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單片機(jī)中斷多優(yōu)先級的軟件擴(kuò)展方法
摘要：為了解決MCS-51系列單片機(jī)只能由IP寄存器設(shè)定兩級優(yōu)先級的問題，文中給出了利用軟件對中斷優(yōu)先級進(jìn)行擴(kuò)展的方法，同時給出了高于兩個優(yōu)先級的多優(yōu)先級軟件擴(kuò)展程序。關(guān)鍵詞：單片機(jī)；中斷；優(yōu)先級；寄存器
１ 引言
所謂中斷是指當(dāng)ＣＰＵ正在處理某件事情的時候，外部發(fā)生的某一事件（如一個電平的變化，一個脈沖沿的發(fā)生或定時器計數(shù)溢出等）請求ＣＰＵ迅速去處理，于是ＣＰＵ暫時中止當(dāng)前的工作，轉(zhuǎn)去處理所發(fā)生的事件。中斷服務(wù)處理完該事件以后，再回到原來被中止的地方繼續(xù)原來的工作，這樣的一個過程稱之為中斷。以８０５１為例，中斷系統(tǒng)含有５個中斷源，分別是外部中斷０請求（ＩＮＴ０），外部中斷１請求（ＩＮＴ１），定時／計數(shù)器０溢出中斷請求（Ｔ０），定時／計數(shù)器１溢出中斷請求（Ｔ１）以及串行口中斷請求（Ｔｘ／Ｒｘ）。既然系統(tǒng)含有５個中斷源，就有可能出現(xiàn)數(shù)個中斷源同時提出中斷請求的情況，這樣，設(shè)計人員必須事先根據(jù)它們的輕重緩急來為每個中斷源確定ＣＰＵ對其的響應(yīng)順序。然而，對于中斷優(yōu)先級寄存器ＩＰ來說，只可能設(shè)定兩級優(yōu)先，即控制位為１時對應(yīng)的中斷源為高級中斷，反之，控制位為０時對應(yīng)的為低級中斷。這樣就出現(xiàn)一個問題：如果一個中斷正在執(zhí)行，如何才能讓它響應(yīng)同級甚至是低級中斷請求呢？
２ 中斷多優(yōu)先級的擴(kuò)展
根據(jù)８０５１的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，其中斷系統(tǒng)中含有兩個不可尋址的“優(yōu)先級生效”觸發(fā)器。一個用于指出ＣＰＵ是否正在執(zhí)行高優(yōu)先級的中斷服務(wù)程序，這個觸發(fā)器為１時，系統(tǒng)將屏蔽所有的中斷請求；另一個則指出ＣＰＵ是否正在執(zhí)行低優(yōu)先級中斷服務(wù)程序，該觸發(fā)器為１時，將阻止除高優(yōu)先級以外的一切中斷請求。由此可見，若要響應(yīng)同級甚至是低級中斷請求，必須使得該“優(yōu)先級生效”觸發(fā)器清零。但該觸發(fā)器又是不可尋址的，所以無法用軟件直接清零。遍歷系統(tǒng)所提供的１１１條指令，只有ＲＥＴＩ可以達(dá)到此目的。該指令可在ＣＰＵ執(zhí)行該指令時，一方面清除中斷響應(yīng)時所置位的“優(yōu)先級生效”觸發(fā)器，另一方面可從當(dāng)前棧頂彈出斷點(diǎn)地址送入程序計數(shù)ＰＣ，從而返回主程序。
３ 軟件擴(kuò)展方法
３．１ 高級中斷源響應(yīng)低級中斷源的軟件設(shè)計
現(xiàn)以當(dāng)前ＩＥ＝８４Ｈ（開放外部中斷１及總控制位），ＩＰ＝０４Ｈ?設(shè)定ＩＮＴ１為高優(yōu)先級?正在執(zhí)行外部中斷１服務(wù)子程序為例來進(jìn)行說明。如欲響應(yīng)串行口中斷，也就是要實(shí)現(xiàn)高級中斷源響應(yīng)低級中斷源，設(shè)計時可加入如下代碼而無須改變ＩＰ寄存器的內(nèi)容：
ＰＵＳＨ ＩＥ ；ＩＥ內(nèi)容入棧保護(hù)
ＭＯＶ ＩＥ ， ＃１００１００００Ｂ ；開放串行口中斷
ＣＡＬＬ ＰＰ ；繼續(xù)執(zhí)行原中斷子程序，但可
隨時響應(yīng)串行口中斷請求
．．．
ＰＯＰ ＩＥ ；恢復(fù)原ＩＥ內(nèi)容
ＲＥＴＩ
ＰＰ： ＲＥＴＩ
３．２ 同級中斷源之間的響應(yīng)
上述代碼體現(xiàn)了高級中斷源（ＩＮＴ１）響應(yīng)低級中斷源（串行口）的軟件實(shí)現(xiàn)方法。但是， ８０５１系統(tǒng)共含有５個中斷源，因此必須解決同優(yōu)先級中斷之間的嵌套問題，具體源程序如下：
ＯＲＧ ００００Ｈ
ＬＪＭＰ ＭＡＩＮ
ＯＲＧ ０００３Ｈ
ＬＪＭＰ Ｘ０ ；ＩＮＴ０入口地址
ＯＲＧ ０００ＢＨ
ＬＪＭＰ Ｔ０ ；Ｔ０入口地址
ＯＲＧ ００１３Ｈ
ＬＪＭＰ Ｘ１ ；ＩＮＴ１入口地址
ＯＲＧ ００１ＢＨ
ＬＪＭＰ Ｔ１ ；Ｔ１入口地址
ＯＲＧ ００２３Ｈ
ＬＪＭＰ ＳＳ ；串行口入口地址
ＭＡＩＮ： ＭＯＶ ＩＥ ，＃９ＦＨ ；開放所有中斷
ＭＯＶ ＩＰ，＃０３Ｈ ；設(shè)定ＩＮＴ０、Ｔ０為高優(yōu)先級
ＳＪＭＰ ＄
Ｘ０： ＰＵＳＨ ＤＰＬ
ＰＵＳＨ ＤＰＨ
ＭＯＶ ＤＰＴＲ，＃Ｘ０ＲＬ
ＰＵＳＨ ＤＰＬ
ＰＵＳＨ ＤＰＨ
ＲＥＴＩ ；（ＰＣ）＝Ｘ０ＲＬ，清＂高優(yōu)先級生效＂
觸發(fā)器，此時可響應(yīng)其它中斷請求
Ｘ０ＲＬ：· ；ＩＮＴ０子程序的真實(shí)入口地址
·
·
·
ＰＯＰ ＤＰＨ
ＰＯＰ ＤＰＬ
ＲＥＴＩ
Ｔ０： ＰＵＳＨ ＤＰＬ
ＰＵＳＨ ＤＰＨ
ＭＯＶ ＤＰＴＲ，＃Ｔ０ＲＬ
ＰＵＳＨ ＤＰＬ
ＰＵＳＨ ＤＰＨ
ＲＥＴＩ ；（ＰＣ）＝Ｔ０ＲＬ，清＂高優(yōu)先級生效＂
觸發(fā)器，此時可響應(yīng)其它中斷請求
Ｔ０ＲＬ： · ；Ｔ０子程序的真實(shí)入口地址
·
·
·
ＰＯＰ ＤＰＨ
ＰＯＰ ＤＰＬ
ＲＥＴＩ
Ｘ１： ＰＵＳＨ ＤＰＬ
ＰＵＳＨ ＤＰＨ
ＭＯＶ ＤＰＴＲ，＃Ｘ１ＲＬ
ＰＵＳＨ ＤＰＬ
ＰＵＳＨ ＤＰＨ
ＲＥＴＩ ；（ＰＣ）＝Ｘ１ＲＬ，清“高優(yōu)先級生效”
觸發(fā)器，此時可響應(yīng)其它中斷請求
Ｘ１ＲＬ： · ；ＩＮＴ１子程序的真實(shí)入口地址
·
·
·
ＰＯＰ ＤＰＨ
ＰＯＰ ＤＰＬ
ＲＥＴＩ
Ｔ１： ＰＵＳＨ ＤＰＬ
ＰＵＳＨ ＤＰＨ
ＭＯＶ ＤＰＴＲ，＃Ｔ１ＲＬ
ＰＵＳＨ ＤＰＬ
ＰＵＳＨ ＤＰＨ
ＲＥＴＩ ；（ＰＣ）＝Ｔ１ＲＬ，清＂高優(yōu)先級生效＂
觸發(fā)器，此時可響應(yīng)其它中斷請求
Ｔ１ＲＬ： · ；Ｔ１子程序的真實(shí)入口地址
·
·
·
ＰＯＰ ＤＰＨ
ＰＯＰ ＤＰＬ
ＲＥＴＩ
ＳＳ： ＰＵＳＨ ＤＰＬ
ＰＵＳＨ ＤＰＨ
ＭＯＶ ＤＰＴＲ，＃ＳＳＲＬ
ＰＵＳＨ ＤＰＬ
ＰＵＳＨ ＤＰＨ
ＲＥＴＩ ；（ＰＣ）＝ＳＳＲＬ，清＂高優(yōu)先級生效＂
觸發(fā)器，此時可響應(yīng)其它中斷請求
ＳＳＲＬ： · ；串行口子程序的真實(shí)入口地址
·
·
·
ＰＯＰ ＤＰＨ
ＰＯＰ ＤＰＬ
ＲＥＴＩ
上述程序利用ＩＰ寄存器給出了兩級優(yōu)先級，其中ＩＮＴ０、Ｔ０為高優(yōu)先級，ＩＮＴ１、Ｔ１串行口為低優(yōu)先級。為使某中斷能響應(yīng)同級甚至低級中斷，只要在中斷服務(wù)子程序中用ＲＥＴＩ指令清除相應(yīng)的不可尋址的“優(yōu)先級生效”觸發(fā)器即可。程序一開始的兩條ＰＵＳＨ指令的作用是對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行入棧保護(hù)（如此時ＤＰＴＲ中的數(shù)據(jù)不需保留，則這兩條壓棧指令也可不要，相應(yīng)的彈棧指令也可不要），然后將其真實(shí)子程序入口地址入棧，并經(jīng)ＲＥＴＩ出棧后彈給ＰＣ指針，以便在執(zhí)行完ＲＥＴＩ后正確執(zhí)行真實(shí)子程序。當(dāng)該中斷服務(wù)子程序執(zhí)行完畢后，ＲＥＴＩ將返回主程序斷點(diǎn)處以繼續(xù)執(zhí)行原來程序。
４ 結(jié)束語
本文所闡述的多優(yōu)先級擴(kuò)展方法是純軟件方法，該方法只需在程序中加入為數(shù)不多的相應(yīng)代碼，便可進(jìn)行各種中斷嵌套（如同優(yōu)先級響應(yīng)或高優(yōu)先級響應(yīng)低優(yōu)先級等）。此方法的代價是要花費(fèi)更多的中斷響應(yīng)時間，但相對于添加硬件擴(kuò)展的方法而言，這點(diǎn)代價還是值得的。
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