MCS-51系统中断优先级的软扩展
发布时间:2008/5/27 0:00:00 访问次数:641
摘要：鉴于mcs-51系统只提供“二级中断嵌套”，提出扩展51系统中断优先级的纯软件方法。其利用51系统内建的中断允许寄存器ie和中断优先级寄存器ip，通过屏蔽字机制来实现；以c51的形式，给出这种扩展方法的函数库实现，为该方法的使用赋予友好、简洁的用户接口。
关键词：mcs-51单片机 中断优先级 软扩展 c51
引言
众所周知，mcs-51系统只提供“二级中断嵌套”，而大多数嵌入式系统希望有多于两级的优先级别。因为一般来说，系统都有掉电中断，且应置为最高优先级，这样所有其它中断只能共用一个最低优先级，如此，往往不能满足实际的逻辑需求。为了使系统具有多于两级的中断优先级别，可以利用8259a之类的中断控制芯片实现中断优先级的硬扩展，但却增加了系统的造价和复杂性。因复杂性的提高，系统的可靠性将受到影响。本文提出一种扩展mcs-51系统中断优先级的纯软件方法，不需增加任何硬件，且所需的额外资源消耗也很小。实际应用表明这种方法是可行的和有效的。
1 mcs-51的中断系统简介
mcs-51系列单片机允许有五个中断源，提供两个中断优先级，可实现二级中断嵌套。这两级优先级遵循下述规则：仅高优先级中断源可中断嵌套低优先级中断源。为实现这一规则，中断系统内部包含两个不可寻址的优先级状态触发器。当特定优先级的某中断源被响应时，相应的触发器即被置位，直到执行了reti指令后，这个触发器才复位。在此期间，同级和低级中断将被防止。中断源的中断请求能否得到响应，受中断允许寄存器ie的控制。每个中断源的优先级可通过对中断优先级寄存器ip编程来设定：或最低，或最高。同一优先级中的各中断源同时请求中断时，由内部查询逻辑确定响应次序。查询次序依次为：外部中断0（x0）、定时器中断0（t0）、外部中断1（x1）、定时器中断1（t1）、串口中断（s）。如果当前指令是reti或是对ie、ip操作的指令，将封装cpu对中断的响应，且必须再执行完一条指令之后才会响应中断。
2 中断优先级软扩展的方法
首先，给出软扩展的第一种方法，并分析其特点，指出其存在的缺陷。然后，基于对方法一的不足之处，给出不断完善的方法二、方法三。其中方法二是对方法一的完善，方法三是对方法二的完善，并最终解决了方法一、二中的缺陷，实现了真正的中断优先级的软扩展。
2.1 方法一
此法仅使用和系统的中断允许寄存器ie，通过中断屏蔽字机制，以使不同的中断源具有不同的逻辑中断优先级（下文中的“优先级”如不加说明即指“逻辑中断优先级”）。
不失一般性，不妨令8051系统的五个中断源——外中断0（x0）、定时器中断0（t0）、外中断1(x1)、定时器中断1（t1）及串口中断（s），有如表1所列的优先级。（实际应用中，视具体情况，赋予不同中断源以适当的优先级。）
其中，“0”代表最高优先级，“4”代表最低优先级。
首先，给设定了优先级的诸中断源赋以二级“物理中断优先级”：将优先级最高的中断源（x1）在中断优先级寄存器ip中的相应位（px1）置1，而令ip中的其它相关位（pt1、pt0、ps、px0）为0。
其次，给设定了优先级的各中断源分配适当的“中断屏蔽字”。其基本思想是屏蔽同级和低级中断。具体分配过程如下：优先级为k(0≤k≤n-1，n为中断源数量)的中断源的“中断屏蔽字”为：优先级为x(x∈[k,n-1]，即同级和低级)的中断源在ie中的对应位置0，优先级为y(y∈[0,k-1]，即高级)的中断源在ie中的相应位置1而得的位组字节。当然，ie的ea位（cpu中断允许标志位）始终为1.
对于表1所列的中断优先级分配情况，各中断源的“中断屏蔽字”配置如表2所列。
表1 中断源的优先级分配表
| 中断源 | x1 | t1 | t0 | s | x0 | ||
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摘要：鉴于mcs-51系统只提供“二级中断嵌套”，提出扩展51系统中断优先级的纯软件方法。其利用51系统内建的中断允许寄存器ie和中断优先级寄存器ip，通过屏蔽字机制来实现；以c51的形式，给出这种扩展方法的函数库实现，为该方法的使用赋予友好、简洁的用户接口。 关键词：mcs-51单片机 中断优先级 软扩展 c51 引言 众所周知，mcs-51系统只提供“二级中断嵌套”，而大多数嵌入式系统希望有多于两级的优先级别。因为一般来说，系统都有掉电中断，且应置为最高优先级，这样所有其它中断只能共用一个最低优先级，如此，往往不能满足实际的逻辑需求。为了使系统具有多于两级的中断优先级别，可以利用8259a之类的中断控制芯片实现中断优先级的硬扩展，但却增加了系统的造价和复杂性。因复杂性的提高，系统的可靠性将受到影响。本文提出一种扩展mcs-51系统中断优先级的纯软件方法，不需增加任何硬件，且所需的额外资源消耗也很小。实际应用表明这种方法是可行的和有效的。 1 mcs-51的中断系统简介 mcs-51系列单片机允许有五个中断源，提供两个中断优先级，可实现二级中断嵌套。这两级优先级遵循下述规则：仅高优先级中断源可中断嵌套低优先级中断源。为实现这一规则，中断系统内部包含两个不可寻址的优先级状态触发器。当特定优先级的某中断源被响应时，相应的触发器即被置位，直到执行了reti指令后，这个触发器才复位。在此期间，同级和低级中断将被防止。中断源的中断请求能否得到响应，受中断允许寄存器ie的控制。每个中断源的优先级可通过对中断优先级寄存器ip编程来设定：或最低，或最高。同一优先级中的各中断源同时请求中断时，由内部查询逻辑确定响应次序。查询次序依次为：外部中断0（x0）、定时器中断0（t0）、外部中断1（x1）、定时器中断1（t1）、串口中断（s）。如果当前指令是reti或是对ie、ip操作的指令，将封装cpu对中断的响应，且必须再执行完一条指令之后才会响应中断。 2 中断优先级软扩展的方法 首先，给出软扩展的第一种方法，并分析其特点，指出其存在的缺陷。然后，基于对方法一的不足之处，给出不断完善的方法二、方法三。其中方法二是对方法一的完善，方法三是对方法二的完善，并最终解决了方法一、二中的缺陷，实现了真正的中断优先级的软扩展。 2.1 方法一 此法仅使用和系统的中断允许寄存器ie，通过中断屏蔽字机制，以使不同的中断源具有不同的逻辑中断优先级（下文中的“优先级”如不加说明即指“逻辑中断优先级”）。 不失一般性，不妨令8051系统的五个中断源——外中断0（x0）、定时器中断0（t0）、外中断1(x1)、定时器中断1（t1）及串口中断（s），有如表1所列的优先级。（实际应用中，视具体情况，赋予不同中断源以适当的优先级。） 其中，“0”代表最高优先级，“4”代表最低优先级。 首先，给设定了优先级的诸中断源赋以二级“物理中断优先级”：将优先级最高的中断源（x1）在中断优先级寄存器ip中的相应位（1）置1，而令ip中的其它相关位（pt1、pt0、ps、0）为0。 其次，给设定了优先级的各中断源分配适当的“中断屏蔽字”。其基本思想是屏蔽同级和低级中断。具体分配过程如下：优先级为k(0≤k≤n-1，n为中断源数量)的中断源的“中断屏蔽字”为：优先级为x(x∈[k,n-1]，即同级和低级)的中断源在ie中的对应位置0，优先级为y(y∈[0,k-1]，即高级)的中断源在ie中的相应位置1而得的位组字节。当然，ie的ea位（cpu中断允许标志位）始终为1. 对于表1所列的中断优先级分配情况，各中断源的“中断屏蔽字”配置如表2所列。
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