LPC2292的偽中斷與偽中斷處理

引言

工業以太網具有比現場總線更好的性能，正處于不斷發展完善當中，因此研制基于工業以太網的設備具有很好的市場前景。本文設計的嵌入式控制器采用了基于ARM7TDMIS的微控制器LPC2292[12]。控制器的底層與現場總線CAN相連，向上與Ethernet/IP工業以太網相連。為提高可靠性，應用了冗余控制技術，備有一個一模一樣的冗余控制器。通過LVDS接口，控制器與冗余控制器相連，并相互在線監測。同時，本文采用了嵌入式實時操作系統μC/OS-II[3]。

嵌入式控制器采用高性能的32位單片機LPC2292。但是LPC2292在正常工作中存在產生偽中斷的可能性。如果不進行正確處理的話，可能產生嚴重的后果。本文對此進行了全面的分析，針對不同的情況，靈活地進行了處理；最后徹底解決了偽中斷問題，消除了嵌入式控制器中的隱患。

本文用到的LPC2292的資源有看門狗、定時器TIMIER0、UART0、UART1、CAN1，通過外部總線與以太網控制器芯片RTL8019AS相連。把CAN1的接收數據Rx設為快中斷，它是唯一的快中斷。UART1與LVDS芯片相連,UART0通過RS232轉換芯片與外部設備進行通信。

1 偽中斷產生的原因

由于異步中斷處理，偽中斷可能出現在基于ARM7TDMIS 的微控制器LPC2292中。如果不進行正確處理，有可能引起嚴重的后果。中斷處理的異步特性來源于內核和向量中斷控制器（VIC）的相互作用。如果在內核中檢測到中斷和內核真正開始處理中斷的過程中VIC 的狀態發生改變，則產生中斷的異步特性[4]。

應用中可能經過以下步驟：

① VIC 判斷是否有IRQ 中斷。若有，則向內核發送IRQ 信號。

② 內核保存IRQ 狀態。

③ 執行流水線的多個周期的處理。

④ 內核從VIC 中裝入IRQ 地址。

如果在執行到步驟③時向量中斷控制器的狀態有所改變，那么就要發生偽中斷。所以，在以下兩種情況下會發生偽中斷。

◆ 在步驟③時執行了關中斷指令。

◆ 向向量中斷控制器發送IRQ信號的中斷的中斷標志丟失。當UART0/UART1的RDA/CTI中斷允許時就可能發生這種情況[5]。

進入偽中斷時，VIC 不能清楚地識別產生中斷請求的中斷，最后只能返回到VicDefVectAddr (0xFFFFF034)默認中斷進行處理。因此，如果不正確處理偽中斷，就可能導致嚴重的后果。

2 偽中斷的處理

本控制器中，可能出現偽中斷的地方是：關中斷、喂看門狗、UART0通信和UART1通信。本文的設計思路是：盡量避免產生偽中斷；實在避不開的話，則寫好相應的處理程序。

2.1 關中斷指令的處理

μC/OS-II中的關中斷指令OS_ENTER_CRITICAL()不采用直接關中斷，而是先進入管理模式中，設置好寄存器SPSR，退出時關掉IRQ中斷。這樣就消除了由關中斷而引起偽中斷的可能性。

2.2 看門狗的處理

喂看門狗時必須先關閉IRQ和FIQ，否則可能發生意外的復位，導致控制器不能工作。在周期性的時鐘節拍中斷程序中第一件事就是喂看門狗。如果在進入時鐘節拍中斷時IRQ已關閉，就可避免偽中斷的出現。當然，在喂狗指令前必須先關閉FIQ，喂狗指令后再打開FIQ。關閉FIQ是不會引起偽中斷的[1]。

2.3 UART0和UART1的處理

在UART0中（UART1同理），當UART0 Rx FIFO到達寄存器U0FCR7∶6 所定義的觸發點（比如接收4個字符）時，發生RDA 中斷。當UART0 Rx FIFO 的深度低于觸發點時，RDA 中斷標志被清除。

當UART0 Rx FIFO 包含至少1 個字符,且在接收3.5~4.5 字符的時間內沒有發生UART0 Rx FIFO 動作時，產生CTI中斷。當UART0 Rx FIFO 的任何動作（讀或寫UART0 RSR）都將清除CTI中斷標志。

CTI偽中斷是這樣發生的：比如UART0 Rx FIFO已接收2字符，且超過了3.5~4.5 字符的時間，發生CTI中斷；但是這時又有字符進來，于是CTI中斷標志被清除。向量中斷控制器無法識別是誰產生了中斷，偽中斷就發生了。

RDA偽中斷是這樣發生的：以接收4字符發生RDA中斷為例，比如UART0 Rx FIFO已接收3字符，且超過了3.5~4.5 字符的時間，發生CTI中斷。在系統正確處理CTI中斷時，恰好有一個字符進來，使得UART0 Rx FIFO中的字符數正好為4，于是發生RDA中斷。但是由于先處理CTI中斷，CTI中斷程序先讀取了其中的字符，使UART0 Rx FIFO內的字符數小于4，因此RDA中斷標志就被清除了。等到系統處理RDA中斷時，偽中斷就發生了。

可以看出，CTI中斷的存在是產生UART0和UART1偽中斷的罪魁禍首。UART1與LVDS接口相連，用于控制器和冗余控制器的在線互相監測。采用每次只發一個字符的方法，使得CTI中斷不可能發生，這樣就徹底消除了UART1產生偽中斷的可能性。

本控制器只在UART0中斷中存在產生偽中斷的可能性。發生偽中斷時，系統會把默認中斷地址寄存器VICDefVectAddr中的地址拷貝到向量地址寄存器VICVectAddr中，系統執行該地址處的程序。所以，要編寫相應的處理偽中斷程序，把其首地址放入VICDefVectAddr中。在處理偽中斷的程序中，要盡快讀出UART0 Rx FIFO中的字符，以免丟失[5]。

參考文獻

[1] NXP Semiconductors. LPC2292 USER MANUAL， 2004.

[2] NXP Semiconductors. LPC2292 ERRATA SHEET， 2006.

[3] Labrosse Jean J. 嵌入式實時操作系統μC/OS-II[M]. 邵貝貝,等譯. 北京：北京航空航天大學出版社, 2003.

[4] 廣州周立功單片機發展有限公司. PHILIPS 單片16/32 位微控制器——LPC2292/LPC2294，2005.

[5] NXP Semiconductors. Handling of spurious interrupts in the LPC2000， 2006.

張斌(碩士研究生)，主要研究方向為單片機與嵌入式控制系統。