嵌入式系统的异常和中断

大多数嵌入式处理器体系结构供应特别和中断机制,允许处理器中断正常的执行路径。这个中断可能有应用软件有意的触发，或者由一个错误的、不寻常的条件或某些非方案的外部大事触发。很多实时操作系统供应处理特别和中断的封装器功能，以便爰护嵌入式系统开发者避开低层的细节。这种应用编程层允许程序员把精力集中在必需处理的高层特别处理上，而不是在处理那些冗长的序言和结束语的系统层次上。然而，当程序员从一个嵌入式应用程序员过渡到一个嵌入式系统程序员的时候，这种隔离可能产生误会并且变成一种障碍。一、什么是特别和中断一个特别是指任何打断处理器正常执行，并且迫使处理器进入一个由有特权的特殊指令执行的大事。特别可以分为两类：同步特别和异步特别。由内部大事（像处理器指令运行产生的大事）引起的特别称为同步特别。同步特别的例子包括下列各项：.在某些处理器体系结构中，对于确定的数据尺寸必需从内存的偶数地址进行读和写操作。从一个奇数内存地址的读或写操作将引起存储器存取一个错误大事并引起一个特别（称为校准特别X.造成被零除的算术运算引发一个特别。由外部大事（与处理器指令执行不相关的大事）引发的特别，称为异步特别。一般，这些外部大事与硬件信号相关。这些硬件信号典型的来源于外部硬件装置。异步特别的例子包括下列各项：.按下嵌入式板上的复位按钮，触发一个异步的特别（称为系统复位特别X.此外一个外部设施的例子是，通信处理器模块已经成为很多嵌入式设计的一个完整部分，当它接收数据包时引发异步特别。一个中断，有时称为一个外部中断，是一个由外部硬件装置产生的大事引起的异步特别。中断是特别的一类。中断区分于其它类型的特别，或更精确地说，同步特别区分于异步特别的地方是大事的来源。同步特别大事是由于执行某些指令而从处理器内部产生的。而异步特别大事的来源是外部硬件装置。特别和中断是大多数嵌入式系统中必需存在的精灵。这个设施是处理器体系结构特定的；假如误用，将成为混乱的设计源。而特别和中断引入了挑战性的简单化设计并且强化了严格的代码需求，它们在嵌入式应用程序中几乎是不行缺少的。二、特别和中断的应用从应用的观点看，特别和外部中断供应一个设施使嵌入式硬件（处理机内部或外部的）得到应用代码的留意。中断是硬件与一个当前在嵌入式处理器上运行的应用程序之间通信的一种方法。一般来讲，特别和中断可在三个方面关心嵌入式工程师：.内部错误和特殊条件的管理；.硬件并发；.服务恳求管理。内部错误和特殊条件的管理对大范围的错误进行处理和适当复原而且不能导致停机，是嵌入式系统应用领域所必需的。特别是在处理器执行指令时，探测发觉的错误条件或特殊条件。错误条件的发生可以由多种缘由引起，如一些未预料到的条件引起的被零除、溢出或其他数学错误等等。特殊条件是由特殊的指令产生的特别。这些指令允许程序迫使处理器进入特权的运行模式，结果得到对一个特权指令组的访问。虽然不是全部的微掌握器或嵌入式处理器都定义相同类型的特别或以相同的方式进行处理，但总是有一个可用的特别设施，并且关心系统工程师对这些内在错误和特殊条件设计一个可控的响应。硬件并发与服务恳求管理同时执行不同类型工作的力量对于嵌入式系统是非常重要的。很多外部的硬件装置可以与核心处理器并行的执行装置特定的操作。这些装置要求来自核心处理器的干扰最小。并发的关键是知道处理器装置何时已经完成从前的工作，以便于可以安排此外的工作。外部中断用来实现这个目标。外部中断的另一种用法是供应一个通信机制给嵌入式处理器发信号，或者提示它这里有一个外部硬件装置正在恳求服务。特别及其近亲——外部中断的力量，增加了嵌入式的设计。然而，在嵌入式设计中使用一般的特别设施，需要依照每个特定的一般特别的来源和相关的缘由，适当的处理一般特别。三、近距离看特别的中断一般特别具有分类并且赐予分类给定优先权。在外部中断中，很可能有其他等级的优先权，它们是中断硬件强加和强制的。了解引起一般特别的硬件来源，实现掌握传递的硬件以及打算掌握向量驻留在哪里的机制，是适当地安装一般特别处理程序并且正确的编写一般特别处理程序的关键3.1可编程中断掌握器和外部中断大多数嵌入式设计具有不止一个外部中断源，被冠以优先权。为理解处理过程，必需清晰地理解可编程中断掌握器PIC的概念。PIC是实现依靠的。它能以多种形式消失，且有时赐予不同的名字。然而，它全部听从于相同的目的，并且供应两个主要的功能：.给多个中断来源优先权，以便将最高优先级中断随时送到核心处理器中处理。.使用需要的进程推断中断的精确来源，降低核心CPU的负载。理解中断源的优先权，可是嵌入式系统程序员能够更好地理解嵌套中断的概念。这个术语表示较高优先权中断源可以抢占一个较低优先级的中断处理。假如这个中断表全部按系统优先权排序，则很简单看出较高优先权中断如何影响较低优先权的中断源以及它们的运行时间和频度。这个信息有助于嵌入式系统程序员设计和实现更好的允许嵌套中断的ISRO中断表的最大频度栏叙述放置在ISR上的、对全部系统影响最小的处理时间约束中。向量地址栏叙述了将ISR安装到内存的什么地方。处理器自动的从基于中断编号的已知地址之一中取得指令，IRQ栏指定中断编号。这个指令开头中断特定的服务例程。一般说来，向量表也掩盖同步特别的服务例程。服务例程也简称向量。.2一般特别的分类虽然不是全部的嵌入式处理器都以相同的方式实现特别，但是大部分新近的处理器都具有下面的特别类型：.异步-不行屏蔽的(asynchronous