LPC2000系列微處理器組成與中斷技術(shù).ppt

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1,5.1LPC2000系列簡(jiǎn)介5.2芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)5.3存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)5.4系統(tǒng)控制模塊5.5中斷技術(shù)5.6向量中斷控制器,LPC2000系列微處理器組成與中斷技術(shù),2,5.1LPC2000系列芯片簡(jiǎn)介,嵌入式處理器常見(jiàn)的有ARM、PowerPC、MIPS、Motorola68K等，其中ARM占據(jù)了絕對(duì)主流?；贏RM平臺(tái)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)在工業(yè)控制、無(wú)線通訊、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用、消費(fèi)類電子產(chǎn)品、成像和安全產(chǎn)品等領(lǐng)域內(nèi)均有廣泛地應(yīng)用。ARM處理器根據(jù)其應(yīng)用及其特點(diǎn)，分為控制類芯片、特殊應(yīng)用類芯片、數(shù)字信號(hào)處理器、消費(fèi)類電子的嵌入式芯片以及安全芯片?？刂祁愋酒笙鄬?duì)較低，具有中斷控制器、片內(nèi)存儲(chǔ)器；應(yīng)用處理器具有MMU、支持SDRAM、附帶LCD控制器或接口并具有DMA；消費(fèi)類電子的嵌入式芯片一般具有較強(qiáng)的專業(yè)性；數(shù)字信號(hào)處理器通過(guò)使用協(xié)處理器和DSP等方式提高運(yùn)算能力；安全芯片使用專門的SecurCore內(nèi)核。,3,5.1LPC2000系列芯片簡(jiǎn)介,ARM系列種類繁多，本章我們主要討論一般控制類的芯片，以NXP公司LPC2000系列處理器為例進(jìn)行介紹。LPC2000系列微控制器基于ARM7TDMI-SCPU內(nèi)核。支持ARM和Thumb指令集，芯片內(nèi)集成豐富外設(shè)，而且具有非常低的功率消耗。使該系列微控制器特別適用于工業(yè)控制、醫(yī)療系統(tǒng)、訪問(wèn)控制和POS機(jī)等場(chǎng)合。,簡(jiǎn)介,LPC2100系列LPC2200系列LPC2300系列LPC2400系列LPC2800系列,,4,5.1.1LPC2100系列芯片,LPC2100系列MCU基于一個(gè)支持實(shí)時(shí)仿真和跟蹤的16/32位ARM7TDMI-SCPU,并帶有128/256KB嵌入的高速Flash存儲(chǔ)器。128位寬度的存儲(chǔ)器接口和獨(dú)特的加速結(jié)構(gòu)使32位代碼能夠在最大時(shí)鐘速率下運(yùn)行。如果在實(shí)際應(yīng)用中對(duì)代碼規(guī)模有嚴(yán)格控制，使用16位Thumb模式可將代碼規(guī)模降低超過(guò)30%，而性能的損失卻很小。,5,LPC2100系列MCU主要特點(diǎn)：,16/32位ARM7TDMI-S核,超小LQFP和HVQFN封裝；16/32/64kB片內(nèi)SRAM；128/256kB片內(nèi)Flash程序存儲(chǔ)器；128位寬度接口/加速器可實(shí)現(xiàn)高達(dá)60MHz工作頻率；通過(guò)片內(nèi)boot裝載程序?qū)崿F(xiàn)在系統(tǒng)編程(ISP)和在應(yīng)用編程(IAP)；EmbeddedICE可實(shí)現(xiàn)斷點(diǎn)和觀察點(diǎn)；嵌入式跟蹤宏單元(ETM)支持對(duì)執(zhí)行代碼進(jìn)行無(wú)干擾的高速實(shí)時(shí)跟蹤；10位A/D轉(zhuǎn)換器,轉(zhuǎn)換時(shí)間低至2.44μs；CAN接口,帶有先進(jìn)的驗(yàn)收濾波器；包括2個(gè)16C550工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)UART、高速I2C接口(400kHz)和2個(gè)SPI接口。,6,表5.1LPC2100系列MCU參數(shù)規(guī)格,7,5.1.2LPC2200系列芯片特點(diǎn)：,處理器和封裝：16/32位ARM7TDMI-S微控制器,LQFP144和TFBGA144封裝；RAM:16/64kB片內(nèi)靜態(tài)RAM(LPC2210/LPC2220)；串行boot裝載程序通過(guò)UART0來(lái)實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)下載和編程；調(diào)試：EmbeddedICE-RT和嵌入式跟蹤接口使用片內(nèi)RealMonitor軟件對(duì)任務(wù)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)試；支持對(duì)執(zhí)行代碼進(jìn)行無(wú)干擾的高速實(shí)時(shí)跟蹤；8路10位A/D轉(zhuǎn)換器,轉(zhuǎn)換時(shí)間低至2.44μs；定時(shí)器：2個(gè)32位定時(shí)器(LPC2220也具有外部事件計(jì)數(shù)器)帶4路捕獲和4路比較通道；PWM單元(6路輸出)、實(shí)時(shí)時(shí)鐘(RTC)和看門狗；串口：包括2個(gè)16C550工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)UART、高速I2C總線(400kbit/s)和2個(gè)SPI接口；在LPC2220上,可選擇帶有數(shù)據(jù)緩沖區(qū)和可變長(zhǎng)度傳輸?shù)耐酱锌?SSP)來(lái)代替一個(gè)SPI；,8,LPC2200系列MCU芯片資源及特點(diǎn)(續(xù)),向量中斷控制器(VIC),可配置優(yōu)先級(jí)和向量地址；外存：通過(guò)外部存儲(chǔ)器接口可將存儲(chǔ)器配置成4組,每組的容量高達(dá)16Mb,數(shù)據(jù)寬度為8/16/32位；多達(dá)76個(gè)通用I/O口(可承受5V電壓)?？墒褂?個(gè)邊沿或電平觸發(fā)的外部中斷管腳；通過(guò)可編程的片內(nèi)鎖相環(huán)(PLL)可實(shí)現(xiàn)最大為60/75MHz(LPC2210/2220)的CPU操作頻率；頻率：帶外部晶體的片內(nèi)振蕩器頻率范圍：1～30MHz,外部振蕩器的頻率高達(dá)50MHz；2個(gè)低功耗模式：空閑和掉電；喚醒：通過(guò)外部中斷將處理器從掉電模式中喚醒；優(yōu)化功耗：通過(guò)個(gè)別使能/禁止外部功能來(lái)優(yōu)化功耗；雙電源，CPU操作電壓范圍：1.65V1.95V(1.8V0.15V)；I/O操作電壓范圍：3.03.6V(3.3V10%),I/O口可承受5V電壓。,9,表5.2LPC2200系列MCU參數(shù)規(guī)格表,10,5.1LPC2100/2200系列簡(jiǎn)介,器件信息,關(guān)于LPC2000其它器件的介紹請(qǐng)登錄“LPC2000系列ARM”專欄,11,5.1LPC2000系列簡(jiǎn)介5.2芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)5.3存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)5.4系統(tǒng)控制模塊5.5中斷技術(shù)5.6向量中斷控制器,LPC2000系列微處理器組成與中斷技術(shù),12,5.2芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu),LPC2000系列微控制器包含4大部分：,13,5.2芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu),,,,,,LPC2200系列芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖5.1所示，芯片內(nèi)部有三種總線，分別是局部總線、AHB和VPB,14,5.1LPC2000系列簡(jiǎn)介5.2芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)5.3存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)5.4系統(tǒng)控制模塊5.5中斷技術(shù)5.6向量中斷控制器,LPC2000系列微處理器組成與中斷技術(shù),15,嵌入式系統(tǒng)中存儲(chǔ)器部分按其位置分為片內(nèi)和片外存儲(chǔ)器，其存儲(chǔ)器主要分為RAM、ROM和FlashMemory。Flashmemory（閃速存儲(chǔ)器）是嵌入式系統(tǒng)中重要的組成部分，用來(lái)存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)。FlashMemory是一種非易失性存儲(chǔ)器NVM（Non-VolatileMemory），掉電后數(shù)據(jù)不會(huì)丟失，但在使用FlashMemory時(shí)，必須根據(jù)其自身特性，對(duì)存儲(chǔ)系統(tǒng)進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)，以保證系統(tǒng)的性能達(dá)到最優(yōu)。,5.3存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu),16,5.3存儲(chǔ)器尋址,5.3.1存儲(chǔ)器映射5.3.2片內(nèi)存儲(chǔ)器5.3.3片外存儲(chǔ)器5.3.4存儲(chǔ)器重映射及引導(dǎo)塊5.3.5啟動(dòng)代碼相關(guān)部分,17,LPC2000系列微處理器的片內(nèi)儲(chǔ)存器大小,1MB,,512KB,,64KB,32KB,256KB,128KB,64KB,,,32KB,16KB,,,LPC2104LPC2114LPC2119LPC2134LPC2144LPC2212,,,,8KB,,,LPC2210LPC2290,LPC2220LPC2880,片內(nèi)SRAM,,0KB,4KB,2KB,16KB,8KB,LPC2124LPC2194LPC2129LPC2214LPC2292LPC2294,LPC2136LPC2146,,LPC2103LPC2131LPC2141,,,LPC2101,,,LPC2102,LPC2105,LPC2106,LPC2132LPC2142,LPC2138LPC2148,,LPC2888,片內(nèi)Flash,LPC2101,LPC2102,LPC2103LPC2131LPC2141,LPC2210LPC2290,LPC2132LPC2142,LPC2104LPC2114LPC2119LPC2134LPC2144LPC2212,LPC2124LPC2194LPC2129LPC2214LPC2292LPC2294,LPC2105,LPC2136LPC2146,LPC2220LPC2880,LPC2138LPC2148,LPC2106,LPC2888,18,概述,5.3.1存儲(chǔ)器映射,ARM芯片存儲(chǔ)器分布可以在片內(nèi)和片外，這些存儲(chǔ)器本身不具有地址信息，它們?cè)谛酒械牡刂肥怯尚酒瑥S家或用戶分配的。給物理存儲(chǔ)器分配邏輯地址的過(guò)程稱為存儲(chǔ)器映射。通過(guò)這些邏輯地址就可以訪問(wèn)到相應(yīng)存儲(chǔ)器的物理存儲(chǔ)單元。,19,LPC2210存儲(chǔ)器地址分布,圖5.2LPC2210存儲(chǔ)器地址分布,ARM芯片存儲(chǔ)器分布可以在片內(nèi)和片外，地址從低到高分布有片內(nèi)FLASH、片內(nèi)SRAM、BOOTBLOCK、保留的外存儲(chǔ)器空間、VPB外設(shè)以及AHB外設(shè)。,20,系統(tǒng)存儲(chǔ)器映射,5.3.1存儲(chǔ)器映射,256KB片內(nèi)非失憶性存儲(chǔ)器（LPC2124/2214）,2MBAHB外設(shè),128KB片內(nèi)非失憶性存儲(chǔ)器（LPC2114/2212）,16KB片內(nèi)靜態(tài)RAM,8KBBootBlock（片內(nèi)ROM存儲(chǔ)器重映射）,2MBVPB外設(shè),16MBBank0,保留,保留給片內(nèi)RAM存儲(chǔ)器,保留給片內(nèi)FLASH存儲(chǔ)器,16MBBank1,16MBBank2,16MBBank3,,,,,保留給片外存儲(chǔ)器,用戶所見(jiàn)存儲(chǔ)器的分布,圖5.3系統(tǒng)存儲(chǔ)器地址映射,21,ARM存儲(chǔ)器映射空間,ARM7TDMI的存儲(chǔ)器映射空間0X00000000~0XFFFFFFFF起始地址依次為：FLASH——0X00000000，SRAM——0X40000000，BOOTBLOCK，外部存儲(chǔ)器0X80000000，VPB（低速外設(shè)地址）——0XE0000000，AHB（高速外設(shè)：向量中斷控制器，外部存儲(chǔ)器控制器）——從0XFFFFFFFF回頭。,22,5.3.1存儲(chǔ)器映射,AHB和VPB,AHB（先進(jìn)的高性能總線）和VPB（VLSI外設(shè)總線）外設(shè)區(qū)域都為2M字節(jié)，可各分配128個(gè)外設(shè)。每個(gè)外設(shè)空間的規(guī)格都為16K字節(jié)，這樣就簡(jiǎn)化了每個(gè)外設(shè)的地址譯碼。,注意：外設(shè)寄存器的地址都是字對(duì)齊。AHB和VPB外設(shè)區(qū)域中不管是字還是半字，都是一次性訪問(wèn)。例如不可能對(duì)一個(gè)字寄存器的最高字節(jié)執(zhí)行單獨(dú)的讀或?qū)懖僮鳌?23,外設(shè)存儲(chǔ)器映射,5.3.1存儲(chǔ)器映射,注：AHB和VPB均為128x16kB(2MB)范圍。,24,AHB外設(shè)映射,5.3.1存儲(chǔ)器映射,注：只有LPC2200系列微處理器有外部總線控制器,25,VPB外設(shè)映射,4.3.3存儲(chǔ)器映射,26,5.3.2片內(nèi)存儲(chǔ)器,LPC2000系列中除了LPC2210/2220/2290外，其它的ARM微處理器內(nèi)部都帶有容量不等的Flash，這為ARM芯片的單片應(yīng)用帶來(lái)可能。片內(nèi)Flash通過(guò)128位寬度的總線與ARM內(nèi)核相連，具有很高的速度，加上特有的存儲(chǔ)器加速功能，因此可以將程序直接放在Flash上運(yùn)行。,片內(nèi)FLASH程序存儲(chǔ)器,27,5.3.2片內(nèi)存儲(chǔ)器,片內(nèi)Flash編程方法,1.使用JTAG仿真/調(diào)試器，通過(guò)芯片的JTAG接口下載程序；,2.使用在系統(tǒng)編程技術(shù)(即ISP),通過(guò)UART0接口下載程序；,3.使用在應(yīng)用編程技術(shù)（即IAP），在用戶程序運(yùn)行時(shí)對(duì)Flash進(jìn)行擦除和/或編程操作，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和固件的現(xiàn)場(chǎng)升級(jí)。,,,,,,,,,,,JTAG,,UART0,28,5.3.2片內(nèi)存儲(chǔ)器,LPC2000系列微控制器的片內(nèi)RAM為靜態(tài)RAM(SRAM)，它們可用作代碼和/或數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。SRAM支持8位、16位和32位的讀寫訪問(wèn)。,片內(nèi)靜態(tài)RAM,29,5.3.3片外存儲(chǔ)器,概述,在CPU外部擴(kuò)展連接的存儲(chǔ)器芯片稱為片外存儲(chǔ)器，這些器件通常都具有數(shù)據(jù)線、地址線和控制線等。主要器件有ROM、FLASH、SRAM等。,,Bank0,Bank1,Bank2,Bank3,,,,,LPC2200,每個(gè)Bank尋址空間：16M字節(jié);數(shù)據(jù)寬度：8/16/32位。,30,5.3.3片外存儲(chǔ)器,片外Flash編程方法,Flash的擦寫操作需要配合一段符合Flash編程時(shí)序的代碼，這段代碼稱為裝載程序，一般由用戶編寫。,,,程序代碼（源）,程序代碼（目標(biāo)）,Loader,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,下載用戶代碼時(shí)，首先得在CPU內(nèi)運(yùn)行裝載程序，通過(guò)它把從串口（或其它接口）接收的代碼寫到片外Flash中。,31,5.3.4存儲(chǔ)器重映射及引導(dǎo)塊,存儲(chǔ)器重映射,將已經(jīng)過(guò)映射的存儲(chǔ)器再次映射的過(guò)程稱為存儲(chǔ)器重映射，它使同一物理存儲(chǔ)單元出現(xiàn)多個(gè)不同的邏輯地址。這些存儲(chǔ)單元主要包括引導(dǎo)塊“BootBlock”和用于保存異常向量表的少量存儲(chǔ)單元。,Addr1,0 x1234,0 x1234,,,注意：存儲(chǔ)器重映射并不是對(duì)映射單元的內(nèi)容進(jìn)行了復(fù)制，而只是將多個(gè)地址指向了同一個(gè)存儲(chǔ)單元，這種效果是通過(guò)芯片內(nèi)部的“存儲(chǔ)器管理部件”實(shí)現(xiàn)的。,32,5.3.4存儲(chǔ)器重映射及引導(dǎo)塊,存儲(chǔ)器映射：為存儲(chǔ)器分配地址的過(guò)程.存儲(chǔ)器重映射：為了增加系統(tǒng)的靈活性，系統(tǒng)中有部分地址可以同時(shí)出現(xiàn)在不同的地址上，這就叫做存儲(chǔ)器重映射。包括引導(dǎo)塊“BootBlock”重映射和異常向量表的重映射。1.引導(dǎo)塊“BootBlock”及其重映射引入的原因：BootBlock中有些程序可被用戶調(diào)用，如擦寫片內(nèi)Flash的IAP代碼。為了增加用戶代碼的可移植性，所以最好把BootBlock的代碼固定的某個(gè)地址上。但由于各芯片的片內(nèi)Flash大小不盡相同，如果把BootBlock的地址安排在內(nèi)部Flash結(jié)束的位置上，那就無(wú)法固定BootBlock的地址。廠家為了BOOTBLOCK在芯片中的位置固定，就在編址的2G靠前編址的位置虛擬劃分一個(gè)區(qū)域作為BOOTBLOCK區(qū)域，這就是重映射，這樣訪問(wèn)<2G即<0X80000000的位置時(shí)，就可以訪問(wèn)到在FLASH尾部的BOOTBLOCK區(qū)了。,33,5.3.4存儲(chǔ)器重映射及引導(dǎo)塊,1.引導(dǎo)塊及其重映射,引導(dǎo)塊（BootBlock）是芯片設(shè)計(jì)廠家在LPC2000系列ARM內(nèi)部固化的一段代碼，用戶無(wú)法修改或刪除。這段代碼在芯片復(fù)位后被首先運(yùn)行，其功能主要是：,判斷運(yùn)行哪個(gè)存儲(chǔ)器上的程序；檢查用戶代碼是否有效；判斷芯片是否被加密；芯片的在應(yīng)用編程(IAP)以及在系統(tǒng)編程功能(ISP)。,注意：部分器件內(nèi)部雖然沒(méi)有用戶Flash空間（比如LPC2210/2220/2290），但它們?nèi)匀淮嬖贐ootBlock，并且復(fù)位后會(huì)被首先運(yùn)行。,34,5.3.4存儲(chǔ)器重映射及引導(dǎo)塊,引導(dǎo)塊在存儲(chǔ)器中的狀態(tài),LPC2200系列芯片的BootBlock為8KB大小，它們占用了用戶的Flash空間。,LPC2130系列芯片的BootBlock為12KB大小，除了LPC2138占用用戶的Flash空間外，該系列中其它的芯片不占用用戶Flash空間。,35,,BootBlock重新映射,,BootBlock重新映射,5.3.4存儲(chǔ)器重映射及引導(dǎo)塊,BootBlock,BootBlock,引導(dǎo)塊（BootBlock）的重映射,36,引入原因：由于ARM處理器的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，可能同時(shí)存在片內(nèi)存儲(chǔ)器和片外存儲(chǔ)器等，他們?cè)诖鎯?chǔ)器映射上的起始地址都不一樣，因此ARM內(nèi)核要訪問(wèn)的中斷向量表可能不在0 x0000~0 x003F地址上，因此采用了存儲(chǔ)器重映射來(lái)實(shí)現(xiàn)將存在與不同地方的中斷向量表都映射到0 x0000~0 x003F地址上。ARM內(nèi)核在發(fā)生異常后，會(huì)使程序跳轉(zhuǎn)到0 x0000~0 x001C的異常向量表處，再經(jīng)過(guò)向量跳轉(zhuǎn)到異常服務(wù)程序。但ARM單條指令的尋址范圍有限，無(wú)法用一條指令實(shí)現(xiàn)4G范圍的跳轉(zhuǎn)，所以應(yīng)在其后面的0 x0020~0 x003F地址上放置跳轉(zhuǎn)目標(biāo)，這樣就可以實(shí)現(xiàn)4G范圍內(nèi)的任意跳轉(zhuǎn)，因此一個(gè)異常向量表實(shí)際上占用了16個(gè)字的存儲(chǔ)單元（64字節(jié)）。,5.3.4存儲(chǔ)器重映射及引導(dǎo)塊,2.異常向量表概述,37,5.3.4存儲(chǔ)器重映射及引導(dǎo)塊,ARM異常入口,該位置被Boot裝載程序用作有效用戶程序的檢測(cè)標(biāo)志。通過(guò)定義此保留值，使向量表所有數(shù)據(jù)32位累加和為0，芯片復(fù)位后才能脫機(jī)運(yùn)行用戶程序。,38,5.3.4存儲(chǔ)器重映射及引導(dǎo)塊,異常向量表的重映射,異常向量表可以來(lái)自四個(gè)不同的區(qū)域：BootBlock、片內(nèi)Flash、片內(nèi)RAM和外部存儲(chǔ)器。微控制器可以執(zhí)行這些存儲(chǔ)器中的代碼。除了片內(nèi)Flash的向量表位于0 x0000～0 x003F地址上，其他存儲(chǔ)器的向量表都不位于這個(gè)地址。為了能讓ARM內(nèi)核通過(guò)訪問(wèn)0 x0000～0 x003F地址訪問(wèn)到其他存儲(chǔ)區(qū)域的向量表，這樣向量表必須進(jìn)行重映射。,注意：除了“用戶片內(nèi)Flash模式”外，其它模式下都無(wú)法訪問(wèn)片內(nèi)Flash的0 x0000～0 x003F區(qū)域。,39,來(lái)自不同區(qū)域的異常向量表,異常向量表,地址重映射,,,,復(fù)位后，首先運(yùn)行BootBlock程序，將BootBlock內(nèi)0 x7FFFE000～0 x7FFFE03F的異常向量表重映射到0 x0000～0 x003F地址以允許處理異常并在Boot裝載過(guò)程中使用中斷。,此時(shí)無(wú)需進(jìn)行Flash向量表的重映射，其向量表本身就處于0 x0000～0 x003F地址空間。,異常向量表,異常向量表,再根據(jù)MEMMAP寄存器的設(shè)置運(yùn)行片內(nèi)Flash代碼。,片內(nèi)RAM代碼。,片外存儲(chǔ)器代碼。,此時(shí)需將片內(nèi)RAM0 x40000000～0 x4000003F的向量表重映射到0 x0000～0 x003F地址空間。,此時(shí)需將外部存儲(chǔ)器0 x80000000～0 x8000003F的向量表重映射到0 x0000～0 x003F地址空間。,地址重映射,地址重映射,40,外擴(kuò)存儲(chǔ)器異常向量表實(shí)現(xiàn)示例,應(yīng)用程序的異常向量表就存放在0 x80000000起始的64個(gè)物理存儲(chǔ)單元中。但是ARM核發(fā)生異常（中斷）后是從0 x00000000~0 x0000003F地址范圍取異常向量的。所以要把0 x80000000~0 x8000003F范圍內(nèi)的存儲(chǔ)單元重新映射到0 x00000000~0 x0000003F地址范圍上。以后CPU存取0 x00000000~0 x0000003F地址就是存取0 x80000000~0 x8000003F范圍內(nèi)的存儲(chǔ)單元。,41,ARM芯片的另外一種重映射方式,為了提高異常相應(yīng)速度我們采取以下做法：（1）先把0 x00000000~0 x0000003F（FLASH）存儲(chǔ)單元內(nèi)的異常向量表復(fù)制到0 x40000000~0 x4000003F（片內(nèi)RAM的最低端64個(gè)字節(jié)的存儲(chǔ)單元）范圍內(nèi)存儲(chǔ)單元中。（2）把0 x40000000~0 x4000003F范圍內(nèi)存儲(chǔ)單元地址重新映射到0 x00000000~0 x0000003F地址范圍。這樣做了以后，當(dāng)異常發(fā)生的時(shí)候，CPU取異常向量就是從RAM區(qū)中的異常向量表中區(qū)，速度快了。,42,異常向量表的重映射的實(shí)現(xiàn)機(jī)制,存儲(chǔ)器映射控制寄存器,存儲(chǔ)器映射控制寄存器（MEMMAP）是一個(gè)可讀可寫的寄存器。,異常向量表可以重新映射到：BootBlock；片內(nèi)Flash；片內(nèi)SRAM；外部存儲(chǔ)器Bank0。,目的：為了允許運(yùn)行在不同存儲(chǔ)器空間中的代碼對(duì)中斷進(jìn)行控制，需要使用存儲(chǔ)器映射控制機(jī)制改變地址0 x0000～0 x003F的中斷向量的映射。,43,存儲(chǔ)器映射控制,系統(tǒng)引導(dǎo)與存儲(chǔ)器映射,對(duì)于LPC2200系列微處理器，當(dāng)nRESET為低時(shí)，BOOT1:0腳的狀態(tài)控制著引導(dǎo)方式。,44,,MAP[1:0]設(shè)置值與各種異常地址范圍的關(guān)系,當(dāng)發(fā)生異常時(shí)，對(duì)應(yīng)的向量表實(shí)際訪問(wèn)到0 x80000000~0 x8000003C地址。,,,,當(dāng)發(fā)生異常時(shí)，對(duì)應(yīng)的向量表實(shí)際訪問(wèn)到0 x7FFFE000~0 x7FFFE03C地址。,當(dāng)發(fā)生異常時(shí)，對(duì)應(yīng)的向量表實(shí)際訪問(wèn)到0 x40000000~0 x4000003C地址。,當(dāng)發(fā)生異常時(shí)，對(duì)應(yīng)的向量表實(shí)際訪問(wèn)到0 x00000000~0 x0000003C地址。,異常向量表從片外存儲(chǔ)器中重映射。,異常向量表從BootBlock中重映射。,異常向量表從SRAM中重映射。,異常向量表來(lái)自片內(nèi)Flash。,45,5.3.5系統(tǒng)啟動(dòng)代碼介紹,概述,ARM微處理器在上電或復(fù)位后首先運(yùn)行BootBlock中的一段代碼，這段代碼稱為“引導(dǎo)代碼”，由芯片廠商固化在芯片中。此后，在正式運(yùn)行用戶main函數(shù)之前，還需要運(yùn)行一段“啟動(dòng)代碼”，由用戶添加。,引導(dǎo)代碼（BootBlock）,用戶main函數(shù),啟動(dòng)代碼,向量表定義；堆棧初始化；系統(tǒng)變量初始化；中斷系統(tǒng)初始化；I/O初始化；外圍初始化；地址重映射等操作。,上電/復(fù)位,,46,啟動(dòng)代碼流程圖,,,47,5.1LPC2000系列簡(jiǎn)介5.2芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)5.3存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)5.4系統(tǒng)控制模塊5.5中斷技術(shù)5.6向量中斷控制器,LPC2000系列微處理器組成與中斷技術(shù),48,5.4系統(tǒng)控制模塊,系統(tǒng)控制模塊通常包括很多功能部件，這些功能部件的影響是全局性的，它們的狀態(tài)改變時(shí)可能引起整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的改變，它們包括時(shí)鐘系統(tǒng)、功率控制、復(fù)位、存儲(chǔ)器映射控制。,49,5.4系統(tǒng)控制模塊功能匯總,概述,一個(gè)ARM芯片中通常有很多功能部件，有一些部件是全局性的，它們狀態(tài)的改變可能引起整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的改變，這些部件我們統(tǒng)一稱之為系統(tǒng)控制模塊。,在這些系統(tǒng)控制模塊中，有些部件需要外部引腳的配合，如晶體振蕩器、外部復(fù)位輸入。,50,5.4系統(tǒng)控制模塊功能匯總,在系統(tǒng)控制模塊中，有些部件需要在進(jìn)行寄存器配置后才能正常工作，如存儲(chǔ)器映射控制、鎖相環(huán)、功率控制、VPB分頻器。,51,5.4.1時(shí)鐘系統(tǒng),概述,時(shí)鐘是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的脈搏，處理器核在一拍接一拍的時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)下完成指令執(zhí)行、狀態(tài)變換等動(dòng)作。外設(shè)部件在時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行著各種工作，比如串口數(shù)據(jù)的收發(fā)、A/D轉(zhuǎn)換、定時(shí)器計(jì)數(shù)等。所以時(shí)鐘對(duì)于一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是至關(guān)重要的，通常時(shí)鐘系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題也是最致命的，比如振蕩器不起振、振蕩不穩(wěn)、停振等。,52,5.4.1時(shí)鐘系統(tǒng),時(shí)鐘系統(tǒng)結(jié)構(gòu),LPC2000系列微控制器的時(shí)鐘系統(tǒng)包括四個(gè)部分：晶體振蕩器、喚醒定時(shí)器、鎖相環(huán)（PLL）和VPB分頻器。,外接晶體或外接時(shí)鐘源,產(chǎn)生穩(wěn)定的時(shí)鐘信號(hào),將Fosc提升到合適的頻率,1,3,4,2,53,5.4.1時(shí)鐘部件－晶體振蕩器,1.晶體振蕩器,LPC2000系列微控制器的晶體振蕩器可以使用外部時(shí)鐘源(從屬模式)，也可以使用外接晶體和片內(nèi)振蕩電路(振蕩模式)產(chǎn)生時(shí)鐘。,54,時(shí)鐘部件－晶體振蕩器,從屬模式,使用從屬模式時(shí)，時(shí)鐘信號(hào)通過(guò)X1引腳從外部輸入，輸入頻率范圍：1～50(MHz)，其幅度范圍為：200mV~1.8V。,55,時(shí)鐘部件－晶體振蕩器,振蕩模式,使用振蕩模式時(shí)，時(shí)鐘信號(hào)由內(nèi)部晶體振蕩器和外部連接的晶體振蕩產(chǎn)生，振蕩頻率范圍：1～30(MHz)。,56,時(shí)鐘部件－晶體振蕩器,注意：如果使用了ISP下載功能或者連接PLL提高頻率，則輸入的時(shí)鐘頻率范圍必須在10～25（MHz）之間。,57,,5.4.1時(shí)鐘部件－喚醒定時(shí)器,2.喚醒定時(shí)器,喚醒定時(shí)器能夠確保振蕩器和芯片內(nèi)部硬件電路在處理器開(kāi)始執(zhí)行指令之前有足夠的時(shí)間初始化。工作原理如圖：,,對(duì)輸入時(shí)鐘計(jì)數(shù),計(jì)數(shù)滿4096個(gè)周期后，控制開(kāi)關(guān)閉合,,為CPU提供時(shí)鐘,58,5.4.1時(shí)鐘部件－喚醒定時(shí)器,當(dāng)給芯片加電或某個(gè)事件使芯片退出掉電模式后，振蕩器就開(kāi)始工作，但是需要一段時(shí)間來(lái)產(chǎn)生足夠振幅的信號(hào)驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘邏輯。振蕩的波形大致如下：,,注：?jiǎn)拘讯〞r(shí)器就通過(guò)監(jiān)測(cè)晶振狀態(tài)來(lái)判斷是否能開(kāi)始可靠的執(zhí)行代碼。,59,5.4.1時(shí)鐘部件－喚醒定時(shí)器,喚醒定時(shí)器與時(shí)鐘的關(guān)系,喚醒定時(shí)器檢測(cè)到有效時(shí)鐘信號(hào)后，計(jì)數(shù)4096個(gè)時(shí)鐘脈沖，并在這段時(shí)間里初始化系統(tǒng)硬件。如芯片滿足運(yùn)行條件(Flash初始化完成、外部復(fù)位信號(hào)已撤除等)，接通系統(tǒng)時(shí)鐘，處理器開(kāi)始執(zhí)行指令?？傊?，LPC2000系列芯片的喚醒定時(shí)器是根據(jù)晶振的情況來(lái)執(zhí)行最短時(shí)間的復(fù)位，它在處理器從掉電模式中喚醒或發(fā)生了任何復(fù)位時(shí)激活。,60,5.4.1時(shí)鐘部件－PLL(鎖相環(huán)),3.鎖相環(huán),LPC2000系列芯片內(nèi)部均具有PLL電路，振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘Fosc通過(guò)PLL升頻，可以獲得更高的系統(tǒng)時(shí)鐘(Fcclk)。,輸入范圍10～25MHz,將FOSC提升到10～60MHz,61,PLL內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖,5.4.1時(shí)鐘部件－PLL(鎖相環(huán)),62,5.4.1時(shí)鐘部件－PLL(鎖相環(huán)),PLL的鎖定過(guò)程,CCO的輸出頻率受到“相位頻率檢測(cè)”部件的控制，輸出所需頻率的過(guò)程不是一蹴而就的，而是一個(gè)拉鋸反復(fù)的過(guò)程。,,,CCO的輸出頻率在高低起伏一段時(shí)間后漸漸穩(wěn)定在了預(yù)期的頻率值,輸出頻率穩(wěn)定后即“鎖定”成功,63,5.4.1時(shí)鐘部件－PLL(鎖相環(huán)),寄存器描述,與PLL相關(guān)的寄存器有四個(gè)，其中三個(gè)為控制寄存器，還有一個(gè)是狀態(tài)寄存器。,64,寄存器描述,PLLCFG.MSEL[4:0],PLLCON.PLLE,PLLCFG.PSEL[1:0],PLLCON.PLLC,PLL控制寄存器(PLLCON)：,PLLE：PLL使能，該位為1時(shí)將激活PLL并允許其鎖定到指定的頻率；,PLLC：PLL連接，當(dāng)PLLE為1，并且在PLL鎖定后，該位為1，將把PLL作為時(shí)鐘源連接到CPU，否則直接使用振蕩器時(shí)鐘。,PLL配置寄存器(PLLCFG)：,MSEL[4:0]：PLL倍頻器值，在PLL頻率計(jì)算中其值為(M-1)；,PSEL[1:0]：PLL分頻器值，在PLL頻率計(jì)算中其值為P。,PLL狀態(tài)寄存器(PLLSTAT)：,,,,,,MSEL[4:0]、PSEL[1:0]、PLLE、PLLC：讀出反映這幾個(gè)參數(shù)的設(shè)置值，寫入無(wú)效；,PLOCK：反映PLL的鎖定狀態(tài)。為0時(shí)，PLL未鎖定；為1時(shí)，PLL鎖定到指定頻率。,PLL控制位組合：,65,寄存器描述,PLL饋送寄存器(PLLFEED)：,PLLFEED[7:0]：PLL饋送序列必須寫入該寄存器才能使PLL配置和控制寄存器的更改生效。饋送序列分兩步進(jìn)行，如下所示：step1.將值0 xAA寫入PLLFEEDstep2.將值0 x55寫入PLLFEED,操作示例DISABLE_IRQ();//關(guān)閉中斷，防止饋送序列操作被打斷PLLFEED=0 xAA;//饋送序列第一步PLLFEED=0 x55;//饋送序列第二步ENABLE_IRQ();//饋送序列操作結(jié)束，打開(kāi)中斷注：這兩個(gè)寫操作的順序必須正確，且必須是連續(xù)的VPB總線周期。,66,5.4.1時(shí)鐘部件－PLL(鎖相環(huán)),PLL和掉電模式,掉電模式會(huì)自動(dòng)關(guān)閉并斷開(kāi)PLL。從掉電模式喚醒不會(huì)自動(dòng)恢復(fù)PLL的設(shè)定，PLL的恢復(fù)必須由軟件來(lái)完成。通常，首先將PLL激活并等待鎖定，然后再將PLL連接。注：不要試圖在掉電喚醒之后簡(jiǎn)單地執(zhí)行饋送序列來(lái)重新啟動(dòng)PLL，因?yàn)檫@會(huì)在PLL鎖定建立之前同時(shí)使能并連接PLL。,67,5.4.1時(shí)鐘部件－PLL(鎖相環(huán)),PLL頻率計(jì)算,Fosc為晶體振蕩器的輸出頻率，即PLL的輸入頻率,FOSC,FCCO,FCCO/(2p),FCCO/(2pM),連接PLL之后FCCLK=FCCO/(2p),Fcco為PLL電流控制振蕩器的輸出頻率,Fcclk為PLL最終的輸出頻率(也是處理器的時(shí)鐘頻率),Fcco經(jīng)過(guò)“2P分頻”部件后得到Fcco/(2p)的頻率,Fcco/(2p)信號(hào)經(jīng)過(guò)“M分頻”部件，得到Fcco/(2pM)的頻率,PLL鎖定后相位頻率檢測(cè)的兩輸入端信號(hào)的頻率相等,68,5.4.1時(shí)鐘部件－PLL(鎖相環(huán)),PLL頻率計(jì)算,可以得出以下幾個(gè)等式：Fosc=Fcco/(2pM)?Fcco=Fosc(2pM)Fcclk=Fcco/(2p)?Fcco=Fcclk(2p)最后得出PLL的輸出頻率(當(dāng)PLL激活并連接時(shí))為：Fcclk=MFosc或Fcclk=Fcco/(2P)CCO輸出頻率為：Fcco=Fcclk2P或Fcco=FoscM2P,69,5.4.1時(shí)鐘部件－PLL(鎖相環(huán)),確定PLL設(shè)定的過(guò)程,2.選擇合適的晶振頻率,3.計(jì)算M值,4.計(jì)算P值,1.確定處理器時(shí)鐘頻率,70,PLL設(shè)置舉例,系統(tǒng)要求Fosc＝10MHz，F(xiàn)cclk＝60MHz。根據(jù)這些要求：確定Fcclk＝60MHz；選擇Fosc＝10MHz；計(jì)算M=Fcclk/Fosc＝60MHz/10MHz＝6。M-1＝5，所以寫入PLLCFG[4:0]＝00101；計(jì)算P=Fcco/(Fcclk*2)，其中Fcco為156~320MHz。當(dāng)Fcco＝156MHz時(shí)，P=156MHz/(2*60MHz)＝1.3當(dāng)Fcco＝320MHz時(shí)，P=2.67P取整數(shù)2，所以寫入PLLCFG[6:5]=01。,71,,,,,,,,,,,,PLL設(shè)置舉例,PLL配置過(guò)程：,uint8PLLSet(uint32Fcclk,uint32Fosc,uint32Fcco){uint8i;uint32plldat;i=(Fcco/Fcclk);switch(i){case2:plldat=((Fcclk/Fosc)-1)|(0<<5);break;case4:plldat=((Fcclk/Fosc)-1)|(1<<5);break;case8:plldat=((Fcclk/Fosc)-1)|(2<<5);break;case16:plldat=((Fcclk/Fosc)-1)|(3<=10ms,>=300ns,,振蕩器處于穩(wěn)定工作狀態(tài),5.4.3復(fù)位,外部復(fù)位,81,5.4.3復(fù)位,復(fù)位與電源上電次序,V18：數(shù)字1.8V供電電源V18A：模擬1.8V供電電源,V3：數(shù)字3.3V供電電源V3A：模擬3.3V供電電源,CPU內(nèi)核,片內(nèi)外設(shè),,電源管理,,,1.8V為內(nèi)核供電，因此1.8V電源必須正常上電。,82,5.4.3復(fù)位,外部復(fù)位和內(nèi)部WDT復(fù)位的區(qū)別,,,,判斷引腳：P1.20/TRACESYNCP1.26/RTCKBOOT1和BOOT0,判斷引腳：P0.14,執(zhí)行用戶程序或運(yùn)行ISP程序,,外部復(fù)位,時(shí)間,T0,T1,T2,,,WDT復(fù)位,時(shí)間,T0,執(zhí)行用戶程序或運(yùn)行ISP程序,83,Boot程序工作流程—LPC2114/2124,84,Boot程序工作流程—LPC2210/2212/2214,85,5.4.3復(fù)位,復(fù)位與BootBlock,BootBlock的功能包括：,LPC2200系列微控制器可以同時(shí)存在片內(nèi)存儲(chǔ)器和片外存儲(chǔ)器，BootBlock通過(guò)芯片上的BOOT0和BOOT1引腳來(lái)判斷程序的運(yùn)行。,注：LPC2100系列微控制器只有片內(nèi)Flash，它們無(wú)需判斷。,86,5.4.3復(fù)位,復(fù)位與BootBlock,BootBlock的功能包括：,BootBlock在將芯片的控制權(quán)交給用戶程序之前，要先判斷用戶程序是否有效，否則將不運(yùn)行用戶程序，這樣可以避免在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中的芯片因?yàn)榇a損壞而導(dǎo)致程序亂飛引起事故的情況發(fā)生。,87,CODE32AREAvectors,CODE,READONLYENTRYResetLDRPC,ResetAddrLDRPC,UndefinedAddr...DCD0 xb9205f80LDRPC,[PC,#-0 xff0]LDRPC,FIQ_AddrResetAddrDCDResetInitUndefinedAddrDCDUndefined...NouseDCD0IRQ_AddrDCD0,異常向量表源代碼,Reset[0 xe59ff018][0 xe59ff018]...[0 xb9205f80][0 xe51ffff0][0 xe59ff018][0 x8000008c][0 x80000040]...[0 x00000000][0 x00000000],指令機(jī)器碼,獲取跳轉(zhuǎn)地址,用戶代碼有效判別方案,調(diào)整該字使累加和為0,88,5.4.3復(fù)位,復(fù)位與BootBlock,BootBlock的功能包括：,芯片可加密可以保護(hù)芯片用戶的知識(shí)產(chǎn)權(quán)不受侵害。加密后：芯片禁止JTAG接口調(diào)試;芯片限制ISP命令，只能執(zhí)行芯片整片擦除。,對(duì)芯片加密的方法：在芯片F(xiàn)lash的0 x01FC地址處寫入數(shù)據(jù)0 x87654321即可。當(dāng)BootBlock檢測(cè)到該地址存在加密標(biāo)志字時(shí)，就對(duì)芯片的JTAG和ISP操作進(jìn)行限制，達(dá)到加密的效果。,89,5.4.3復(fù)位,復(fù)位與BootBlock,BootBlock的功能包括：,LPC2000系列微控制器內(nèi)部的Flash是無(wú)法從外部直接擦寫的，這些功能必須通過(guò)IAP代碼來(lái)實(shí)現(xiàn)。IAP可以實(shí)現(xiàn)片內(nèi)Flash的擦除、查空、將數(shù)據(jù)從RAM寫入指定Flash空間、校驗(yàn)、讀器件ID等功能。應(yīng)用實(shí)例：數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在線升級(jí),90,5.4.3復(fù)位,復(fù)位與BootBlock,BootBlock的功能包括：,ISP功能是一種非常有用的片內(nèi)Flash燒寫方式。ISP工作時(shí)，通過(guò)UART0使用約定協(xié)議與計(jì)算機(jī)上的ISP軟件進(jìn)行通信，并按用戶的操作要求，調(diào)用內(nèi)部的IAP代碼實(shí)現(xiàn)各種功能。比如把用戶代碼下載到片內(nèi)Flash中。有兩種情況可以使芯片進(jìn)入ISP狀態(tài)1、將芯片的P0.14引腳拉低后，復(fù)位芯片可以進(jìn)入ISP狀態(tài)；2、在芯片內(nèi)部無(wú)有效用戶代碼時(shí)，BootBlock進(jìn)入ISP狀態(tài)。,91,5.4.3復(fù)位,復(fù)位及復(fù)位芯片配置,一些微控制器自己在上電時(shí)會(huì)產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)，但大多數(shù)微控制器需要外部輸入這個(gè)信號(hào)。阻容式復(fù)位電路：,電容兩端電壓不能突變,產(chǎn)生低電平脈沖復(fù)位,電源消失提供迅速放電回路,對(duì)電容充電,電容兩端電壓穩(wěn)定為電源電壓,這個(gè)電路成本低廉，但不能保證任何情況產(chǎn)生穩(wěn)定可靠的復(fù)位信號(hào)，所以一般場(chǎng)合需要使用CAT809、SP708和CAT1025等專門的復(fù)位芯片。,92,5.1LPC2000系列簡(jiǎn)介5.2芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)5.3存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)5.4系統(tǒng)控制模塊5.5中斷技術(shù)5.6向量中斷控制器,LPC2000系列微處理器組成與中斷技術(shù),93,5.5中斷技術(shù),5.5.1中斷概念日常生活引入：“讀書－敲門－電話”事件處理過(guò)程,,94,中斷概念,什么是中斷，計(jì)算機(jī)在執(zhí)行正常程序過(guò)程中，當(dāng)出現(xiàn)某種異常事件或某種外部請(qǐng)求時(shí)，處理器就暫停執(zhí)行當(dāng)前的程序，而轉(zhuǎn)去執(zhí)行對(duì)異常事件或某種外部請(qǐng)求的處理操作。當(dāng)處理完畢后，CPU再返回到被暫停執(zhí)行的程序，繼續(xù)執(zhí)行，這個(gè)過(guò)程稱為中斷。主程序被打斷的地方稱其為斷點(diǎn)，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)中斷處理過(guò)程打的技術(shù)就稱為中斷技術(shù)，實(shí)現(xiàn)該技術(shù)包含的軟件、硬件的總體稱為中斷系統(tǒng)。,95,5.5.2中斷源及管理,中斷源，是指引起中斷的原因或發(fā)出中斷請(qǐng)求的來(lái)源。中斷源可分為硬件中斷源和軟件中斷源兩類。中斷請(qǐng)求是隨機(jī)發(fā)生的，當(dāng)系統(tǒng)具有多個(gè)中斷源時(shí)，有時(shí)會(huì)同時(shí)出現(xiàn)多個(gè)中斷請(qǐng)求，CPU只能按一定的次序予以響應(yīng)和處理，這個(gè)響應(yīng)的次序稱為中斷優(yōu)先級(jí)。中斷系統(tǒng)優(yōu)先級(jí)有兩層含義：①中斷事件同時(shí)發(fā)生時(shí)，CPU響應(yīng)誰(shuí)；②CPU正在執(zhí)行ISR過(guò)程中，又有中斷事件，CPU如何處理。,96,不同級(jí)別的中斷請(qǐng)求處理原則,不同優(yōu)先級(jí)的多個(gè)中斷源同時(shí)發(fā)出中斷請(qǐng)求，按優(yōu)先級(jí)由高到低依次處理。低優(yōu)先級(jí)中斷正在處理，出現(xiàn)高優(yōu)先級(jí)請(qǐng)求，應(yīng)轉(zhuǎn)去處理高優(yōu)先級(jí)請(qǐng)求，服務(wù)結(jié)束后再返回原優(yōu)先級(jí)較低的中斷服務(wù)程序繼續(xù)執(zhí)行。高優(yōu)先級(jí)中斷正在處理，出現(xiàn)低優(yōu)先級(jí)請(qǐng)求，可暫不響應(yīng)。中斷處理時(shí)，出現(xiàn)同級(jí)別請(qǐng)求，應(yīng)在當(dāng)前中斷處理結(jié)束以后再處理新的請(qǐng)求。,97,中斷優(yōu)先級(jí)的確定,有多個(gè)中斷源時(shí)，多個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)的確定是我們面臨的一個(gè)問(wèn)題，在一般系統(tǒng)中通常用三種方法來(lái)確定中斷源的優(yōu)先級(jí)別：軟件查詢法，增加簡(jiǎn)單硬件電路，進(jìn)入中斷后，通過(guò)軟件按優(yōu)先級(jí)進(jìn)行查詢確定，首先處理高優(yōu)先級(jí)中斷；硬件排隊(duì)電路法，通過(guò)鏈?zhǔn)接布抨?duì)電路，硬件確定優(yōu)先級(jí)，高優(yōu)先級(jí)直接可以屏蔽低優(yōu)先級(jí)；專用中斷控制電路法，在ARM嵌入式系統(tǒng)中，通過(guò)向量中段控制器確定。,98,中斷源管理,99,5.5.3中斷處理過(guò)程,中斷處理過(guò)程一般包括以下五個(gè)步驟:：中斷請(qǐng)求、中斷響應(yīng)、斷點(diǎn)保護(hù)、中斷處理和中斷返回。1.中斷請(qǐng)求物理事件轉(zhuǎn)換成一個(gè)電信號(hào)作為事件請(qǐng)求處理的申請(qǐng)。中斷處理過(guò)程中，首先要有中斷請(qǐng)求（中斷申請(qǐng)）。該信號(hào)可被屏蔽控制。,100,5.5.3中斷處理過(guò)程,2.中斷響應(yīng)（軟件設(shè)置，硬件自動(dòng)工作）CPU收到請(qǐng)求并進(jìn)入到ISR的一系列動(dòng)作：CPU總是在每條指令執(zhí)行的最后一個(gè)時(shí)鐘周期檢測(cè)有無(wú)中斷請(qǐng)求，若有中斷申請(qǐng)則對(duì)其進(jìn)行響應(yīng)。中斷響應(yīng)的同時(shí)，中斷系統(tǒng)自動(dòng)屏蔽控制，以保證中斷邏輯的正確性。中斷響應(yīng)還要獲得相應(yīng)的中斷向量，找到對(duì)應(yīng)的ISR并運(yùn)行它。一般有兩種方式：非向量中斷方式和向量中斷方式。不同的中斷系統(tǒng)，中斷響應(yīng)的具體操作差別較大，基本原理相似。,101,5.5.3中斷處理過(guò)程,3.斷點(diǎn)保護(hù)（硬件自動(dòng)工作）保護(hù)斷點(diǎn)，保障ISR能返回到主程序的斷點(diǎn)處繼續(xù)運(yùn)行；斷點(diǎn)保護(hù)----主程序被打斷時(shí)的PC當(dāng)前值備份。不同的系統(tǒng)中，保護(hù)的方法不一樣：x86將PC值入堆棧，ARM將PC值保護(hù)到LR。此操作都是由硬件自動(dòng)完成。PSW----程序狀態(tài)字的保護(hù)；不同的系統(tǒng)中，保護(hù)的方法不一樣：x86需要軟件方式將PSW值入堆棧，ARM中CPSR硬件自動(dòng)保護(hù)到SPSR。,102,5.5.3中斷處理過(guò)程,4.中斷處理（軟件編程）保護(hù)CPU數(shù)據(jù)現(xiàn)場(chǎng)，事件業(yè)務(wù)處理，恢復(fù)CPU數(shù)據(jù)現(xiàn)場(chǎng)；CPU數(shù)據(jù)現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)----ISR運(yùn)行中用到的數(shù)據(jù)寄存器要先保護(hù)后使用，以保證返回時(shí)主程序的中間結(jié)果不被影響；一般通過(guò)入堆棧實(shí)現(xiàn)，也有些場(chǎng)合通過(guò)切換CPU的寄存器組實(shí)現(xiàn)；PSW----程序狀態(tài)字的保護(hù)；不同的系統(tǒng)中，保護(hù)的方法不一樣；事件處理代碼完成對(duì)應(yīng)的事件服務(wù)功能；恢復(fù)CPU數(shù)據(jù)現(xiàn)場(chǎng)---將保護(hù)數(shù)據(jù)原樣恢復(fù)。,103,5.5.3中斷處理過(guò)程,5.中斷返回（軟件編程）執(zhí)行完ISR后，要返回到原先被中斷的主程序的斷點(diǎn)處繼續(xù)運(yùn)行；斷點(diǎn)保護(hù)的逆過(guò)程，使用之前保護(hù)的PC值，重置PC；不同的計(jì)算機(jī)有不同的中斷返回方法；x86使用專用的中斷返回指令（reti），ARM則是使用LR的值重置PC。,104,5.1LPC2000系列簡(jiǎn)介5.2芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)5.3存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)5.4系統(tǒng)控制模塊5.5中斷技術(shù)5.6向量中斷控制器,LPC2000系列微處理器組成與中斷技術(shù),105,5.6向量中斷控制器,5.6.1向量中斷分類ARM7TDMI內(nèi)核具有兩個(gè)中斷輸入，分別為IRQ中斷和FIQ中斷。向量中斷控制器（VIC,VectoredInterruptController）負(fù)責(zé)管理芯片的中斷源，最多可以管理32個(gè)中斷輸入請(qǐng)求，16個(gè)向量IRQ中斷和1個(gè)非向量中斷。常見(jiàn)的中斷源有：WDT（看門狗）、Timer（定時(shí)計(jì)數(shù)器）、PWM（脈寬調(diào)制器）、UART（通用異步收發(fā)器）、I2C（I2C接口）、SPI（SPI接口）、RTC（實(shí)時(shí)時(shí)鐘）、A/D（模數(shù)轉(zhuǎn)換器）、EINT（外中斷）等.,106,LPC2000系列處理器各功能模塊中斷標(biāo)志以及VIC通道分配,107,5.6.2向量中斷結(jié)構(gòu),108,5.6.2向量中斷結(jié)構(gòu),ARM技術(shù)中的‘中斷’和‘異常’：在ARM中包含有7種異常：復(fù)位異常、SWI異常（軟中斷異常）、未定義指令異常、數(shù)據(jù)中止異常、指令中止異常、IRQ異常和FIQ異常?！袛唷恰惓！膬蓚€(gè)特例。習(xí)慣上將以IRQ異常方式傳遞、響應(yīng)的中斷稱之為“IRQ中斷”；以FIQ異常方式傳遞、響應(yīng)的中斷稱之為“FIQ中斷”。IRQ中斷又根據(jù)中斷服務(wù)程序入口地址的定位方式，被進(jìn)一步劃分為‘向量IRQ中斷’和‘非向量IRQ中斷’。,109,5.6.2向量中斷結(jié)構(gòu),程序狀態(tài)寄存器CPSR與VIC的關(guān)系,ARM內(nèi)核通過(guò)CPSR來(lái)監(jiān)視和控制內(nèi)部的操作，CPSR中的“I”位和“F”位分別用來(lái)控制IRQ模式和FIQ模式的使能。,,,,CPU,,,,,,,,,ARM7TDMI-S,VIC,,,IRQ,FIQ,CPSR[7]（I）,CPSR[6]（F）,110,5.6.2向量中斷結(jié)構(gòu),程序狀態(tài)寄存器CPSR與VIC的關(guān)系,當(dāng)I=1時(shí)，禁止IRQ中斷,當(dāng)I=0時(shí)，使能IRQ中斷,,111,5.6.2向量中斷結(jié)構(gòu),程序狀態(tài)寄存器CPSR與VIC的關(guān)系,當(dāng)F=1時(shí)，禁止FIQ中斷,當(dāng)F=0時(shí)，使能FIQ中斷,,112,5.6.2向量中斷結(jié)構(gòu),中斷輸入請(qǐng)求可以在VIC中被設(shè)置為以下三類：FIQ中斷：具有最高優(yōu)先級(jí)；向量IRQ中斷：具有中等優(yōu)先級(jí)；非向量IRQ中斷：具有最低優(yōu)先級(jí)；,這三類中斷中，F(xiàn)IQ中斷優(yōu)先級(jí)最高，1個(gè)FIQ中斷時(shí)響應(yīng)最快，當(dāng)分配給FIQ中斷請(qǐng)求多于1個(gè)，VIC將FIQ中斷“相或”后向ARM產(chǎn)生FIQ信號(hào)，F(xiàn)IQ服務(wù)程序通過(guò)讀取狀態(tài)寄存器識(shí)別FIQ請(qǐng)求源，并分別予以處理。向量中斷IRQ（VectoredIRQ）優(yōu)先級(jí)中等，該級(jí)別可分配32個(gè)請(qǐng)求中的16個(gè)，32個(gè)中斷請(qǐng)求可靈活配置，中斷通道號(hào)可靈活配置到插槽slot0～slot15中，其中配置到slot0優(yōu)先級(jí)最高，配置到slot15級(jí)別在16個(gè)向量IRQ中最低。非向量IRQ（Non-vectoredIRQ）優(yōu)先級(jí)在VIC控制中最低。VIC將所有向量和非向量IRQ“相或”后向ARM處理器產(chǎn)生IRQ信號(hào)。,113,114,,,,,5.6.3向量中斷寄存器,115,控制寄存器功能描述,5.6.3向量中斷寄存器,116,寄存器描述－參數(shù)設(shè)置寄存器,,,,,,,,117,IRQ中斷相關(guān)寄存器,5.6.3向量中斷寄存器,注意：如果將同一個(gè)中斷源分配給多個(gè)使能的向量IRQ中斷，那么該中斷源發(fā)生中斷時(shí)，會(huì)使用最高優(yōu)先級(jí)（最低編號(hào)）的寄存器設(shè)置。,118,產(chǎn)生中斷后的服務(wù)程序地址,5.6.3向量中斷寄存器,119,寄存器描述－狀態(tài)寄存器,,,,注意：讀取VICRawIntr寄存器將得到所有32個(gè)中斷請(qǐng)求和軟件中斷的狀態(tài)，它不管中斷是否使能或分類。,120,保護(hù)使能寄存器,5.6.3向量中斷寄存器,保護(hù)使能寄存器（VICProtection)：,在某些場(chǎng)合可能需要禁止在用戶模式下訪問(wèn)VIC寄存器，以提高軟件的安全等級(jí)。,121,5.6.4向量中斷的處理過(guò)程,ARM的FIQ、IRQ中斷是五種異常中的兩種，ARM使用對(duì)“異常”響應(yīng)處理的方法響應(yīng)處理FIQ、IRQ中斷。FIQ異常響應(yīng)的服務(wù)入口地址固定為：0 x0000001C；IRQ異常響應(yīng)的服務(wù)入口地址固定為：0 x00000018；IRQ中斷一般要對(duì)應(yīng)多個(gè)中斷源，IRQ_ISR入口地址處理需要特殊處理；ARM啟動(dòng)代碼的異常向量表部分：0 x00LDRPC,ResetAddr;跳轉(zhuǎn)到ResetAddr單元0 x04LDRPC,UndefinedAddr0 x08LDRPC,SWI_Addr0 x0CLDRPC,PrefetchAddr0 x10LDRPC,DataAbortAddr0 x14DCD0 xb9205f80;用戶代碼有效性檢查碼0 x18LDRPC,[PC,#-0 xff0];PC←(PC)–0 xff00 x1CLDRPC,FIQ_Addr,122,5.6.4向量中斷的處理過(guò)程,ARM啟動(dòng)代碼的異常向量表部分說(shuō)明：IRQ語(yǔ)句含義如下：0 x18LDRPC,[PC,#-0 xff0];PC←(PC)–0 xff0這條指令的地址是0 x18，執(zhí)行該指令時(shí)PC=0 x20；執(zhí)行的結(jié)果為PC=[0 x20－0 xff0]=[0 xfffff030]；0 xfffff030恰是VICVectAddr寄存器的地址；結(jié)論：ARM處理器響應(yīng)IRQ異常時(shí)，固定按VICVectAddr寄存器間接轉(zhuǎn)移。FIQ中斷語(yǔ)句含義，通常系統(tǒng)中僅安排一個(gè)FIQ中斷源，因此，F(xiàn)IQ異常響應(yīng)的服務(wù)入口地址就是“FIQ_ISR”入口地址：0 x1CLDRPC,FIQ_Addr,123,,FIQ中斷處理,5.6.4向量中斷的處理過(guò)程,SUBSPC,LR,#4,,124,,IRQ中斷處理,5.6.4向量中斷的處理過(guò)程,硬件處理,軟件處理,125,5.6.5IRQ中斷的設(shè)計(jì)實(shí)例,將定時(shí)器0中斷分配為向量IRQ通道0，中斷服務(wù)程序地址設(shè)置為Timer0_ISR。,C代碼：,步驟：,IRQ通道0控制寄存器VICVectCntl0,向量IRQ通道0控制寄存器位分配,位,數(shù)值,,126,,圖示IRQ中斷的發(fā)生過(guò)程,,1.正在執(zhí)行用戶程序；,①,2.外部中斷0發(fā)生中斷；,②,3.VIC硬件將中斷服務(wù)程序地址裝入VICVectAddr寄存器；,,④,4.程序跳轉(zhuǎn)至異常向量表中IRQ入口0 x0018處；,5.執(zhí)行指令跳轉(zhuǎn)至VICVectAddr寄存器中的中斷服務(wù)地址；,,⑤,⑥,6.中斷服務(wù)程序執(zhí)行完畢，返回被中斷的用戶程序繼續(xù)執(zhí)行被中斷的代碼。,,,127,,圖示IRQ中斷的發(fā)生過(guò)程,,①,②,,④,,⑤,⑥,,,IRQ_Eint0,,注意：任何IRQ中斷產(chǎn)生之后，微控制器跳轉(zhuǎn)到地址0 x18執(zhí)行代碼，該地址處的指令為：LDRPC,[PC,#-0 xff0]在執(zhí)行該指令時(shí)，PC指向當(dāng)前指令后的第2條指令，即地址0 x20。該指令將內(nèi)存地址：0 x20-0 xFF0＝0 xFFFFF030處的內(nèi)容存入PC，該地址正是VICVectAddr寄存器的地址。所以一條ARM指令即可實(shí)現(xiàn)程序向中斷服務(wù)程序的跳轉(zhuǎn)。,128,使用VIC的注意要點(diǎn),如果在片內(nèi)RAM中調(diào)試程序，并使用了中斷，那么必須將存儲(chǔ)器映射控制設(shè)置為內(nèi)部RAM模式；將多個(gè)中斷源設(shè)置為FIQ，將增加中斷響應(yīng)延時(shí)，所以建議FIQ中斷只有一個(gè)中斷源；ADS1.2規(guī)定在定義中斷服務(wù)函數(shù)時(shí)必須加入關(guān)鍵字“__irq”，保證函數(shù)返回時(shí)會(huì)切換處理器模式；在退出中斷服務(wù)程序時(shí)要清零相應(yīng)外設(shè)的中斷標(biāo)志，以及VICVectAddr寄存器，為響應(yīng)下次中斷作好準(zhǔn)備。,129,VIC相關(guān)啟動(dòng)代碼分析,.../*初始化VIC*/VICIntEnClr=0 xffffffff;VICVectAddr=0;VICIntSelect=0;...,在LPC2100、LPC2200的啟動(dòng)代碼中包含有VIC初始化程序，默認(rèn)是禁止所有中斷。,TargetResetInit函數(shù)：,InitStack...MSRCPSR_c,#0 xdfLDRSP,=StackUsrMOVPC,R0,在LPC2100、LPC2200的啟動(dòng)代碼中默認(rèn)是關(guān)閉IRQ和FIQ中斷的。如果用戶需要使用這兩個(gè)中斷，則要設(shè)置CPSR寄存器的I位或F位，這需要在特權(quán)模式下處理。最簡(jiǎn)單的方法是在啟動(dòng)代碼中設(shè)置（修改0 xdf值）。,處理器各模式堆棧設(shè)置：,130,5.6.5IRQ中斷的設(shè)計(jì)實(shí)例——VIC相關(guān)啟動(dòng)代碼分析,CODE32AREAvectors,CODE,READONLYENTRYResetLDRPC,ResetAddrLDRPC,UndefinedAddr...DCD0 xb9205f80LDRPC,[PC,#-0 xff0]LDRPC,FIQ_AddrResetAddrDCDResetInitUndefinedAddrDCDUndefined...NouseDCD0IRQ_AddrDCD0FIQ_AddrDCDFIQ_Handler,異常向量表：,一旦產(chǎn)生IRQ中斷，微控制器切換到IRQ模式，并跳轉(zhuǎn)到向量表0 x0018地址執(zhí)行指令。,一旦產(chǎn)生FIQ中斷，微控制器切換到FIQ模式，并跳轉(zhuǎn)到向量表0 x001C地址執(zhí)行指令，然后跳轉(zhuǎn)到FIQ_Handler代碼段。,,,,,131,本章小結(jié),本章首先介紹了ARM系列芯片特點(diǎn)及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)部由ARM7內(nèi)核、局部總線、先進(jìn)的高性能（AHB）總線和連接外設(shè)的外圍總線（VPB）連接各種資源。通過(guò)對(duì)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)分析，介紹了ARM處理器各種資源的地址分布以及地址映射，片內(nèi)外存儲(chǔ)器資源及編程作了介紹，引入存儲(chǔ)器重映射概念，增加了系統(tǒng)的靈活性，包括引導(dǎo)塊“BootBlock”重映射和異常向量表的重映射，分析了引入重映射的目的，重映射的原理以及重映射的實(shí)現(xiàn)機(jī)制，給出了ARM微處理器在上電或復(fù)位后程序運(yùn)行流程以及啟動(dòng)代碼流程。系統(tǒng)控制模塊的功能部件影響全局，系統(tǒng)控制模塊對(duì)時(shí)鐘、鎖相環(huán)、功率控制以及復(fù)位等電路做了介紹。中斷是嵌入式處理器與外設(shè)傳輸數(shù)據(jù)很重要的一種方式，在中斷技術(shù)中講述了中斷概念、多個(gè)中斷源的管理以及一般中斷的處理過(guò)程。嵌入式處理器中斷源很多，LPC2000系列處理器通過(guò)向量中斷控制器VIC統(tǒng)一管理，通過(guò)對(duì)向量中斷控制器VIC的結(jié)構(gòu)分析，給出了向量中斷的處理過(guò)程。,132,作業(yè),2，3，4，5，7，8,