礇]用呢，因為程序復(fù)位后所處中斷優(yōu)先級就是L3。等會下面還會提到?！?/p>

紅色方框內(nèi)那句明確說明，在中斷執(zhí)行程序的開頭不需使用該指令【SIM】，因為當(dāng)前中斷程序的優(yōu)先級已經(jīng)被自動的在CC寄存器中L1,L0位設(shè)定?！镜降自趺丛O(shè)定自動的呢，下面文字在講ITC_SPR寄存器時有描述?！?/p>

再來看看 enableInterrupt(); 其實它所對應(yīng)的匯編指令就是 RIM.該指令就是解除所有中斷屏蔽，允許各路中斷請求。執(zhí)行該指令后，此時執(zhí)行程序所處中斷優(yōu)先級為L0,即主程序運行級別,屬于最低優(yōu)先級別。換句話說，此時任何新的或待處理的中斷請求都可以中斷或打斷當(dāng)前的執(zhí)行程序。

下面是STM8相關(guān)技術(shù)手冊對RIM指令的描述。它說該指令一般放在復(fù)位之后的主程序代碼里，并提示在WFI/HALT指令前無須使用該指令?！敬颂幉⑽磳υ撎崾咀骷毠?jié)展開。它意思是說WFI/HALT指令還具備跟RIM指令同樣的解除中斷屏蔽、允許中斷請求的功效?！?/p>

好，那我們結(jié)合上面案例具體分析下。

先假設(shè)上面那位工程師對ADC中斷的軟件優(yōu)先級設(shè)置為2.【當(dāng)然也可設(shè)置為3或1】

當(dāng)ADC產(chǎn)生EOC中斷請求進入中斷服務(wù)程序【ISR】后，他首先來個SIM指令【即disableInterrupt();】，此時ISR程序不管剛才響應(yīng)時刻的中斷優(yōu)先級是多少，現(xiàn)在被強行更改變?yōu)長3。從這點看，這個指令用得就顯得隨意或任性，在有多個中斷源的情況下，有可能無意中改變了設(shè)計者關(guān)于各個中斷響應(yīng)輕重緩急的先后秩序的初衷。

繼續(xù)回到這個話題。當(dāng)ADC ISR執(zhí)行一定時間后，在IRET返回前他又來個RIM指令。前面我們介紹了RIM指令的作用，此時ISR的中斷優(yōu)先級又由剛才的L3跳到L0,即最低軟件優(yōu)先級。可此時外邊侯著的新的ADC EOC中斷請求，它的軟件中斷優(yōu)先級一定高于L0，機會來了，不用等本次ISR執(zhí)行完，立即嵌套進入下一輪ADC ISR 程序。每進一次還要壓一次棧，這樣多次循環(huán)下去，直至堆棧穿底，PC亂飛，系統(tǒng)崩潰復(fù)位。

原因大致就這樣，不要想當(dāng)然、隨意地在ISR里面添加些影響執(zhí)行程序優(yōu)先級的指令，換句話說你在使用類似SIM/RIM指令時一定要心里清楚在做什么，有什么目的，會對當(dāng)前中斷程序優(yōu)先級產(chǎn)生什么影響。

如果希望在執(zhí)行某中斷程序時不要被其它可屏蔽的中斷請求打斷，怎么辦呢？很簡單，將相關(guān)中斷的ITC_SPR寄存器中相應(yīng)軟件優(yōu)先級位配置為L3即可。當(dāng)中斷程序執(zhí)行完畢退出后再回到之前的軟件中斷優(yōu)先級。

關(guān)于STM8中斷原理，個人覺得技術(shù)資料講得不是很細致。這里根據(jù)個人的理解做了個簡單的總結(jié)，一起分享下。并在后面用個實例驗證上面的分析結(jié)論。

STM8中斷可分為不可屏蔽中斷和可屏蔽中斷。不可屏蔽中斷是指RESET,TRAP,TLI.可屏蔽中斷是指那些基于GPIO的外部中斷和其它外設(shè)中斷。

中斷優(yōu)先級分硬件優(yōu)先級和軟件優(yōu)先級。硬件優(yōu)先級是固定的，參照各芯片數(shù)據(jù)手冊里的中斷矢量表的序號來定，序號越小硬件優(yōu)先級越高。各中斷源或事件的軟件中斷優(yōu)先級可以通過寄存器編程配置，其中RESET，TRAP非屏蔽中斷事件無軟件中斷優(yōu)先級。

中斷的管理主要基于兩個寄存器，一個是CCR，一個是ITC_SPRx. 其中CCR寄存器中的L1和L0位表示當(dāng)前程序執(zhí)行代碼所處中斷優(yōu)先級。ITC_SPRx.各寄存器分別對應(yīng)各個中斷服務(wù)程序的軟件中斷優(yōu)先級，用戶可自行配置各中斷服務(wù)程序所處的中斷優(yōu)先級。軟件中斷優(yōu)先級分為4級，從低往高依次是LEVEL0,LEVEL1,LEVEL2,LEVEL3，分別對應(yīng)CCR寄存器中的L1、L0位的10，01，00，11。

L0級即用戶主程序級，就是程序處在按部就班的用戶主程序代碼執(zhí)行狀態(tài)，為最低軟件優(yōu)先級。此時CCR寄存器中的L1、L0為10。

L3級又稱軟件中斷禁用級。這個地方的表述和理解可能有點費勁。在L3軟件中斷優(yōu)先級狀態(tài)下，不會發(fā)生軟件中斷，即所謂的中斷關(guān)閉狀態(tài)。此時CCR寄存器中的L1、L0為11。其中，RESETTRAPTLI三個中斷源是特例，可以打斷L3優(yōu)先級狀態(tài)下的執(zhí)行程序而產(chǎn)生中斷。

總之，STM8芯片任何時刻的程序執(zhí)行總處于某一軟件中斷優(yōu)先級狀態(tài)，其軟件中斷優(yōu)先級由當(dāng)前CCR寄存器中的L1、L0位決定。理解這個概念很重要。

下面截圖是對CCR寄存器描述，系統(tǒng)復(fù)位后的默認值為0x28,對應(yīng)到L1L0就是11。即系統(tǒng)復(fù)位后中斷軟件優(yōu)先級為L3，軟件中斷禁用級，也就是中斷關(guān)閉狀態(tài)。這也正好印證了上面講SIM指令時，芯片復(fù)位后使用SIM沒啥意義。因為芯片復(fù)位后程序執(zhí)行就處于軟件中斷禁用級。

上面提到，各個可屏蔽中斷源的軟件中斷優(yōu)先級可以通過ITC_SPRx寄存器進行配置。一共8個ITC_SPR寄存器，每個寄存器最多可以配置4個中斷源的軟件中斷優(yōu)先級。當(dāng)某中斷請求得到響應(yīng)時，該寄存器里相應(yīng)中斷源的VECTnSPR[1:0] 兩位數(shù)據(jù)會自動載入到CCR寄存器中的L1、L0位進而決定該中斷服務(wù)程序所處軟件中斷優(yōu)先級。所以，在各中斷服務(wù)程序里除非有需要，不要在中斷服務(wù)程序里隨意使用類似SIM/RIM這些導(dǎo)致改變執(zhí)行程序中斷優(yōu)先級的指令。否則，程序優(yōu)先級改變了而自己可能還不知曉。

我們說中斷，提優(yōu)先級，無非就是為了擬定妥善處理多個中斷事件發(fā)生競爭時的處理規(guī)則。對于STM8芯片，在同一時刻多個中斷請求發(fā)生時，響應(yīng)規(guī)則如下：

中斷請求中相對最高軟件優(yōu)先級的中斷先響應(yīng)；

如果軟件優(yōu)先級一樣，硬件優(yōu)先級相對最高的先響應(yīng)；

當(dāng)某中斷程序正在執(zhí)行時外部又產(chǎn)生了新的中斷請求的處理規(guī)則：

如果新的中斷請求的軟件中斷優(yōu)先級高于正在執(zhí)行的中斷程服務(wù)序的中斷優(yōu)先級時，當(dāng)前中斷程序?qū)⒈淮驍?，保護好當(dāng)前現(xiàn)場后轉(zhuǎn)而去執(zhí)行新的高優(yōu)先級中斷程序。即發(fā)生中斷程序嵌套。因為軟件中斷優(yōu)先級最高為3，不難理解當(dāng)正在執(zhí)行的中斷程序的優(yōu)先級為L3時是不可能再被RESET,TRAP,TLI以外的中斷事件打斷的，即呈現(xiàn)軟件中斷關(guān)閉狀態(tài)。

另外，如果在中斷服務(wù)程序里使用HALT,POPCC,RIM,SIM和WFI都可能會改變當(dāng)前中斷服務(wù)程序的中斷優(yōu)先級。

當(dāng)在某ISR執(zhí)行過程中調(diào)整L1、L0的值修改軟件中斷優(yōu)先級，同時該中斷請求標(biāo)志沒來及清除或新的中斷請求已經(jīng)產(chǎn)生，如果修改L1L0后的新中斷請求之軟件中斷優(yōu)先級高于當(dāng)前中斷服務(wù)程序的優(yōu)先級，這時就會發(fā)生中斷重入，即該中斷會被重新響應(yīng)，重新運行該中斷服務(wù)程序。上面工程師遇到的異常現(xiàn)象就是這種情形。

最后，以TIM1溢出更新中斷服務(wù)程序為例，結(jié)合具體的測試代碼一起驗證下。此處把TIM1的溢出周期設(shè)置為2MS,TIM1中斷執(zhí)行時間大概16ms【當(dāng)然是指不被中斷的情況】,這樣設(shè)計的目的是為了保證在中斷服務(wù)程序執(zhí)行過程中有新的TIM1溢出中斷請求發(fā)生。中斷程序要做的事情很簡單，就是將某個IO口的電平先高后底各近8MS然后退出。【除了TIM1外，測試程序也沒有別的其它中斷使能?！?/p>

不妨看看下面兩種不同情形，TIM1溢出中斷服務(wù)程序的運行結(jié)果。

一、ISR里面不添加SIM/RIM指令時的情形。

__interrupt void TIM1_UPD_OVF_TRG_BRK_IRQHandler( void )

{

TIM1_ClearFlag(TIM1_FLAG_UPDATE);//清除TIM1更新標(biāo)志

GPIO