4.基础内核 - 4.3 中断机制 - 《Huawei LiteOS 开发指南》

4.3 中断机制

4.3 中断机制

概述

中断是指出现需要时，CPU暂停执行当前程序，转而执行新程序的过程。即在程序运行过程中，系统出现了一个必须由CPU立即处理的事务。此时，CPU暂时中止当前程序的执行转而处理这个事务，这个过程就叫做中断。

众所周知，CPU的处理速度比外设的运行速度快很多，外设可以在没有CPU介入的情况下完成一定的工作，但某些情况下需要CPU为其做一定的工作。

通过中断机制，在外设不需要CPU介入时，CPU可以执行其它任务，而当外设需要CPU时通过产生中断信号使CPU立即中断当前任务来响应中断请求。这样可以使CPU避免把大量时间耗费在等待、查询外设状态的操作上，因此将大大提高系统实时性以及执行效率。

Huawei LiteOS的中断支持：

中断初始化
中断创建
开/关中断
恢复中断
中断使能
中断屏蔽

中断的介绍

与中断相关的硬件可以划分为三类：设备、中断控制器、CPU本身。

设备：发起中断的源，当设备需要请求CPU时，产生一个中断信号，该信号连接至中断控制器。

中断控制器：中断控制器是CPU众多外设中的一个，它一方面接收其它外设中断引脚的输入，另一方面，它会发出中断信号给CPU。可以通过对中断控制器编程实现对中断源的优先级、触发方式、打开和关闭源等设置操作。常用的中断控制器有VIC（Vector Interrupt Controller）和GIC（General Interrupt Controller），在ARM Cortex-M系列中使用的中断控制器是NVIC（Nested Vector Interrupt Controller）。在ARM Cortex-A7中使用的中断控制器是GIC。

CPU：CPU会响应中断源的请求，中断当前正在执行的任务，转而执行中断处理程序。

和中断相关的名词解释

中断号：每个中断请求信号都会有特定的标志，使得计算机能够判断是哪个设备提出的中断请求，这个标志就是中断号。

中断请求：“紧急事件”需向CPU提出申请（发一个电脉冲信号），要求中断，及要求CPU暂停当前执行的任务，转而处理该“紧急事件”，这一申请过程称为中断申请。

中断优先级：为使系统能够及时响应并处理所有中断，系统根据中断时间的重要性和紧迫程度，将中断源分为若干个级别，称作中断优先级。Huawei LiteOS支持中断控制器的中断优先级及中断嵌套，同时中断管理未对优先级和嵌套进行限制。Huawei LiteOS中所有的中断源优先级相同，不支持中断嵌套或抢占。

中断处理程序：当外设产生中断请求后，CPU暂停当前的任务，转而响应中断申请，即执行中断处理程序。

中断触发：中断源发出并送给CPU控制信号，将接口卡上的中断触发器置“1”，表明该中断源产生了中断，要求CPU去响应该中断,CPU暂停当前任务，执行相应的中断处理程序。

中断触发类型：外部中断申请通过一个物理信号发送到NVIC或GIC，可以是电平触发或边沿触发。

中断向量：中断服务程序的入口地址。

中断向量表：存储中断向量的存储区，中断向量与中断号对应，中断向量在中断向量表中按照中断号顺序存储。

中断共享：当外设较少时，可以实现一个外设对应一个中断号，但为了支持更多的硬件设备，可以让多个设备共享一个中断号，共享同一个中断的中断处理程序形成一个链表，当外部设备产生中断申请时，系统会遍历中断号对应的中断处理程序链表。

中断底半部：中断处理程序耗时应尽可能短，以满足中断的快速响应，为了平衡中断处理程序的性能与工作量，将中断处理程序分解为两部分：顶半部和底半部。

顶半部完成尽可能少的比较紧急的任务，它往往只是简单地读取寄存器中的中断状态并清除中断标志位即进行“登记工作”，将耗时的底半部处理程序挂到系统的底半部执行队列中去。

开发指导

使用场景

当有中断请求产生时，CPU暂停当前的任务，转而去响应外设请求。根据需要，用户通过中断申请，注册中断处理程序，可以指定CPU响应中断请求时所执行的具体操作。

功能

Huawei LiteOS 系统中的中断模块为用户提供下面几种功能。

接口名	描述
LOS_HwiCreate	硬中断创建，注册硬中断处理程序
LOS_IntUnLock	开中断
LOS_IntRestore	恢复到关中断之前的状态
LOS_IntLock	关中断
HalIrqMask	中断屏蔽（通过设置寄存器，禁止CPU响应该中断）
HalIrqUnmask	中断使能（通过设置寄存器，允许CPU响应该中断）
HalIrqSetAffinity	设置中断的亲和性，即设置中断在固定核响应（该函数仅在SMP模式下支持）

开发流程

修改配置项
- 打开硬中断裁剪开关：LOSCFG_PLATFORM_HWI定义为YES。
- 配置硬中断使用最大数：LOSCFG_PLATFORM_HWI_LIMIT。
调用中断创建接口LOS_HwiCreate创建中断。
调用HalIrqUnmask接口使能指定中断。
调用HalIrqMask接口屏蔽指定中断。

注意事项

根据具体硬件，配置支持的最大中断数及中断初始化操作的寄存器地址。
中断共享机制，支持同一中断处理程序的重复挂载，但中断处理程序的入参dev必须唯一，即同一中断号，同一dev只能挂载一次；但同一中断号，同一中断处理程序，dev不同则可以重复挂载。
中断处理程序耗时不能过长，影响CPU对中断的及时响应。
Cortex-M系列处理器中1-15中断为内部使用，因此不建议用户去申请和创建。
中断响应过程中不能执行引起调度的函数。
中断恢复LOS_IntRestore()的入参必须是与之对应的LOS_IntLock()保存的关中断之前的CPSR的值。
Cortex-A7中0-31中断为内部使用，因此不建议用户去申请和创建。
一般不直接调用LOS_HwiCreate()创建中断；建议使用系统compat中的linux适配接口request_irq创建中断。

编程实例

实例描述

本实例实现如下功能：

关中断
中断创建
中断使能
中断恢复
中断屏蔽

编程示例

前提条件：

在los_config.h中，将LOSCFG_PLATFORM_HWI定义为YES。
在los_config.h中，设置最大硬中断个数LOSCFG_PLATFORM_HWI_LIMIT

说明： 目前的中断测试代码提供了基本框架，中断硬件初始化代码请用户根据开发板硬件情况在Example_Exti0_Init()函数中自行实现。

代码实现如下：

 #include "los_hwi.h" 
 #include "los_typedef.h" 
 #define HWI_NUM_INT50 50 
 void uart_irqhandle(int irq,void *dev) 
 { 
     printf("\n int the func uart_irqhandle \n"); 
 } 
 void hwi_test() 
 { 
     int a = 1; 
     UINTPTR uvIntSave; 
     uvIntSave = LOS_IntLock(); 
     LOS_HwiCreate(HWI_NUM_INT50, 0,0,uart_irqhandle,NULL);//创建中断
     HalIrqUnmask(HWI_NUM_INT50); 
     LOS_IntRestore(uvIntSave); 
     HalIrqMask(HWI_NUM_INT50); 
 }

完整实例

sample_hwi.c