Прерывания микроконтроллера avr. Прерывание на контроллере AVR в Atmel AVR Studio

В состав AVR микроконтроллеров входит большое число периферийных устройств (ADC, Timer/Counters, EXTI, Analog Comparator, EEPROM, USART, SPI, I2C и т.д.), каждое из которых может выполнять определенные действия над данными/сигналами и пр. информацией. Эти устройства встроены в микроконтроллер для повышения эффективности приложения и снижения затрат при разработке всевозможных устройств на базе AVR микроконтроллеров.

Процессор общается/управляет периферийными устройствами посредством регистров ввода/вывода (I/O Registers), которые располагаются в памяти данных (Data Memory), что позволяет использовать их как обычные переменные. У каждого устройства имеются свои регистры ввода/вывода.

Все регистры ввода/вывода (I/O Registers) можно поделить на три группы: регистры данных, регистры управления и регистры состояния.

При помощи регистров управления (Control Registers) реализуется настройка устройства для работы в том или ином режиме, с определенной частотой, точностью и т.д., а при помощи регистров данных (Data Registers) считывается результат работы данного устройства (аналого-цифровое преобразование, принятые данные, значение таймера/счетчика и т.д.). Казалось бы, ничего сложного здесь нет (вообще-то здесь и вправду ничего сложного нет:)), включил устройство, указал желаемый режим работы а потом только остается стричь купоны читать готовенькие данные и использовать их в вычислениях. Весь вопрос заключается в том "когда” читать эти самые данные (завершило устройство работу или все еще обрабатывает данные), ведь все периферийные устройства работают параллельно с ядром микроконтроллера, да еще и на разных частотах. Встает вопрос реализации общения и синхронизации между процессором и периферийным устройством.

Как вы уже наверное догадались, для реализации общения и синхронизации между устройством и процессором используются "регистры состояния” (Status Registers), в которых хранится текущее состояние работы того или иного устройства. Каждому состоянию, в котором может находиться устройство, соответствует "бит в регистре состояния” (флаг), текущее значение которого, "говорит” о текущем состоянии данного устройства или его отдельно взятой функции (работа завершена/не завершена, ошибка при обработке данных, регистр пуст и т.д.).

Механизм общения, между процессором и периферийным устройством, реализуется путем опрашивания флагов (flag polling), отвечающих за ту или иную функцию данного устройства. В зависимости от значения того или иного флага (состояние устройства), можно менять ход исполнения программы (ветвление). К примеру:

Проверка если определенный флаг установлен (произошло некое событие) :

if (RegX & (1 << Flag) ) // если флаг в регистре RegX установлен
{
// делай что-то
}

Ожидание завершения какого либо действия (событие) :

while(!(RegX & (1<

Опрашивание флагов – занятие довольно ресурсоемкое, как в плане размера программы, так и в плане быстродействия программы. Поскольку общее число флагов в AVR микроконтроллерах довольно велико (преимущество), то реализация общения, между процессором и устройством, путем опроса флагов приводит к снижению КПД (быстродействие кода/размер кода) написанной вами программы, к тому же программа становится очень запутанной, что способствует появлению ошибок, которые трудно обнаружить даже при детальной отладке кода.

Для того чтобы повысить КПД программ для AVR микроконтроллеров, а также облегчить процесс создания и отладки данных программ, разработчики снабдили все периферийные устройства "источниками прерываний” (Interrupt sources ), у некоторых устройств может быть несколько источников прерывания.

При помощи источников прерываний реализуется механизм синхронизации , между процессором и периферийным устройством, то есть процессор начнет прием данных, опрос флагов и др. действия над периферийным устройством только тогда, когда устройство будет к этому готово (сообщит о завершении обработке данных, ошибке при обработке данных, регистр пуст, и т.д.), путем генерации "запроса на обработку прерывания” (Interrupt request ), в зависимости от значения некоторого флага (состояние устройства / функции / события).

В литературе, очень часто, всю цепочку событий, начиная от "запроса на обработку прерывания” (IRQ) и до "процедуры обработки прерывания” (ISR), сокращенно называют – прерывание (Interrupt ).

Что такое прерывание?

Прерывание (Interrupt) – сигнал, сообщающий процессору о наступлении какого-либо события. При этом выполнение текущей последовательности команд приостанавливается и управление передаётся процедуре обработки прерывания, соответствующая данному событию, после чего исполнение кода продолжается ровно с того места где он был прерван (возвращение управления). (Wiki)

Процедура обработки прерывания (Interrupt Service Routine) – это ни что иное как функция/подпрограмма, которую следует выполнить при возникновении определенного события. Будем использовать именно слово "процедура”, для того чтобы подчеркнуть ее отличие от всех остальных функций.

Главное отличие процедуры от простых функций состоит в том что вместо обычного "возврата из функции” (ассемблерная команда RET), следует использовать "возврат из прерывания” (ассемблерная команда RETI) – "RETurn from Interrupt ".

Свойства AVR прерываний:

У каждого периферийного устройства, что входит в состав AVR микроконтроллеров, есть как минимум один источник прерывания (Interrupt source). Ко всем этим прерываниям следует причислить и прерывание сброса – Reset Interrupt, предназначение которого отличается от всех остальных.
За каждым прерыванием, строго закреплен вектор (ссылка) указывающий на процедуру обработки прерывания (Interrupt service routine). Все векторы прерываний, располагаются в самом начале памяти программ и вместе формируют "таблицу векторов прерываний” (Interrupt vectors table).
Каждому прерыванию соответствует определенный "бит активации прерывания” (Interrupt Enable bit). Таким образом, чтобы использовать определенное прерывание, следует записать в его "бит активации прерывания” – лог. единицу. Далее, независимо от того активировали Вы или нет определенные прерывания, микроконтроллер не начнет обработку этих прерываний, пока в "бит всеобщего разрешения прерываний” (Global Interrupt Enable bit в регистре состояния SREG) не будет записана лог. единица. Также, чтобы запретить все прерывания (на неопределенное время), в бит всеобщего разрешения прерываний следует записать – лог. нуль.

Прерывание Reset, в отличие от всех остальных, нельзя запретить. Такие прерывания еще называют Non-maskable interrupts.

У каждого прерывания есть строго определенный приоритет. Приоритет прерывания зависит от его расположения в "таблице векторов прерываний”. Чем меньше номер вектора в таблице, тем выше приоритет прерывания. То есть, самый высокий приоритет имеет прерывание сброса (Reset interrupt), которое располагается первой в таблице, а соответственно и в памяти программ. Внешнее прерывание INT0, идущее следом за прерыванием Reset в "таблице векторов прерываний”, имеет приоритет меньше чем у Reset, но выше чем у всех остальных прерываний и т.д.

Таблица векторов прерываний, кроме вектора Reset, может быть перемещена в начало Boot раздела Flash памяти, установив бит IVSEL в регистре GICR. Вектор сброса также может быть перемещен в начало Boot раздела Flash памяти, путем программирования фьюз бита – BOOTRST.

Рис.1 Таблица векторов прерываний ATmega16

Прототип процедуры обработки прерывания

Чтобы объявить некоторую функцию в качестве процедуры обработки того или иного прерывания, необходимо следовать определенным правилам прототипирования, чтобы компилятор/компоновщик смогли правильно определить и связать нужное вам прерывание с процедурой ее обработки.

Во первых процедура обработки прерывания не может ничего принимать в качестве аргумента (void), а также не может ничего возвращать (void). Это связано с тем что все прерывания в AVR асинхронные, поэтому не известно в каком месте будет прервано исполнение программы, у кого принимать и кому возвращать значение, а также для минимизации времени входа и выхода из прерывания.

void isr(void )

Во вторых, перед прототипом функции следует указать что она является процедурой обработки прерывания. Как вам известно, в языке Си исполняется только тот код что используется в функции main. Поскольку процедура обработки прерывания в функции main нигде не используется, то для того чтобы компилятор не "выкинул” ее за ненадобностью, перед прототипом процедуры следует указать что эта функция является процедурой обработки прерывания.

Прототип процедуры обработки прерывания в среде AVR Studio

#include

ISR(XXX_vect)
{

}

В AVR Studio (AVR GCC), каждая процедура обработки прерывания начинается с макроопределения ISR, после чего, в круглых скобках следует конструкция:

XXX_vect

где "XXX” это имя вектора прерывания. Все имена векторов, для определенного AVR микроконтроллера, можно найти в "таблице векторов прерываний” даташита данного микроконтроллера или в его заголовочном файле. К примеру, "таблица векторов прерываний” для микроконтроллера ATmega16 приведена на рис.1, где в колонке Source, приведены все имена векторов прерываний. Также имена можно посмотреть в заголовочном файле данного микроконтроллера (C:\Program Files\Atmel\AVR Tools\AVR Toolchain\avr\include\avr\iom16.h), см. рис.2. Все что нам надо сделать, это найти в таблице имя нужного нам вектора и к нему прибавить суффикс "_vect".

Рис.2 Заголовочный файл ATmega16 для AVR Studio

Для примера, напишем процедуру обработки прерывания по приему байта через USART (USART, Rx Complete) :

ISR(USART_RXC_vect)
{
// Тело обработчика прерывания
}

Кстати: перед тем как использовать любое прерывание в AVR Studio, следует включить в проект заголовочные файлы io.h и interrupt.h:

#include
#include

Более подробно об обработчиках прерываний в AVR Studio (AVR GCC) можно почитать в разделе Introduction to avr-libc’s interrupt handling.

Прототип процедуры обработки прерывания в среде ImageCraft

#pragma interrupt_handler : iv_XXX
void < handler_name> (void )
{
// Тело обработчика прерывания
}

В среде ImageCraft, прототип процедуры обработки прерывания выглядит следующим образом:

void < handler_name> (void )

где , это любое имя которое вы захотите дать данному обработчику прерывания. Одно из требований к объявлению процедур обработки прерываний гласит, что перед прототипом функции следует указать что она является обработчиком прерывания. Это делается при помощи pragma-директивы interrupt_handler :

#pragma interrupt_handler : iv_XXX

где это имя той функции что будет использоваться в качестве обработчика прерывания, а конструкция "iv_XXX”, это имя вектора прерывания (XXX) с префиксом "iv_". Как и в случае с AVR Studio, все имена векторов, для определенного AVR микроконтроллера, можно найти в "таблице векторов прерываний” даташита данного микроконтроллера или в его заголовочном файле (см. рис.3).

Рис.3 Заголовочный файл ATmega16 для ImageCraft IDE

К примеру процедура обработки прерывания по приему байта через USART (USART, Rx Complete) в среде ImageCraft, будет выглядит так:

#pragma interrupt_handler usart_rxc_isr: iv_USART_RXC
void usart_rxc_isr(void )
{
// Тело обработчика прерывания
}

Более подробно о процедурах обработки прерывания в ImageCraft IDE можно найти в меню Help->Programming the AVR->Interrupt Handlers среды разработки.

Иногда, если несколько обработчиков прерывания должны делать одно и то же, то для экономии памяти программ, можно направить несколько векторов прерывания на одну и ту же процедуру обработки прерывания.

В среде AVR Studio это выглядит так:

ISR(INT0_vect)
{
// Do something
}
ISR(INT1_vect, ISR_ALIASOF(INT0_vect) ) ;

Сначала идет процедура обработки прерывания для определенного вектора, в данном случае INT0. Все остальные процедуры могут ссылаться на любой обработчик прерывания при помощи конструкции:

ISR(YYY_vect, ISR_ALIASOF(XXX_vect) ) ;

где YYY это имя вектора прерывания который ссылается на ранее объявленный обработчик прерывания для вектора XXX.

В среде ImageCraft это выглядит так:

#pragma interrupt_handler : iv_XXX : iv_YYY
void < handler_name> (void )
{
// Тело обработчика прерывания
}

#pragma interrupt_handler : iv_XXX
#pragma interrupt_handler : iv_YYY
void < handler_name> (void )
{
// Тело обработчика прерывания
}

где векторы XXX и YYY ссылаются на один и тот же обработчик прерывания .

Как работает прерывание в AVR микроконтроллерах?

1. Предположим произошел "запрос на обработку прерывания ” (IRQ).

Кстати: если одновременно произойдут несколько запросов на обработку прерывания, то первым будет обработано прерывание с самым высоким приоритетом, все остальные запросы будут обработаны по завершению высокоприоритетного прерывания.

2. Проверка.

Если бит активации данного прерывания установлен (Interrupt enable bit), а также I-бит (бит всеобщего разрешения прерываний) регистра состояния процессора (SREG) установлен, то процессор начинает подготовку процедуры обработки прерывания, при этом бит всеобщего разрешения прерываний (I-бит регистра SREG) сбрасывается, запрещая таким образом все остальные прерывания. Это происходит для того чтобы никакое другое событие не смогло прервать обработку текущего прерывания.

Кстати: если в процедуре обработки прерывания установить I-бит в состояние лог. единицы, то любое активированное прерывание может в свою очередь прервать обработку текущего прерывания. Такие прерывания называются вложенные (Nested interrupts).

3. Подготовка .

Процессор завершает выполнение текущей ассемблерной команды, после чего помещает адрес следующей команды в стек (PC->STACK). Далее процессор проверяет какой источник прерывания подал "запрос на обработку прерывания” (IRQ), после чего воспользовавшись вектором данного источника (ссылка) из таблицы векторов (который железно закреплен за каждым источником прерывания), переходит в процедуру обработки прерывания (инструкция JMP). На все, про все процессор тратит минимум 4 такта! (в зависимости от момента появления запроса и длительность исполнения текущей инструкции). Это очень хорошее время реакции на IRQ, по сравнению с микроконтроллерами других производителей.

Кстати: если IRQ произойдет, когда микроконтроллер находится в спящем режиме (sleep mode), время реакции на IRQ увеличивается еще на четыре такта, плюс время заложенное в фьюз битах SUT1 и SUT0 (Start-Up Time).

Первым делом о том что такое прерывание.
Прерывание (interrupt) - это своеобразная функция, которая будет выполнена при поступлении сигнала на какой нибудь вход контроллера.
При работе в AVR Studio прерывания создаются при помощи макросов ISR() , SIGNAL() и INTERRUPT() . Они помечают некоторую функцию как обработчик прерывания. Их различие в том, что INTERRUPT() и ISR() определяют функцию обработчик для случая, когда разрешено общее прерывание (обработчик может быть прерван), а SIGNAL() для случая когда общее прерывание запрещено.

На этом покончим с теорией и перейдём к практике (хотя теории ещё будет ниже).
Соберём в ISIS такую схему:

Как вы уже наверное догадались мы напишем прерывание (которое генерируется кнопкой) которое будет зажигать и тушить диод.
Итак, откройте студию и создайте стандартный проект.
Для использования прерываний включим заголовочный файл:

#include

Условимся, что прерывание (физически) не будет включать выключать питание на ноге контроллера (как это делается я уже рассматривал), а всего лишь будет изменять флаг. При определённых значениях которого и будет включаться и выключаться диод.
Зададим этот флаг глобально:

Int num = 1;

Теперь объявим прерывание:

ISR(SIG_INTERRUPT1){ if (num == 1) num = 0; else num = 1; }

Как видите в скобках макроса указан так называемый вектор прерывания. Этот вектор указывает компилятору для какого входа будет сгенерировано прерывание. Для INT1 - это SIG_INTERRUPT1. Для АЦП (ADC) например это - SIG_ADC. (весь перечень отлично описан в книге "Шпак Ю.А. Программирование на языке Си для AVR и PIC микроконтроллеров".)
Теперь перейдём к функции main нашей "программы".
Нам необходимо разрешить прерывания в целом и для INT1 в частности:

Sei(); // в целом GIMSK |= (1<

Когда это сделано нужно настроить поведение прерывания. Оно может быть сгенерировано по разному.
Скачиваем datasheet (ссылка есть при создании проекта) и находим в разделе прерывания (interrupt) такую таблицу:

Думаю как перевести это вы и так поймёте.
Установим состояние генерации прерывания при каждом "логическом изменении на INT1".

MCUCR = (0<

Теперь установим весь порт С как выход:

DDRC = 0xff; // порт С - выход

Ну а это уже должно быть понятно:

While (1){ if (num == 1) PORTC |= 1; // включаем первый выход С else PORTC &= ~1; // выключаем первый выход С _delay_ms(100); // ждём 100мс }

Ждать не обязательно. Тем более что это уменьшает быстродействие. Но мне так хочется.
Программа целиком:

#define F_CPU 8000000UL // 8MHz #include #include #include int num = 1; ISR(SIG_INTERRUPT1){ if (num == 1) num = 0; else num = 1; } int main (void){ sei(); GIMSK |= (1<

Компилируем hex и собираем схему в Proteus. Наслаждаемся работой прерывания при изменении положения кнопки.

Прерывание (interrupt) – событие, требующие немедленной реакции со стороны процессора. Реакция состоит в том, что процессор прерывает обработку текущей программы (прерываемой программы ) и переходит к выполнению некоторой другой программы (прерывающей программы ), специально предназначенной для данного события. По завершении этой программы процессор возвращается к выполнению прерванной программы.

Каждое событие, требующее прерывания, сопровождается сигналом прерывания , оповещающим об этом вычислительную машину, и называемым запросом прерывания .

Состояние программы представляет собой совокупность состояний всех запоминающих элементов в соответствующий момент времени (например, после выполнения последней команды). При возникновении прерывания микроконтроллер сохраняет в стеке содержимое счетчика команд и загружает в него адрес соответствующего вектора прерывания. Последней командой подпрограммы обработки прерывания должна быть команда, которая осуществляет возврат в основную программу и восстановление предварительно сохраненного счетчика команд. Во время выполнения обработчика прерывания некоторая информация может подвергнуться изменению. Поэтому при переходе к обработчику прерывания необходимо сохранить элементы, подвергающиеся изменению. Набор таких элементов представляет собой вектор состояния программы . При этом другая информация о состоянии ячеек памяти не существенна или может быть восстановлена программным путем.

Вектор начального состояния содержит всю необходимую информацию для начального запуска программы. Во многих случаях вектор начального состояния содержит только один элемент – начальный адрес запускаемой программы.

Вектор прерывания является вектором начального состояния прерывающей программы (обработчика) и содержит всю необходимую информацию для перехода к обработчику, в том числе его начальный адрес. Каждому типу прерываний соответствует свой вектор прерывания, который инициализирует выполнение соответствующего обработчика. Обычно векторы прерывания хранятся в специально выделенных фиксированных ячейках памяти с короткими адресами, представляющих собой таблицу векторов прерываний . Для перехода к соответствующей прерывающей программе процессор должен располагать вектором прерывания и адресом этого вектора. По этому адресу, как правило, находится команда безусловного перехода к подпрограмме обработки прерывания.

Как правило, управление запоминанием и возвратом возложено на обработчик прерывания. В этом случае обработчик состоит из трех частей – подготовительной (пролог ) и заключительной (эпилог ), обеспечивающих переключение программ, и собственно прерывающей программы, выполняющей затребованные запросом операции. Время реакции определяется как временной интервал от момента поступления запроса прерывания до начала выполнения прерывающей программы.

t p – время реакции системы на прерывание;
t з – время запоминания состояния прерываемой программы;
t ппр – время собственно прерывающей программы;
t в – время восстановления состояния прерванной программы

При наличии нескольких источников запросов должен быть установлен определенный порядок обслуживания поступающих запросов, называемый приоритетными соотношениями или дисциплиной обслуживания . Совокупность всех возможных типов прерывания процессора представляет собой систему прерывания микроконтроллера. Дисциплина обслуживания определяет, какой из нескольких запросов, поступивших одновременно, подлежит обработке в первую очередь, и имеет ли право данный запрос прерывать тот или иной обработчик прерывания.
В случае если во время обработки прерывания поступает запрос на прерывание с более высоким уровнем приоритета, управление передается обработчику прерывания более высокого приоритета, при этом работа обработчика прерывания с более низким уровнем приоритета приостанавливается. Возникает вложенность прерываний . Максимальное число программ, которые могут приостанавливать друг друга называется глубиной прерываний .

Если запрос прерывания окажется не обслуженным к моменту прихода нового запроса от того же источника (того же приоритета), то возникает насыщение системы прерываний . При этом часть запросов прерывания будет утрачена, что для нормальной работы микроконтроллера недопустимо.

Характеристиками системы прерывания являются:

общее количество запросов прерывания – количество источников запросов прерывания;
тип представления прерывания – как правило, запрос прерывания представлен логическим уровнем сигнала;
приоритет прерывания – определяет очередность обработки каждого запроса прерывания, чем выше приоритет, тем меньше задержка в исполнении прерывающей программы для него;
время реакции – временной интервал между появлением запроса прерывания и началом выполнения прерывающей программы;
задержка прерывания – определяется суммарным временем на запоминание и восстановление программы;
глубина, обычно совпадает с числом уровней приоритетов в системе прерывания;
насыщение системы прерывания;
допустимые моменты прерывания программ (как правило, окончание выполнения следующей команды).

Маскирование прерываний используется для сообщения микроконтроллеру о необходимости реагировать на каждый тип прерывания или игнорировать его. Маска прерывания представляет двоичный код, разряды которого поставлены в соответствие источникам запроса прерываний. Единичный бит в двоичном коде сообщает микроконтроллеру о необходимости обработки прерываний такого типа. Нулевой бит напротив не позволяет микроконтроллеру переходить к обработке прерываний указанного типа.
Как правило, кроме маскирования прерываний, существует также бит глобального разрешения прерываний, нулевое значение которого отключает все обработчики прерываний (кроме аппаратного сброса и перехода к началу исполняемой программы).
Кроме двоичного кода маски прерываний существует также двоичный код флагов прерываний , который позволяет обработчику прерываний установить источник возникновения прерывания в случае если источников с указанным запросом в микроконтроллере несколько.

Поговорим о прерываниях. Слово прерывание говорит само за себя, происходит остановка какого - то процесса на какое - то время, для того чтобы выполнить дополнительные действия. Прерывания могут быть внешними или внутренними. Приведу простой пример, услышанный из уст моего друга…

Собрался он помыть посуду на кухне, взялся с азартом, засучив рукава…но посуда оказалась жирной и он был вынужден прерваться, чтобы найти на одной из полок кухонного гарнитура средство для мытья жирной посуды, после чего снова продолжил свое занятие. Но в какой-то момент зазвонил телефон, и он опять прервался от своей работы, поднял трубку, звонила теща и сказала, что придет в гости, значит надо сходить в магазин купить продукты к ее приходу. Сходил в магазин и только после этого домыл посуду.

На этом примере видно два вида прерываний, первое – связано с выполнением основной работы - поиск средства для жирной посуды -внутреннее прерывание, второе – телефонный звонок – внешнее прерывание.
В микроконтроллере внешние прерывания возникают за счет сигналов поступающих от других источников, внутренние – за счет устройств встроенных в сам микроконтроллер. Чем же так привлекательны прерывания?
Первое - это то, что мы можем остановить основной процесс для выполнения каких либо других функции, с последующим продолжением этого процесса.
Вторым, и наверное во многих случаях основным считается ускорение процесса выполнения всех функций, за счет внутренних дополнительных устройств. Вернемся к нашему примеру. Допустим, мой друг взялся мыть посуду, когда его жена уже пришла домой. Увидев жирную посуду, он просит ее найти средство для мытья посуды, и пока он моет, она уже принесет ему это средство. Но, вот зазвонил телефон, трубку поднимет жена, поговорит с мамой и сходит в магазин. Совместно все дела сделаны очень быстро!
А еще проще зациклится – т.е. основной программы нет.
Мой друг сидит на диване и ничего не делает, домоработница увидев грязную посуду, говорит ему об этом, и получив разрешение, начинает мыть сама. Когда звонит телефон, он говорит жене, чтобы она подняла трубку, жена разговаривает по телефону, и поле разговора идет в магазин за продуктами… Красота! В таком случае в микроконтроллере одновременно работают несколько устройств ввода-вывода (в современных микроконтроллерах их может быть достаточно много) и общая производительность процессора возрастает во много раз, но прерывания от устройств обрабатываются последовательно одно за другим (не одновременно), в зависимости от приоритета (в нашем примере жена имеет больший приоритет, нежели домоработница).

За управление прерываниями отвечают несколько регистров
SREG –регистр статуса (состояния). Смотрим таблицу устройств ввода-вывода. Седьмой бит регистра SREG –флаг I (interrupt), который называется флагом глобального разрешения прерываний. Если флаг опущен (седьмой бит равен нулю), то все прерывания запрещены. Если флаг поднять (установить I в 1), мы разрешим прерывания.

Устанавливается и сбрасывается флаг I командами:
SEI - разрешить прерывания
CLI - запретить прерывания
Какие из прерываний будут работать, задается с помощью регистров называемых – масками прерываний .
Обозначаются маски прерываний следующим образом:
TIMSK,..,..,.. – управление прерываниями от таймеров и других встроенных устройств .
GIMSK (GIKR в семействе Mega) - управление всеми внешними прерываниями .
Маски прерываний в свою очередь зависят от флагов прерываний:
TIFR и GIFR соответственно (не путайте с флагом глобального разрешения прерываний).

Последовательность выполнения прерываний:
При включении микроконтроллера все флаги прерываний сброшены в 0. Для включения прерываний программа должна установить флаг I регистра SREG в 1. После этого прописать регистры маски с установленными локальными прерываниями (прерывания, которые нам нужны).
Когда приходит (сигнал) запрос на прерывание, то он поднимает флаг прерывания (даже в том случае если прерывание запрещено, для организации вложенных прерываний и приоритета между разными прерываниями). Если нет запрета прерываний, то контроллер обратится к соответствующему (Interrupt Vectors) - вектору прерываний , приостанавливая текущую программу.
Вектор прерывания – это фиксированная строка программной области, куда переходит программа в случае возникновения прерывания.
Весь список векторов прерывания – называется таблицей векторов прерывания , который располагается в начале программного кода .
Итак, в момент обращения к вектору прерывания, флаг I регистра SREG и флаг вызвавший прерывание сбрасывается в 0, запрещая другие прерывания. Если в процессе выполнения прерывания, возникли другие запросы прерываний, флаги этих прерываний остаются поднятыми. По окончании выполнения текущего прерывания флаг I регистра SREG поднимается, разрешая выполнение следующего. Если пришли несколько запросов, и их флаги окажутся поднятыми то первым будет выполнено прерывание, чей вектор меньше по адресу в таблице, ближе к началу памяти. За ним второй, и так далее. Кроме этого программист может организовать так называемое вложенное прерывание, когда в процессе выполнения программы прерывания возникает еще одно прерывание. Тогда прекращается выполнение текущего прерывания и выполняется новое, после завершения которого, возобновляется выполнение остановленного прерывания.

В качестве примера приведена таблица векторов прерывания для ATtiny2313

Таблица векторов прерывания для Атмега16 выглядит следующим образом:

При сравнении, таблицы совершенно не совпадают.
В семействе ATtiny строка вектора прерывания занимает 16 бит, а в семействе Mega занимают 32 бита (обратите внимание на адреса векторов прерывания, напомню, что адресная строка в программной области представлена 16 битным словом).

Программный код для ATtiny2313 может выглядеть следующим образом:
.cseg .org 0 rjmp Reset rjmp INT_0 rjmp INT_1 rjmp Timer1_capt1 rjmp Timer1_comp1 rjmp Timer1_OVF1 rjmp Timer0_OVF0 rjmp UART_RX rjmp UART_UDRE rjmp UART_TX rjmp ANA_COMP rjmp PCINT rjmp Timer1_compB rjmp Timer0_compA rjmp Timer0_compB rjmp USI_START rjmp USI_OVERFLOW rjmp EE_READY rjmp WDT_ OVERFLOW

Как видно, вектор прерывания создает относительный переход на метки программ прерываний. Ниже в таблице показаны варианты; 1. Когда нет прерываний; 2, 3. с внешним прерыванием по входу INT_1.
Если метки «пустые” (под меткой нет программы), то ничего не происходит, и программа последовательно «пробежавшись” по оставшимся меткам благополучно доходит до команды RETI- Interrupt return - выход из обработчика прерывания как показано в первом столбце таблицы.

Чтобы выполнить программу прерывания, например по входу INT_1, нужно метку INT_1: вынести из списка. Это схематично показано во втором столбце таблицы.
Но, программисту неудобно каждый раз прописывать все прерывания и отдельно метки к ним, особенно в последних моделях, где таблица достаточно большая, проще в строке вектора прерывания сразу написать команду RETI, если прерывание не используется. Тогда программа будет выглядеть, как показано в третьем столбце таблицы.

В AVR-контроллерах в зависимости от модели может быть от 1 до 8 входов внешних прерываний .
Рассмотрим систему управления внешними прерываниями. Для этого предусмотрены следующие комбинации I/O-регистров в зависимости от модели (см. соответствующий DataSheet):
- GIMSK, EIFR, PCMSK, MCUCR;
- GIKR, GIFR, MCUCR;
- EIMSK, EICR, EIFR;
GIMSK, GIKR, EIMSK - маски прерываний,
EIFR, PCMSK, GIFR, EIFR – флаги прерываний
Для разрешения или запрещения внешних прерываний предназначены управляющие регистры: GIMSK-(General Interrupt Mask Register)(Tiny), GICR- (General Interrupt Control Register)(Mega), MCUCR – (MCU Control Register)

EIFR- External Interrupt Flag Register: 1- разрешено, 0 – запрещено. Каждый бит (флаг) разрешает соответствующему выводу работать в качестве источника прерываний.

Биты управления регистра GIMSK:
Бит 7 – INT1 : External Interrupt Request 1 Enable – бит разрешения прерывания INT1: 1 – разрешено, 0 – запрещено. Прерывание будет формироваться, даже если вывод INT1 настроен как выход. Бит INT1 настраиваются на прерывание в регистре флагов EIFR. Вывод INT1 синхронизирован с тактовым генератором.

Бит 6 – INT0 : External Interrupt Request 0 Enable - бит разрешения прерывания INT0: 1 – разрешено, 0 – запрещено. Прерывание будет формироваться, даже если вывод INT0 настроен как выход. Бит INT0 настраиваются на прерывание в регистре флагов EIFR. Вывод INT10 синхронизирован с тактовым генератором.

Бит 5 – PCIE : Pin Change Interrupt Enable – бит разрешения прерывания на выводах PCINT0…7: 1- разрешено, 0 – запрещено. Любое изменение на любом из выводов PCINT0…7 будет формировать прерывание. Выводы PCINT0…7 настраиваются на прерывание индивидуально, битами в регистре флагов PCMSK.

PCMSK - Pin Change Mask Regiser - регистр флагов PCMSK: 1- разрешено, 0 – запрещено. Каждый бит (флаг) разрешает соответствующему выводу работать в качестве источника прерываний. Выводы PCINT0…7 не синхронизированы с тактовым генератором, т.е. прерывание наступает по факту изменения на любом из выводов.

Mega8

и соответствующий ему регистр флагов

Бит 7

GIFR– General Interrupt Flag Register: 1- разрешено, 0 – запрещено. Каждый бит (флаг) разрешает соответствующему выводу работать в качестве источника прерываний.

Биты управления регистра GICR:
Бит 7 – : External Interrupt Request 1 Enable – бит разрешения прерывания INT1 : 1 – разрешено, 0 – запрещено. Прерывание будет формироваться, даже если вывод INT1 настроен как выход. Бит INT1 настраиваются на прерывание в регистре флагов GIFR

Бит 6 – INT0 : External Interrupt Request 0 Enable - бит разрешения прерывания INT0 : 1 – разрешено, 0 – запрещено. Прерывание будет формироваться, даже если вывод INT0 настроен как выход. Бит INT0 настраиваются на прерывание в регистре флагов GIFR

Бит 5 – INT2 : External Interrupt Request 2 Enable - бит разрешения прерывания INT2 : 1 – разрешено, 0 – запрещено. Прерывание будет формироваться, даже если вывод INT2 настроен как выход. Бит INT2 настраиваются на прерывание в регистре флагов GIFR

Функциями входов INT0 и INT1во всех контроллерах управляют младшие биты регистра MCUCR

MCUCR– MCU Control Register
Биты управления:
Биты 1, 0 – ISC01, ISC00 (Interrupt Sense Control 0 Bit 1 and Bit 0) – состояние данных битов определяет событие на выводе INT0, при котором формируется прерывание INT0:
ISC01=0, ISC00=0 – уровень логического нуля;
ISC01=0, ISC00=1 – любая смена логического состояния;
ISC01=1, ISC00=0 – по спадающему фронту;
ISC01=1, ISC00=1 – по нарастающему фронту.

Биты 3, 2 – ISC11, ISC10 (Interrupt Sense Control 1 Bit 1 and Bit 0) – состояние данных битов определяет уровень сигнала на выводе INT1, по которому формируется прерывание INT1:
ISC11=0, ISC10=0 – уровень логического нуля;
ISC11=0, ISC10=1 – любая смена логического состояния;
ISC11=1, ISC10=0 – по спадающему фронту;
ISC11=1, ISC10=1 – по нарастающему фронту.

Ну вот, вроде как с минимумом о внешних прерываниях поговорили.
Понятно, что для того, чтобы прерывания работали, нужно соответственно их прописывать.
Допишем начатую для tiny, инициализацию прерывания на INT1 по возрастающему фронту сигнала:

Ldi r16,0x80 ; запишем в r16 число 0b10000000 ldi r17,0x0C ; запишем в r17 число 0b00001100 out MCUCR,r17 ; прерывание сформируется по нарастающему фронту ISC11=1, ISC10=1 out GIMSK,r16 ; выставим маску INT0 sei
Кстати на tiny2313 можно сформировать прерывание на любых выводах PCINT0…7 , на Mega до 48 серии эти возможности отсутствуют…
Есть такие операции, при выполнении которых, возникшие прерывания могут вызвать сбой программы. В таких случаях перед началом выполнения операции пишем CLI, а после SEI. Называются такие операции – атомарными .
Желательно, чтобы программы прерываний были компактными и выполнялись с максимальной скоростью, потому, что целью любых прерываний является фиксация события. Если по разным причинам программа выполняется медленно, то достаточно зафиксировать событие и обработать его чуть позже.

Чтобы не загромождать лишней информацией изложенный материал, рекомендую читателям пользоваться даташитами, а если не все понятно, то чаще задавать вопросы на форумах.
Дальше, подробно рассмотрим внутренние прерывания на основе встроенных таймеров. читателей. Для участия в голосовании зарегистрируйтесь и войдите на сайт с вашими логином и паролем.

Частенько бывает, что микросхемка должна работать-работать себе спокойненько, а на какое-то событие бросать все дела и выполнять что-то иное. А потом - снова возвращаться к первоначальному делу... Это как в часах, например, - они показывают время до тех пор, пока не настанет время будильника. И вроде как никаких внешних воздействий - нажатия там кнопки, ресета - а микросхема сама переключается.

Это и можно реализовать с помощью прерываний - сигналов, сообщающих процессору о наступлении какого-либо события.

Вот пример из бытовой жизни - сидите Вы на кухне, пьете чай с малиновым вареньем и вкусняшками неприменно, и ждете гостей. А как узнать, что кто-то пришел? Тут два варианта: либо мы каждые пять минут будем отвлекаться от варенья, в смысле, чая и бегать проверять, а не стоит ли кто за дверью, либо купить дверной звонок и спокойненько ждать на нагретом месте, пока кто-нибудь в него не позвонит.

Так вот, когда гость звонит - это событие. Соответственно, мы прерываемся и кидаемся к двери.

Итак, у микросхемы есть прерывания. И не одно. Прерывания делятся на внешние - такие срабатывают при определённом напряжении на некоторых выводах микросхемы (INT0, INT1 и также иногда целый порт PCINT) - и внутренние - при переполнении счётчика, срабатывании сторжевого таймера, при использовании USART, при прерывании аналогового компаратора, АЦП и прочей периферии.

Соответственно, возникает проблема приоритета. Это как мы все также сидим и пьем чай, но звонят нам уже не только в дверь, но и по телефону... И ведь не разорвешься, что-то нужно сделать первым. Поэтому в даташите есть таблица векторов прерываний. Чем меньше номер прерывания, тем более оно приоритетно.

Здесь получается несколько тонкостей...

Вот произошло событие - пошел запрос на прерывание, то есть выставляется так называемый "флаг запроса на прерывание". Если все хорошо, прерывание разрешено, то жизнь прекрасна и происходит его обработка.

А вот если прерывание запрещено - например, уже происходит обработка более приоритетного прерывания - тогда этот флаг запроса так и остается висеть до момента разрешения прерываний. После этого чип проверяет регистр запроса в порядке приоритета, и если есть флаг - обрабатывает его.

НО! Получается, что даже если прерывание обрабатывается, не факт, что событие, которое его вызвало, ещё живо... Это как позвонили в дверь и по телефону одновременно, Вы ответили по телефону, а гости уже решили, что никого дома нету и ушли. И вроде как событие - звонок в дверь - было, а за дверью никого нет.

Ещё проблема - что пока обрабатывается другое прерывание и флаг запроса уже поднят, событие может произойти ещё несколько раз. Ответили на звонок по телефону, открываем дверь - а там уже целая куча гостей! Страшно? Страшно...

Ещё одна особенность использования прерываний - да и не только прерываний: реентерабельность (или повторная входимость).

Реентерабельная программа - та, которую могут вызвать несколько пользователей (или процессов), и при этом как минимум не возникнет ошибка, а как максимум - не будет потери вычислений - например, другому пользователю не придется выполнять код снова.

Иными словами, если на кухне во то время, пока Вы встречаете гостей, никто не утащит себе вкусняшки, то значит все реентерабельно)

В общем, серезная штука - если её не учитывать, можно долго мучится с "а чего же она не работает?!". Нужно её учитывать, например, если обрабатываются несколько прерываний, и каждое изменяет какую-то глобальную переменную...

Обычно прерывания НЕ реентерабильны. То есть, в момент работы прерывания нельзя повторно вызвать это же прерывание.. Именно для защиты от повторного вхождения в обработчик прерывания автоматически запрещаются в момент его обработки (если вам захотелось разрешить прерывания в процедуре обработки прерываний, надо десять, двадцать раз подумать, прежде чем сделать такой опрометчивый шаг).

Рассмотрим работу с внешними прерываниями: нам нужно, во-первых, настроить, по какому событию будет происходить прерывание, а, во-вторых, разрешить микросхеме вообще обрабатывать это самое прерывание.

За первое в микросхеме ATmega8 отвечает регистр MCUCR - биты ISC11-ISC10, отвечающие за INT1, и ISC01-ISC00, отвечающие за INT0.

Таблица 1. Определение событий для генерации прерывания по INT1

Соответственно, с INT0 аналогично.

А теперь остается разрешить прерывания по нужному нам выводу - в регистре GIGR есть биты INT0 и INT1; поставить на нужный "1" - и внешнее прерывание разрешено! Но ещё рано радоваться - помимо внешних прерываний надо разрешить прерывания вообще - ставим крайний левый бит I регистра SREG в "1". Это же можно сделать и ассемблерной командой: asm sei;

Рассмотрим простой примерчик: на ножку INT0 (D.2) микросхемы ATmega8 присоединена кнопка (к ножке и на ноль); нажимаем - возникает прерывание и включается светодиодик на выводе B.0. Светодиод, соответственно, подключен к ножке и на единицу:

//программа для ATmega8 при нажатии на кнопку на выводе INT0 (D.2) - присоединена к 0 - //включает по внешнему прерыванию светодиодик на выводе B.0 - присоединён к 1 //переопределяем типы typedef unsigned char byte; sbit ddrButton at ddD2_bit; //кнопка генерации sbit pinButton at pinD2_bit; sbit portButton at portD2_bit; sbit ddrLight at ddB0_bit; //вывод для светодиода, на выход с подтяжкой, включается 0 по кнопке sbit portLight at portB0_bit; byte flagButton = 0; //флаг нажатия кнопки; нажата - 1 void INT0_interrupt() org IVT_ADDR_INT0 //нужно написать как минимум пустую функцию - //потому что компилятор сам не создает. Иначе не работает { flagButton = 1; } //обработка нажатия кнопки - с учётом дребезга void buttonLight() { if(flagButton) //если нажата кнопка { portLight = 0; //включаем светодиод delay_ms(500); portLight = 1; //выключаем светодиод flagButton = 0; } } void main() { //инициализация всех используемых портов ddrB = 0; portB = 0; ddrD = 0; portD = 0; //инициализация кнопки - на вход с подтяжкой portButton = 1; ddrButton = 0; //инициализация светодиодика, которая включается по 0 и нажатию кнопки - на выход и в 1 portLight = 1; ddrLight = 1; //настраиваем внешние прерывания MCUCR.ISC00 = 0; //прерывание генерируется по логическому 0 на INT0 MCUCR.ISC01 = 0; GICR.INT0 = 1; //разрешаем внешнее прерывание INT0 asm sei;//SREG.B7 = 1; //разрешаем прерывания в принципе (бит I); команды аналогичны while(1) { buttonLight(); } }

Немного о синтаксисе. Функция прерывания написана так: void имя_функции() org IVT_ADDR_INT0.

Ключевое слово org указывает, что дальше будет идти адрес прерывания из даташита. У нас же есть название прерывания из библиотечки: набираем IVT и и дальше нажимаем Ctrl + Пробел (люблю я такие вещички ˆˆ). Ещё вместо слова org можно использовать iv, судя по справке компилятора.

Ещё маленькое замечание: во-первых, прерывание никогда не должно быть громоздким - несколько строк и все. Это связано с тем, что во время обработки прерывания микросхема не может отвлечься на что-либо иное, азначит, если у нас прерываний несколько, то можно пропустить наступление какого-нибудь события.

А ещё может оказаться так, что обработка прерывания нам вообще не нужна - например, достаточно, что схема вышла из спящего режима. Но в этом случае все равно надо писать функцию прерывания, пусть даже пустую - так называемую "заглушку". В принципе, некоторые компиляторы автоматически пишут пустые функции для каждого прерывания, но это не наш случай - приходится делать ручками.