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MPC860是網絡通信設備中應用最廣的一款RISC嵌入式處理器。本文介紹MPC860的中斷體系結果及中斷發生后服務程序的處理流程；以SMC1的接收中斷為例，闡述在設計操作系統管理的條件下，中斷初始化程序和中斷服務程序的編寫。 Motorola公司推出的MPC860 PowerQUICC是目前在通信領域應用得非常廣泛的一款嵌入式處理器，被譽為MC68360 PowerQUICC在網絡和數據通信領域的新一代產品。與MC68360相比，MPC860 PowerQUICC在各方面的性能，包括器件的適應性、外部擴展能力和芯片集成度等都得到了提高。 MPC860PowerQUICC（簡稱MPC860）內部集成了兩個處理單元。一個處理單元是嵌入的PowerPC核（PowerPCCore）。它是主處理單元（CPU），包括Cache和內存管理單元；是一個RISC芯片，通常編譯后的程序指令都是由它執行。另一個是通信處理模塊CPM（Communications Processor Module），內部也集成了一個RISC微處理器，對各種常用的通信模塊進行管理。通信處理模塊內部集成有4個串行通信控制器SCC（Serial Communication Controller）、2個串行管理控制器SMC（Serial Management Channels）、1個串行外圍接口電路SPI（Serial Peripheral Interface）和1個I2C（Inter-Integrtaed Circuit）接口。兩個處理單元之間的數據通常使用DMA方式傳送。由于CPM分擔了嵌入式PowerPC核的外圍工作任務，這種雙處理器體系結構極大減輕了CPU的工作負荷，而且功耗也要低于傳統體系結構的處理器。另外，在MPC860中還有一個系統接口單元SIU（System Interface Unit），主要功能是提供內外總線的接口及一些其它功能（如SIU中斷）的管理等。 由于MPC860的體系與通用的X86體系結構有很大的不同，其中斷體系結構和處理機制也有自己的特點，使得它的中斷管理及中斷服務程序成為系統移植和應用中的難點。本文將對MPC860的中斷體系結構和中斷應用程序的編寫進行介紹。 1 MPC860中斷體系結構 與MPC860的兩個處理單元相對應，對于CPM產生的中斷，也有兩級處理過程。整個MPC860的中斷體系結構如圖1所示。 從圖1可以看出，MPC860的整個中斷體系結構有3個模塊：PowerPC核、SIU中斷控制器SIU IC（SIU Interrupt Controller）和CPM中斷控制器CPMIC（CPM Interrupt Controller）。 PowerPC Core是指令執行單元，使用異常（Exception）的目的就是要打斷它的正常執行，使它轉入處理緊急事件的異常處理程序中執行。對于每一類異常，異常發生后PowerPC跳轉執行的位置是不同的。這些不同的位置組成了一個表——異常向量表。不同類型的異常在異常向量表中的偏移量不同。例如系統重啟異常在異常向量表中的偏移量是0x100，機器自檢異常的偏移量是0x200，而外部中斷在異常向量表中的偏移量是0x500等等。 SIU中斷控制器負責管理8個外部中斷源（IRQ0～7）和8個內部中斷源（Leve10～7），結構如圖2的示。其中IRQ0一般用作不可屏蔽中斷，通過NMI向PowerPC內核請求中斷，其余15個通過IREQ請求中斷。對于8個內部中斷源，包括周期性的中斷時鐘（PIT）、實時時鐘（RTC）、PCMCIA以及CPM等，用戶可以通過對寄存器的操作，把它們設定為Leve10～7中的任何一級。這16個中斷源之間的優先級SIU IC已經設定了。其中IRQ0的優先級最高，Leve10其次，依此類推，Leve17的優先級最低。 在SIU IC進行SIU中斷處理時，有幾個重要的寄存器與之相關的。它們是中斷懸掛寄存器SIPEND、中斷屏蔽寄存器SIMASK和中斷向量寄存器SIVEC。 CPM中斷控制器是對SIU中斷控制器的下一級擴展。它管理通信處理模塊的各個中斷源，并向SIU IC申請中斷處理，其結構如圖3所示。CPIC接收12個外部中斷源和17個內部中斷源的中斷請求，經過屏蔽和判優處理后，把中斷請求送往SIU中斷控制器。通過設置CPIC的配置寄存器，CPM在SIU IC中的優先級可以是Leve10～7中的任何一級，并且所有的CPM中斷源都將以這個優先級向SIU申請中斷。在CPM IC內部，它也為每個中斷源分配了一個中斷向量號，并且分配了不同的優先級，還可以編程設定哪個中斷源為最高優先級。 在CPM的中斷源中，如果一個中斷源有多個子功能可以產生中斷請求，并且每一項子功能的中斷請求都可以屏蔽，那么這個中斷源稱為子塊可屏蔽中斷。例如，對串行管理通道SMI（Serial Management Channels），每一個SMC有一個事件寄存器SMCE和一個屏蔽寄存器SMCM，具體定義如圖4所示。用戶可以通過對SMCM進行編程，屏蔽掉某項子功能的中斷請求功能。假如用戶要使用中斷接收功能，就應該置位SMCM的RX位以打開接收中斷。在中斷服務程序中還要讀取SMCE，以判斷是哪個子功能產生的中斷。如果SMCE的RX位已被置位，就表明產生了接收中斷，應進入接收中斷處理函數。 CPM IC中提供了一些可編程寄存器。通過對這些寄存器進行設置，可以設定CPM IC的工作方式。這些寄存器分別是CPM中斷配置寄存器CICR、CPM中斷屏蔽寄存器CIMR、CPM中斷向量寄存器CIVR、CPM中斷是掛寄存器CIPR和CPM中斷服務寄存器CISR。 2 編寫MPC860中斷應用程序 編寫MPC860中斷應用程序主要有兩個方面的內容：一個是中斷初始化程序，另一個是中斷服務程序。 中斷初始化程序首要的工作是初始化中斷寄存器，包括打開SIMASK對應的屏蔽位、使能外部中斷。如果要使用SIU的外部中斷，應該初始化SIEL寄存器，以設定中斷是低電平觸發還是低跳變觸發。如果使用了CPM中斷，還應該初始化CICR、CIMR寄存器，以設定CPM在SIU IC中的中斷優先級，以及它自身內部的最高優先級中斷源。對于子塊可屏蔽中斷源，還應該打開對應的事件屏蔽寄存器。只有在初始化這些寄存器后，中斷源產生的中斷才得到響應。 對于外部中斷，PowerPC內核接收到中斷請求信號后，會轉入異常向量表中的外部中斷偏移地址處（0x500）執行。這一段最大長度為256個字節的代碼，也可以說是SIU中斷的服務程序。在中斷初始化程序中，還必須把SIU中斷服務程序放到正確的位置。 中斷服務程序是中斷產生后自動跳轉執行的程序，它對中斷進行處理。對于其中比較復雜的CPM中斷，它有兩級處理程序，分別是SIU中斷服務程序和CPM中斷服務程序。中斷服務程序的處理流程如圖5所示。 在SIU中斷服務程序中，要讀取產生SIU中斷有中斷向量號，根據中斷向量號判斷中斷源，然后跳轉到對各個中斷源處理的服務程序中執行。如果讀到的中斷向量號對應的是CPM，要轉入CPM中斷服務程序中執行。CPM又有29個中斷源，每個中斷源對應不同CPM中斷向量號。在CPM中斷服務程序中，也要讀取CPM中斷向量號，然后根據中斷向量號調用對應的中斷處理程序。這樣，所有的CPM中斷源，在進入中斷處理程序之前，都經過了SIU IC和CPM IC兩級處理。另外，由于MPC860是RISC處理器，它有許多通用寄存器，在中斷服務程序中應該把影響到的寄存器壓入到堆棧中，在退出中斷服務程序之前再恢復。 3 實例應用 下面以CPM的SMC1用作串口，使用中斷接收數據為例，說明MPC860的中斷應用程序編寫過程。 本程序的主函數是main()。它調用smc_init()進行smc初始化，然后循環等待接收數據。smc_init()是初始化函數。它設定smc1的工作方式，初始化接收描述字，然后初始化中斷寄存器，并且把SIU中斷服務程序拷貝到異常向量表的0x500處。Initbrn()是SIU中斷服務程序，也就是外部中斷產生后的入口程序。它讀取SIU的中斷向量號，如果是CPM中斷，就調用CPM中斷處理程序CPMHandler（），在這個程序中再讀取CPM中斷向量號，如果是CPM中斷，就調用CPM中斷處理程序CPMHandler()，在這個程序中再讀取CPM中斷向量號，處理SMC1發送過來的數據。 另外，函數getimmr()的作用是用匯編指令得到芯片雙端口寄存器的基址，getmsr()的作用是讀取機器狀態字（MSR）的值，getevt（）利用MSR的值得到的異常向量表的基址。整個程序代碼如下： #include "pc860.h" /*MPC860寄存器宏定義頭文件*/ struct dprbase *pdpr; /*指向雙端口內存基址的地址*/ void smc_init() /*初始化SMC函數*/ { void intbrn(); /*定義SIU中斷服務程序*/ int *ptrs,*ptrd; /*SIU中斷服務程序搬移的源和目的地址*/ char intlv1=4；/*CPM中斷級別*/ pdpr=(struct dprbase *)(getimmr() %26;amp; 0xFFFF0000); /*得到內部雙端口寄存器的基址*/ …… /*初始化SMC的寄存器和工作參數，如工作模式，波特率等*/ …… /*初始化串口數據收發緩沖區的描述字，注意要把接收緩沖區描述字RxBD的中斷位置為1*/ ptrs=(int *)intbrn; /*需要搬移的SIU中斷服務程序源地址*/ ptrd=(int *)(getevt()+0x500);/*目標地址*/ do /*把SIU中斷服務程序搬移到外部中斷入口處*/ *ptrd++=*ptrs; while(*ptrs++!=0x4c000064);/*0x4c000064是SIU中斷服務程序返回指令RFI指令的二進制代碼*/ pdpr->CICR.IRL2=(unsigned)(intlv1);/*設定CPM的中斷級別為4*/ pdpr->CICR.HP0_HP4=0x1F; /*設定PC15為最高優先級中斷*/ pdpr->CIMR.SMC1=1;/*打開CPM IC的SMC1中斷屏蔽位*/ pdpr->SIMASK.ASTRUCT.LVM4=1;/*打開SIU IC的CPM中斷屏蔽位*/ pdpr->CICR.IEN=1;/*使能CPM中斷*/ pdpr->SMCE1=0xFF;/*清除SMC1的事件寄存器*/ pimm->SMCM1=1;/*打開子模塊可屏蔽的接收中斷*/ asm("mtspr 80,0");/*使能中斷*/ …… /*使能SMC1的發送和接收功能*/ } main() /*主函數*/ { smc_init() /*初始化SMC1*/ while(1==1);/*等待接收*/ } #pragma interrupt intbrn /*SIU中斷服務程序 void intbrn() {void CPMHandler();/*定義CPM中斷服務程序*/ asm("stwu r9,-4(r1");/*把GRR9壓入堆棧*/ switch(pdpr->SIVEC.IC)/*讀取SIU的中斷向量號，轉入相應處理程序*/ {case 0x24;/*為CPM對應的中斷向量號*/ asm("mfspr r9,8");/*把LR壓入堆棧*/ asm("mfspr r9,8");/*把LR壓入堆棧*/ asm("mfspr r9,8");/*把LR壓入堆棧*/ asm("stwu r9,-4(r1)"); asm("bla CPMHandler")/*調用CPM中斷處理函數*/ asm("lwz r9,0(r1)");/*把LR從堆棧中彈出*/ asm("addi r1,r1,4");/*恢復堆棧指針*/ asm("mtspr8,r9"); break; default:; } asm("lwz r9,0(r1); /*把GPR9從堆棧中彈出/* asm("addi r1,r1,4");/*恢復堆棧指針*/ } void CPMHandler() /*CPM中斷處理程序*/ {unsigned v1; pdpr->CIVR.IACK=1;/*把CIVR的IACK位置為1，以讀取CIVR中的中斷向量號*/ v1=pdpr->CIVR.VN;/*讀取中斷向量號*/ switch(pimm->CIVR.VN)/*根據中斷向量號進行處理*/ {case 4: /*SMC1的中斷向量*/ …… /*SMC1中斷處理程序，對接收到的數據進行處理*/ pimm->CISR=1<<(31-11);/*清除IN-SRVCE位*/ break; default:; } } getimmr() /*得到雙端口寄存器的基址*/ { asm("mfspr3,638"); } getevt() /*得到中斷入口的基址*/ { if((getmsr() %26;amp; 0x40)==0)/*如果MSR.IP等于0*/ return(0); /*中斷入口在低位*/ else return(0xFFF00000);/*中斷入口在高位*/ } getmsr() /*得到機器狀態寄存器MSR的值*/ { asm(mfmsr 3; /*把MSR的值讀到r3中*/ } 4 結論 以上討論的中斷應用程序的編寫是在沒有操作系統的情況下進行的；如果有操作系統，對中斷管理的初始化會在操作系統初始化時完成，用戶只需調用API函數安裝中斷服務程序即可。但即使這樣，理解上述的中斷處理過程，對編寫MPC860中斷服務程序也是有必要的。 從以上討論可以看出，與MPC860帶有兩個處理器的體系結構相適應的，MPC860中斷機制采用了兩級中斷處理，其優點是能最大限度地擴展外部中斷源的數量，并可以加快對CPM中斷的響應速度。編寫MPC860中斷處理程序的關鍵在兩個方面：一個是在初始化時應該設置好各個中斷寄存器，并且把SIU中斷服務程序放到正確的位置；另一個是在中斷服務程序的處理過程中，要根據讀得的SIU和CPM中斷向量號進行相應處理。 |
