XILINX XPS中断控制器的使用

原文:http://www.eefocus.com/wdzfd/blog/11-02/204816_007a5.html

嵌入式应用中往往需要用到多个中断来提高系统响应的及时性，而MICROBLAZE处理器只提供一个中断输入信号来产生一个中断，因此一般基于MICROBLAZE的应用都需要进行外扩中断，XILINX提供的XPS中断控制器IP可以使我们十分方便地进行中断扩展。下面首先简单介绍下XPS中断控制器的特性与寄存器，然后在上一节的基础上结合一个实例来说明它的使用。
1．中断控制器的特性与寄存器（XPS Interrupt Controller，v1.00）
XPS中断控制器采用PLB接口，可以提供多达32个中断输入源、产生一个中断输出信号。每一中断输入源可以单独的使能和不使能，每一中断输入源可以配置为边缘触发中断或电平触发中断。边缘触发中断可配置为上沿触发或下沿触发，电平触发中断可配置为高电平触发或低电平触发。中断的优先级由矢量位置决定，最低位有最高优先级。中断控制器提供八个32位的寄存器用来编程控制（有些寄存器是可选的），分别为：
①中断状态寄存器（ISR：Interrupt Status Register）：地址为C_BASEADDR + 0x0，可读写寄存器，读时每一位对应一个中断输入的标志位，当MER的HIE位为0时可写。
②中断挂起寄存器（IPR：Interrupt Pending Register）：地址为C_BASEADDR + 0x4，可选的只读寄存器，读出结果为中断标志位与中断使能位的AND。
③中断使能寄存器（IER：Interrupt Enable Register）：地址为C_BASEADDR + 0x8，可读写寄存器，每一位对应一个中断输入的使能位。
④中断应答寄存器（IAR：Interrupt Acknowledge Register）：地址为C_BASEADDR + 0xC，只写寄存器，每位写1清对应的中断标志位。
⑤设置中断使能寄存器（SIE：Set Interrupt Enables）：地址为C_BASEADDR + 0x10，只写寄存器，每位写1设对应的中断使能位。
⑥请除中断使能寄存器（CIE：Clear Interrupt Enables）：地址为C_BASEADDR + 0x14，只写寄存器，每位写1清对应的中断使能位。
⑦中断矢量寄存器（IVR：Interrupt Vector Register）：地址为C_BASEADDR + 0x18，可选的只读寄存器，读出结果为当前激活的最高优先级中断的中断矢量，无中断时读为全1。
⑧主使能寄存器（MER：Master Enable Register）：地址为C_BASEADDR + 0x1C，可读写寄存器，只用到两位，最低位ME使能IRQ，次低位HIE为硬件中断使能。
2．一个实例
上一节我们基于μC/OS-II的延时函数实现了一个LED灯闪烁的实验，本节准备在上一节的基础上实现下面的功能：通过GPIO中断来激活或挂起一个比LED灯闪烁任务更高优先级的任务，以验证中断控制器的使用和任务的抢占，下面是具体步骤：
(1).打开上一节的工程，在XPS 界面右边的System Assembly View里点Port栏，再双击DIP_Switches_4Bit图标，在弹出的IP配置窗口里的Use栏里勾选 “GPIO Supports Interrupts”。点OK退出配置窗口。展开DIP_Switches_4Bit图标前的加号，选择IP2INTC_Irpt线为New Connection。
(2). 在XPS界面右边的System Assembly View里点Port栏，展开xps_intc_0图标前的加号，
在Intr里把DIP_Switches_4Bi_IP2INTC_Irpt_0加为中断源，并把优先级设为比xps_timer_0_Interrupt低，点OK退出窗口。
(3) 然后在XPS界面顺序选择：
①Hardware → Clean Netlist
②Hardware → Clean Bits
③Hardware → Generate Netlist
④Hardware → Generate Bitstream
(4) 修改C:\MICRIUM\Software\EvalBoards\Xilinx\Generic\GNU\EX1_OS\ app.c文件增加一个显示流水灯的任务。具体修改如下：
①. 在main函数前加入如下代码：

INT16U flag1;
OS_STK AppTaskSecondStk [256];
void AppTaskSecond(void *p_arg)
{
   INT8U i;
   INT32U j;
   i=2;
   BSP_InitIO();
   while (1) {
     LED_Off(0);
     LED_On(i);
     i++;
     if(i>4)
     {
        i=2;
     }
     for(j=0;j<699999; j++); //Delay1
   }
}

② 在main 函数里的OSInit();后面加入如下代码：

flag1 =0;
OSTaskCreateExt(AppTaskSecond,
(void *)0,
& AppTaskSecondStk[255],
2,
2,
& AppTaskSecondStk[0],
256,
(void *)0,
OS_TASK_OPT_STK_CHK | OS_TASK_OPT_STK_CLR);

③ 把AppTaskFirst函数里调用的BSP_InitIO();语句删除，因为我们在更高优先级的AppTaskSecond任务里已经调用过了。
(5) 修改C:\MICRIUM\Software\EvalBoards\Xilinx\Generic\GNU\EX1_OS\app_cfg.h如下：

#define APP_TASK_FIRST_ID 3
#define APP_TASK_FIRST_PRIO 3
#define APP_TASK_FIRST_STK_SIZE 256

即降低第一个任务的优先级和减少堆栈容量。
(6) 修改C:\MICRIUM\Software\EvalBoards\Xilinx\Generic\GNU\BSP\bsp.c文件
①.在BSP_InitIntCtrl中断初始化函数前加入GPIO的中断函数如下：

extern INT16U flag1;
void BSP_GpioHandler(void *baseaddr_p)
{
    for(gpio_status=0; gpio_status<69999; gpio_status++); //Delay2
    if(flag1==0)
    {
       OSTaskSuspend(2);
       flag1=1;
    }
    else
    {
       OSTaskResume(2);
       flag1=0;
    }
    XGpio_mWriteReg(XPAR_DIP_SWITCHES_4BIT_BASEADDR, 0x120, 0x1);
}

②在BSP_InitIntCtrl函数内的
init_status = XIntc_Connect(&int_ctl, BSP_INTC_TIMER1_ID,BSP_Timer1Handler,(void *)0);语句下面添加下列语句：

init_status = XIntc_Connect(&int_ctl, XPAR_XPS_INTC_0_DIP_SWITCHES_4BIT_IP2INTC_IRPT_INTR,BSP_GpioHandler,(void *)0);
XIntc_Enable(&int_ctl, XPAR_XPS_INTC_0_DIP_SWITCHES_4BIT_IP2INTC_IRPT_INTR);
XGpio_mWriteReg(XPAR_DIP_SWITCHES_4BIT_BASEADDR, XGPIO_TRI_OFFSET, 0xffffffff);
XGpio_mWriteReg(XPAR_DIP_SWITCHES_4BIT_BASEADDR, XGPIO_GIE_OFFSET, XGPIO_GIE_GINTR_ENABLE_MASK);
XGpio_mWriteReg(XPAR_DIP_SWITCHES_4BIT_BASEADDR, XGPIO_IER_OFFSET, 0x1);

(7) 在XPS界面选择：
①Software → Clean Libraries
②Software → Generate Libraries and BSPs
③点击TEST工程名,在右键弹出菜单选择Set Compiler Options...,
在Debug and Optimization选择 No Optimization。
再在右键弹出菜单选择选择Clean Project 后在选择Build Project编译工程。
④Device Configuration → Update Bitstream
⑤Device Configuration → Download Bitstream
下载成功后可以看到系统首先运行高优先级的任务使LED[2：4]跑流水灯，拨下DIP开关产生GPIO中断，进入中断函数内把高优先级任务挂起，则系统运行次优先级的任务使LED1闪烁，在拨下DIP开关，进入中断后恢复高优先级任务，又可以看到LED[2：4]跑流水灯，
次优先级任务由于抢占已经不在运行（LED1不再闪烁）。
3．最后总结一下调试中遇到问题：
(1).要用XPS中断控制器进行中断扩展，有三个地方相应的使能位都要打开，否则中断进不来，一个MICROBLAZE的中断使能位，二是中断控制器各个输入的使能位和输出使能位，三是具体中断源的使能位（GPIO的单独位的使能位和总使能位），而硬件上也要确认连接好。
(2).进入中断后要清标志位，包括中断控制器和中断源两个地方的标志位，否则出现中断退出后又立刻进来的现象。
(3). DIP开关由手工拨动，一般有按键反弹现象，所以要延时下消抖，这就是上面代码//Delay2的作用，如果不消抖，可能出现拨一下进入中断多次的现象。
(4) 带了操作系统后，如果任务多点或堆栈大一点，往往不能把全部代码放在BRAM里，这时在Device Configuration → Update Bitstream步骤时会报错说容量不够，所以这里我把堆栈改为256了，实际项目使用的话往往要外扩FLASH和RAM。

XILINX XPS中断控制器的使用

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