AT91RM9200 PIO中斷在短波通信系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘要：為擴(kuò)展AT9lRM9200中斷處理能力，將通用IO配置為中斷輸入，并針對(duì)負(fù)脈沖中斷信號(hào)的二次響應(yīng)問(wèn)題提出2種優(yōu)化解決方案。實(shí)驗(yàn)表明，在成功解決了中斷二次響應(yīng)的問(wèn)題基礎(chǔ)上，滿足系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求。
關(guān)鍵詞：AT91RM9200；中斷；并行輸入輸出(PIO)控制器；發(fā)送請(qǐng)求(PTT)

    短波通信作為一種應(yīng)急保障通信手段，在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中具有不可替代的作用，在軍事、海事、礦山、人防等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。隨著現(xiàn)代短波無(wú)線通信設(shè)備的集成度和復(fù)雜度越高，實(shí)現(xiàn)的業(yè)務(wù)功能就越多，如GPS、短信、電子郵件等，因此，設(shè)備控制器往往需同時(shí)處理多種業(yè)務(wù)功能的發(fā)送請(qǐng)求信號(hào)PTT(Press to Talk)，并為之分配信道占用時(shí)間，確保各種業(yè)務(wù)依據(jù)其優(yōu)先級(jí)即時(shí)獲得信道使用權(quán)。
    PTT信號(hào)具有高實(shí)時(shí)性的要求，需要即時(shí)響應(yīng)，因此，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)．需要利用MCU的中斷處理機(jī)制滿足PTT信號(hào)的要求。這里選用AT9lR-M9200型微處理器作為系統(tǒng)控制器核心，可通過(guò)并行IO控制器PIO(Parallel IO Controller)將128個(gè)復(fù)用IO口配置為中斷輸入。大大提高系統(tǒng)的擴(kuò)展能力。詳細(xì)分析PIO中斷的處理流程，并給出系統(tǒng)設(shè)計(jì)中針對(duì)脈沖中斷信號(hào)的二次響應(yīng)問(wèn)題的優(yōu)化解決方案。

1 系統(tǒng)介紹
    短波通信系統(tǒng)PTT處理部分簡(jiǎn)化框圖如圖1所示。

    AT91RM9200提供7個(gè)專用中斷信號(hào)(IRQO～I(xiàn)RQ6)，均被集成外設(shè)占用，為滿足PTT信號(hào)的實(shí)時(shí)處理要求，PIO控制器將IO口配置為中斷輸入引腳。FPGA處理4路發(fā)送請(qǐng)求信號(hào)，即PTT_A，PTT_B，PTT_C，PTT_D。PTT信號(hào)發(fā)生變化時(shí)，F(xiàn)PGA產(chǎn)生一個(gè)負(fù)脈沖中斷信號(hào)PTT_INT通知MCU，MCU通過(guò)數(shù)據(jù)，地址總線讀取PTT狀態(tài)并進(jìn)行處理。

2 中斷處理過(guò)程
2．1 概述
    圖2為AT91RM9200中斷級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)。圖3為PIO信號(hào)和控制框圖。

    根據(jù)圖3所示，當(dāng)邊沿檢測(cè)器(EDGE DETECTOR)檢測(cè)到IO口上電平變化，PIO_ISR寄存器對(duì)應(yīng)位置1，PIO_ISR狀態(tài)決定PIO_INT信號(hào)是否有效。中斷服務(wù)程序讀PIO_ISR后所有位自動(dòng)清零，同時(shí)，PIO_INT信號(hào)也無(wú)效。中斷處理流程如圖4所示。

2．2 脈沖中斷信號(hào)的二次響應(yīng)
    對(duì)于外設(shè)(FPGA或?qū)Ｓ肐C)產(chǎn)生的中斷信號(hào)來(lái)說(shuō)，一般都是一個(gè)負(fù)脈沖信號(hào)，具有下降和上升2個(gè)邊沿。PIO端口線作為中斷輸入時(shí)，根據(jù)檢測(cè)2個(gè)采樣周期內(nèi)的電平差實(shí)現(xiàn)，端口線上的任何電平變化都會(huì)產(chǎn)生中斷，所以，當(dāng)接收到負(fù)脈沖中斷信號(hào)時(shí)，則產(chǎn)生2次中斷請(qǐng)求，圖5是其處理流程。

2．3 解決方案
    一般可采用軟件查詢的方法解決脈沖中斷信號(hào)的二次響應(yīng)。中斷服務(wù)程序讀取PIO_ISR后，通過(guò)寄存器PIO_PDSR判斷PB28端口線上當(dāng)前電平是1還是0，以確定是否處理。但采用這種方法仍會(huì)進(jìn)入中斷服務(wù)程序2次，造成較大的系統(tǒng)開(kāi)銷，影響系統(tǒng)實(shí)時(shí)性。因此，在深入分析系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，給出以下2種優(yōu)化解決方案。
    1)延時(shí)讀取中斷狀態(tài)寄存器 如圖6所示，系統(tǒng)進(jìn)入中斷服務(wù)程序后延時(shí)至T3時(shí)刻讀取PIO_ISR，晚于負(fù)脈沖信號(hào)上升沿到達(dá)時(shí)間，則2次電平變化只產(chǎn)生一次中斷響應(yīng)。

    2)調(diào)整檢測(cè)時(shí)鐘 PIO通過(guò)PMC產(chǎn)生的高速時(shí)鐘檢測(cè)PIO端口線上電平變化，通過(guò)調(diào)整PIO檢測(cè)時(shí)鐘至滿足W>T>W／2，其中，W為負(fù)脈沖寬度，T為采樣時(shí)鐘周期，可解決脈沖中斷信號(hào)的二次響應(yīng)問(wèn)題。

    如圖7所示，調(diào)整檢測(cè)時(shí)鐘周期，使負(fù)脈沖的低電平階段只有一個(gè)采樣點(diǎn)，在3個(gè)上升沿檢測(cè)到電平為1→0→1。此時(shí)對(duì)檢測(cè)時(shí)鐘的要求為：T>W／2。如果繼續(xù)加大檢測(cè)時(shí)鐘周期，使之大于負(fù)脈沖寬度，則可能檢測(cè)不到電平變化。所以，檢測(cè)時(shí)鐘周期要求T<W。
2．4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
    系統(tǒng)中FPGA產(chǎn)生的脈沖中斷信號(hào)寬度為200 ns，AT91RM9200主時(shí)鐘頻率為59 MHz，PIO檢測(cè)時(shí)鐘與主時(shí)鐘頻率相同為59 MHz。
    采用延時(shí)讀取ISR方法，在中斷服務(wù)程序中延時(shí)20個(gè)主時(shí)鐘周期(320 ns)后，讀寄存器PIO_ISR，成功實(shí)現(xiàn)單次響應(yīng)脈沖中斷信號(hào)，符合設(shè)計(jì)要求。
    采用調(diào)整檢測(cè)時(shí)鐘的方法，將檢測(cè)時(shí)鐘調(diào)整為8 MHz，滿足W>T>W／2要求，成功實(shí)現(xiàn)單次響應(yīng)脈沖中斷信號(hào)，符合設(shè)計(jì)要求，驗(yàn)證理論分析的正確性。
2．5 需要注意的問(wèn)題
    1)軟件查詢法原理較簡(jiǎn)單，但仍會(huì)2次進(jìn)入中斷服務(wù)程序，占用一定的系統(tǒng)資源；
    2)延時(shí)讀取ISR的方法適應(yīng)能力較強(qiáng)，可通過(guò)軟件代碼的處理適應(yīng)不同的系統(tǒng)；
    3)調(diào)整PIO電平檢測(cè)時(shí)鐘的方法由于需要對(duì)比外設(shè)中斷信號(hào)時(shí)鐘頻率和AT91RM9200電平檢測(cè)時(shí)鐘頻率關(guān)系，不一定在所有外設(shè)上都能夠?qū)崿F(xiàn)需要的頻率對(duì)比關(guān)系，應(yīng)用范圍受到一定限制。

3 結(jié)束語(yǔ)
    AT9lRM9200通過(guò)配置PIO引腳為中斷信號(hào)輸入來(lái)提供較強(qiáng)的系統(tǒng)擴(kuò)展能力。PIO中斷的檢測(cè)采用連續(xù)時(shí)鐘檢測(cè)電平變化的方式實(shí)現(xiàn)。在處理脈沖形式中斷信號(hào)時(shí)會(huì)由于中斷二次響應(yīng)問(wèn)題產(chǎn)生較大的系統(tǒng)開(kāi)銷，降低系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。
    通過(guò)深入分析系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)和中斷處理流程，將軟硬件特性相結(jié)合進(jìn)行設(shè)計(jì)，創(chuàng)新性地提出了延時(shí)讀取中斷狀態(tài)寄存器和調(diào)整檢測(cè)時(shí)鐘2種優(yōu)化解決方案，成功避免了脈沖中斷二次響應(yīng)的問(wèn)題，并在軟件查詢方法的基礎(chǔ)上大幅降低系統(tǒng)中斷服務(wù)的開(kāi)銷，確保滿足短波無(wú)線通信系統(tǒng)業(yè)務(wù)功能的實(shí)時(shí)性要求。