AURIX TC3XX系列之IR模块

TC3XXMCU的中断系统详解：原理、功能配置与实战应用

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#mcu #单片机 #嵌入式硬件

于 2024-05-07 09:48:36 首次发布

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一、中断简介

什么是中断？程序运行过程中，系统外部、系统内部或者现行程序本身若出现更高优先级事件，处理机立即中止现行程序的运行，自动转入相应的处理程序(中断服务程序)，待处理完后，再返回原来的程序运行，这整个过程称为程序中断。中断提升了系统的实时性，提升了系统的工作协调能力及工作效率。

广义的中断概念包括以下几个关键要素：

中断请求（Interrupt Request，IRQ）：外部设备或系统内部产生中断时，会向计算机发送中断请求。每个中断源通常有一个唯一的IRQ号。
中断向量表（Interrupt Vector Table，IVT）：计算机维护一个中断向量表，其中存储了每个可能中断的处理程序的地址。当中断发生时，计算机通过查找中断向量表找到相应中断的处理程序。
中断服务程序（Interrupt Service Routine，ISR）：中断服务程序是一段特定的代码，用于处理特定中断类型。当中断发生时，控制权会转移到相应中断的ISR，执行相关操作。
中断控制器（InterruptController）：中断控制器负责管理和协调各个中断源，确保按照优先级处理中断。常见的中断控制器包括 PIC（Programmable Interrupt Controller）和 APIC（Advanced Programmable Interrupt Controller）。

TC3XX系列MCU中断采用中断路由的方式，将硬件中断源和CPU、DMA进行灵活的连接，具有较高的中断实时性。

二、功能介绍

中断系统

TC3XX的中断系统涉及到中断控制器，CPU，DMA，外设。

中断系统框图如上图所示：主要包含以下三部分：

中断请求：可以外设/外部信号/软件来触发；
中断路由：根据配置的中断优先级进行中断仲裁，主要包含服务请求节点SRN，中断控制单元ICU，外设总线接口BPI。
中断提供者：中断的服务对象，可以是CPU（中断服务），也可以是DMA（使能通道转换），当服务对象是DMA时，就可以解放CPU的算力，例如ADC/SPI中断触发DMA搬运。

服务请求控制寄存器SRC

每个服务请求节点SRN对应一个中断请求。每个SRN都有一个服务请求控制寄存器SRC，可以说是IR中最重要的寄存器，调试时也时常为我们提供帮助。

SRPN(Service Request Priority Number)：服务请求优先级，它决定了服务请求在IR中仲裁的结果；当服务提供者是DMA时，它表示的是DMA通道号；
SRE(Enable Bit)：中断使能位，决定IR是否将该请求路由到对应的服务提供者，如果使能位没有打开，也可以通过软件轮询SRR中断状态位来执行对应服务例程；
TOS(Type-Of-Service Control)：服务类型控制，也就是选择将服务路由到哪个ICU中，是CPU还是DMA；
SRR(Service Request Flag)：中断标志位，该位在服务提供者响应服务的时候会自动清除，所以不需要软件去清除中断标志位，但如果没有打开SRE使用的轮询，则需要每次执行后用CLRR清除中断标志位；
CLRR(Clear Bits)：中断标志清除位，用来清除SRR，读的话一直是0；
SETR(Set Bits)：软件中断请求位，通过软件请求一次中断；
IOV(Interrupt Trigger Overflow Bit)：中断溢出标志位，如果一个中断没有被接收或者清除，又进行了一次触发，则该位会置位；
IOVCLR(Interrupt Trigger Overflow Clear Bit)：中断溢出标志清除位，清除中断溢出标志，读的话一直是0
SWS(SW Sticky Bit)：软请求粘滞位，如果调用过SETR接口进行过软触发，则该位会置位直到清除；
SWSCLR(SW Sticky Clear Bit)：软请求粘滞清除位，用来清除软请求粘滞位，读的话一直是0；

中断控制寄存器ICU

每个SRN的服务请求会路由到一个ICU中，一个ICU连接一个CPU或者DMA，共7个ICU。每个ICU内部进行服务请求的仲裁，并将仲裁的结果发送到相应的服务提供者。

ICU中断控制寄存器ICR

ICR是CPU主要的中断控制寄存器，包括全局中断使能位IE，当前CPU中断优先级CCPN，以及等待中断优先级位PIPN，RES为保留位。

IE(Global Interrupt Enable Bit)：全局中断使能位，我们所使用的关闭所有中断操作，就是将该位置0，因为每个CPU是独立的，也有自己的ICR控制器，所以IE只控制当前核的中断开关；
CCPN(Current CPU Priority Number)：当前CPU中断优先级，在非中断程序执行时，该位为0，进入中断时，该位会被硬件设置为所触发中断的优先级；
PIPN(Pending Interrupt Priority Number)：等待中断优先级，表征当前CPU收到IR路由但还未处理的中断优先级；

中断向量表

介绍中断向量表之前先介绍一下中断向量表指针BIV

BIV(Base Address of Interrupt Vector Table)：中断向量表基址，中断向量表是存放在Flash中的连续地址，该寄存器来表示向量表基地址；
VSS(Vector Spacing Select)：向量空间选择位，该位表征每个中断向量所占的内存空间，0表示每个中断向量占据32字节，1表示8字节，默认为32字节；

TC3XX的中断向量表存放在PFlash（代码段）中的一段连续地址中，默认一个向量的存储空间是8 word（32字节）（Tricore 1.6可以选择32还是8 Byte, Tricore 1.3只能32 Byte），BIV指向基地址。VSS为0时，中断的向量地址为：BIV+N*32。(N表示中断优先级)。一般情况下，32字节向量空间用来放置跳转指令。另一种方式是代码量不大，通过占据连续的优先级方式，节省一次跳转，如下图，优先级2中断触发，3-5的位置也被占用了。

三、实战演练

MCAL配置

如上图所示，配置为一类中断，中断源为TOM1_8或者TOM1_9（SR0对应通道0和通道1，以此类推），服务提供者为CPU3。

代码编写

首先进行初始化和中断使能，初始化一般放在EcuM_AL_DriverInitOne里，中断使能可以放在相应的模块（如果在OS里配置了，那么OS初始化中断向量表时会使能中断）。伪代码如下：

IrqGtm_Init();

SRC_GTMTOM14.B.SRE = 1；

再对中断函数进行编址，并调用中断服务函数，以Tasking为例

#define IFX_INTERRUPT(isr, vectabNum, prio) \
                    void __interrupt(prio) __vector_table(vectabNum) isr(void)


    #if (IRQ_GTM_TOM1_EXIST == (STD_ON))
        #if IRQ_GTM_TOM1_SR4_TOS != IRQ_TOS_DMA
            #if((IRQ_GTM_TOM1_SR4_PRIO > 0) || (IRQ_GTM_TOM1_SR4_CAT == IRQ_CAT2))
                #if((IRQ_GTM_TOM1_SR4_PRIO > 0) && (IRQ_GTM_TOM1_SR4_CAT == IRQ_CAT1))
                    #if(IRQ_GTM_TOM1_SR4_TOS==IRQ_TOS_CPU0)
                        IFX_INTERRUPT(GTMTOM1SR4_ISR, 0, IRQ_GTM_TOM1_SR4_PRIO)
                    #elif(IRQ_GTM_TOM1_SR4_TOS==IRQ_TOS_CPU1)
                        IFX_INTERRUPT(GTMTOM1SR4_ISR, 1, IRQ_GTM_TOM1_SR4_PRIO)
                    #elif(IRQ_GTM_TOM1_SR4_TOS==IRQ_TOS_CPU2)
                        IFX_INTERRUPT(GTMTOM1SR4_ISR, 2, IRQ_GTM_TOM1_SR4_PRIO)
                    #elif(IRQ_GTM_TOM1_SR4_TOS==IRQ_TOS_CPU3)
                        IFX_INTERRUPT(GTMTOM1SR4_ISR, 3, IRQ_GTM_TOM1_SR4_PRIO)
                    #endif
                #elif IRQ_GTM_TOM1_SR4_CAT == IRQ_CAT2
                    ISR(GTMTOM1SR4_ISR)
                #endif
                    {
                            ENABLE();
                            Notification_TOM1_SR4();
                    }
            #endif
        #endif  
    #endif

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