Прерывания

Прерывание прекращает нормальный ход программы для выполнения приоритетной задачи, определяемой внутренним или внешним событием микроконтроллера. При возникновении прерывания микроконтроллер сохраняет в стеке содержимое счетчика команд PC и загружает в него адрес соответствующего вектора прерывания. По этому адресу должна находиться команда относительного перехода к подпрограмме обработки прерывания. Кроме того, последней командой подпрограммы обработки прерывания должна быть команда RETI, которая обеспечивает возврат в основную программу и восстановление предварительно сохранённого счетчика команд.

Поскольку источниками прерываний являются различные периферийные устройства микроконтроллеров, количество прерываний зависит от конкретной модели.

Таблица векторов прерываний МК AT90S8515

Микроконтроллеры AVR семейства Classic имеют многоуровневую систему приоритетных прерываний. Младшие адреса памяти программ, начиная с адреса $001, отведены под таблицу векторов прерывания. Каждому прерыванию соответствует свой адрес в этой таблице, и именно этот адрес загружается в счётчик команд при возникновении прерывания. Положение вектора в таблице определяет также и приоритет соответствующего прерывания: чем меньше адрес, тем выше приоритет прерывания. Распределение адресов векторов прерываний (ВП) микроконтроллера AT90S8515 приведено в табл. 5.25. Если в программе прерывания не используются, то на месте таблицы векторов прерываний может быть размещена основная программа.

Обработка прерываний

Для разрешения прерываний флаг I регистра SREG должен быть установлен в «1». А разрешение или запрещение (маскирование) отдельных прерываний производится установкой или сбросом соответствующих разрядов регистров масок прерываний, рассматриваемых ниже.

Обработка прерываний осуществляется следующим образом:

• при выполнении условий, необходимых для генерации прерывания, соответствующий этому прерыванию флаг устанавливается в «1», а флаг I аппаратно сбрасывается, запрещая тем самым обработку следующих прерываний. Однако в подпрограмме обработки прерывания этот флаг можно будет установить в «1» для разрешения вложенных прерываний;

Таблица 5.25. Адреса векторов прерывания МК АТ90S8515

Источник	Описание	Адрес ВП AT90S8515	Приоритет
INT0	Внешнее прерывание 0	$001	Высший
INT1	Внешнее прерывание 1	$002
TIMER1 CAPT	Захват таймера/счетчика Т1	$003
T1MER1 COMPA	Совпадение «А» таймера/счетчика Т1	$004
T1MER1 COMPB	Совпадение «В» таймера/счетчика Т1	$005
T1MER1 OVF	Переполнение таймера/счетчика Т1	$006
TIMER0 OVF	Переполнение таймера/счетчика Т0	$007
SPI, STC	Передача по SPI завершена	$008
UART, RX	UART, прием завершён	$009
UART, UDRE	Регистр данных UART пуст	$00A
UART, TX	UART, передача зaвершена	$00B
ANA_COMP	Аналоговый компаратор	$00C	Низший

• если прерывание разрешено (флаг разрешения прерывания установлен), в счётчик команд загружается адрес вектора соответствующего прерывания ($002...$00С). При этом флаг прерывания аппаратно сбрасывается.

• выполняется подпрограмма обработки прерывания (команды перехода на соответствующие подпрограммы показаны в табл. 5.26);

Таблица 5.26. Команды переходов, записываемые по адресам ВП

Адрес ВП	Команда перехода	Выполняемый переход
$000	rjmp RESET	Reset Handler (по сбросу)
$001	rjmp EXT_INT0	IRQ0 Handler (по IRQ0)
$002	rjmp EXT_INT1	IRQ1 Handler (по IRQ1)
$003	rjmp TIM1_CAPT	Timer1 Capture Handler (по захвату Т/С1)
$004	rjmp TIM1_COMPA	Timer1 CompareA Handler (по совпадению "А" Т/С1)
$005	rjmp TIM1_COMPB	Timer1 CompareB Handler (по совпадению "В" Т/С1)
$006	rjmp TIM1_OVF	Timer1 Overflow Handler (по переполнению Т/С1)
$007	rjmp TIM0_OVF	Timer0 Overflow Handler (по переполнению Т/С0)
$008	rjmp SPI_STC	SPI Transfer Complete Handler (при завершении передачи по SPI)
$009	rjmp UART_RXC	UART RX Complete Handler (по завершении приёма UART)
$00A	rjmp UART_DRE	UDR Empty Handler (при пустом регистре данных UART)
$00B	rjmp UART_TXC	UART TX Complete Handler (по завершении передачи UART)
$00C	rjmp ANA_COMP	Analog Comparator Handler (при срабатывании аналогового компаратора)

• выполняется команда возврата из прерывания RETI, при этом флаг I аппаратно устанавливается в «1», разрешая обработку последующих прерываний;

• центральный процессор автоматически восстанавливает содержимое счетчика команд. Затем основная программа продолжает свое выполнение с того места, где она была прервана.

При вызове подпрограмм обработки прерываний содержимое регистра состояния SREG не сохраняется. Поэтому пользователь должен самостоятельно запоминать содержимое этого регистра при входе в подпрограмму обработки прерывания (если это необходимо) и восстанавливать его значение перед вызовом команды RETI.

Для прерываний, вызванных статическими событиями (например, для прерывания, генерируемого при равенстве содержимого счётного регистра и регистра сравнения таймера), флаг прерывания устанавливается только в момент возникновения события. Если флаг прерывания сброшен, а условия генерации прерывания присутствуют, флаг будет установлен только в момент возникновения следующего события.

Для внешних прерываний, генерируемых по уровню, флаги не предусмотрены, поэтому информация об этих прерываниях будет храниться до тех пор, пока присутствует событие, вызывающее прерывание. Микроконтроллеры AVR семейства Classic поддерживают очередь прерываний. Она работает следующим образом: если условия генерации одного или более прерываний возникают в то время, когда флаг общего разрешения прерываний сброшен (все прерывания запрещены), соотстствующие флаги устанавливаются в «1» и остаются в этом состоянии до установки флага общего разрешения прерываний. После разрешения прерываний выполняется их обработка в соответствии с приоритетом.

Время отклика для любого прерывания составляет 4 машинных цикла. В течение первых двух машинных циклов происходит сохранение счётчика команд в стеке, а в течение следующих двух циклов выполняется команда перехода к подпрограмме обработки прерывания. Причем если прерывание произойдет во время выполнения команды, длящейся несколько циклов, то генерация прерывания произойдет только после выполнения этой команды. Под временем отклика здесь понимается время, прошедшее от наступления события (oт установки флага прерывания) до выполнения первой команды подпрограммы обработки прерывания.

Возврат в основную программу также занимает 4 машинных цикла. После выхода из прерывания процессор всегда выполняет одну команду основной программы, прежде чем обслужить любое отложенное прерывание.

Управление внешними прерываниями осуществляется посредством двух регистров GIMSK и GIFR. Регистр маски прерывания GIMSK используется для разрешения/запрещения внешний прерываний, а GIFR- для индикации наступления внешний прерываний. В табл. 5.27 и табл. 5.28 приведено описание бит этих регистров.