TOSHIBA 微控制器基礎 介紹 - CPU 內核與整體配置 (2)

上一篇我們介紹了微控制器的CPU部分功能單元和基本指令執行的知識,此篇我們繼續以東芝的TLCS-870/C1內核作為示例,
跟大家一起認識CPU配置的另一個關鍵環節——“中斷處理”。

CPU的工作除了常規的循序執行外,還會遇到特定的插斷要求。如下圖所示,發生插斷要求時,堆疊會臨時保存中斷發生之前正處於運行狀態的程式標記以及PC值。
中斷處理完成之後,將恢復堆疊中保存的標誌等資訊,並繼續運行暫停的程式。這其中,堆疊指標用於管理堆疊,並指示PC和標誌的保存位址
堆疊中要放入和取出的資料採用FILO(先進後出)的方法管理,即先儲存資料後取出。
在該堆疊中儲存資料稱為“Push”(壓棧),從該堆疊中讀取資料叫做“Pop”(出棧)。堆疊指標由“Push”前進,由“Pop”返回。

                                                                  
                                  

                                                               
                               (圖片來源:作者 東芝半導體,網址:https://mp.weixin.qq.com/s/QvAYPXp4G3lXVg0Yjxa3YA)

而在進行中斷處理時,微控制器會接收到外部插斷要求,當內部處於可以接受中斷的狀態時,微控制器暫停正在執行的程式,轉而執行中斷程式。
當外部設備的插斷要求信號輸入到CPU上的中斷專用端子時,當前正在執行的程式暫停,微控制器切換到中斷時要執行的程式,執行該程式。
當中斷處理常式結束之後,返回原程式,從暫停處理的程式重新開機,整個操作過程如下圖所示。

                                                                     
                             (圖片來源:作者 東芝半導體,網址:https://mp.weixin.qq.com/s/QvAYPXp4G3lXVg0Yjxa3YA)


不同的中斷方式

在微控制器的CPU中,中斷有兩種:硬體中斷和軟體插斷。硬體中斷是通過週邊電路的插斷要求信號來發生的中斷。
而軟體插斷則是通過執行專用指令來發生的中斷。其中硬體中斷分為外部中斷和內部中斷。當指定的信號輸入到專門的外部中斷端子時,就會發生外部中斷。
內部中斷則是通過微控制器內置的週邊電路發出插斷要求信號而發生的。
此外,根據插斷要求信號的接收方式,還分為可遮罩中斷和不可遮罩中斷
這裡,“可遮罩”是指“被禁止”。當發生插斷要求信號時,如果CPU設置為啟用中斷,就可以執行中斷處理。
而如果中斷設置為禁用,則將忽略插斷要求信號,不執行中斷處理。
忽略的插斷要求信號會被保留,直到插斷要求變為啟用或者命令被程式取消。這樣,可遮罩中斷可以自由地啟用或者禁用中斷處理。
通常由程式設置,當CPU收到插斷要求信號之後,中斷控制電路將轉入中斷處理操作。

                                                                     
                        (圖片來源:作者 東芝半導體,網址:https://mp.weixin.qq.com/s/QvAYPXp4G3lXVg0Yjxa3YA)

不可遮罩中斷則不能禁用。如果有插斷要求,CPU將無條件地執行中斷處理。不可遮罩中斷用於進行緊急處理,例如斷電處理、資料備份處理等。
CPU中會有一個看門狗計時器作為不可遮罩中斷,看門狗計時器檢查微控制器是否正常工作。
當檢測到異常時,產生看門狗計時器中斷,將錯誤通知給CPU或使CPU復位。
中斷操作還包括一個環節是復位,微控制器通常可在接通電源時復位,重定使微控制器的配置返回初始狀態。執行重定操作時,程式將從頭開始運行。

                                                                   
                                   (圖片來源:作者 東芝半導體,網址:https://mp.weixin.qq.com/s/QvAYPXp4G3lXVg0Yjxa3YA)

CPU內核可以說是微控制器整體配置中最重要的部分,它決定了微控制器性能的高低。
在微控制的內核選擇與整體設計方面,東芝願意將深耕領域多年的經驗與各位粉絲共用。
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TOSHIBA: https://mp.weixin.qq.com/s/QvAYPXp4G3lXVg0Yjxa3YA