单片机 中断多优先级的软件扩展方法

摘要：为了解决MCS-51系列单片机只能由IP寄存器设定两级优先级的问题，文中给出了利用软件对中断优先级进行扩展的方法，同时给出了高于两个优先级的多优先级软件扩展程序。
关键词：单片机；中断；优先级；寄存器
１　引言

　　所谓中断是指当ＣＰＵ正在处理某件事情的时候，外部发生的某一事件（如一个电平的变化，一个脉冲沿的发生或定时器计数溢出等）请求ＣＰＵ迅速去处理，于是ＣＰＵ暂时中止当前的工作，转去处理所发生的事件。中断服务处理完该事件以后，再回到原来被中止的地方继续原来的工作，这样的一个过程称之为中断。以８０５１为例，中断系统含有５个中断源，分别是外部中断０请求（ＩＮＴ０），外部中断１请求（ＩＮＴ１），定时／计数器０溢出中断请求（Ｔ０），定时／计数器１溢出中断请求（Ｔ１）以及串行口中断请求（Ｔｘ／Ｒｘ）。既然系统含有５个中断源，就有可能出现数个中断源同时提出中断请求的情况，这样，设计人员必须事先根据它们的轻重缓急来为每个中断源确定ＣＰＵ对其的响应顺序。然而，对于中断优先级寄存器ＩＰ来说，只可能设定两级优先，即控制位为１时对应的中断源为高级中断，反之，控制位为０时对应的为低级中断。这样就出现一个问题：如果一个中断正在执行，如何才能让它响应同级甚至是低级中断请求呢？

２　中断多优先级的扩展

　　根据８０５１的结构特点，其中断系统中含有两个不可寻址的“优先级生效”触发器。一个用于指出ＣＰＵ是否正在执行高优先级的中断服务程序，这个触发器为１时，系统将屏蔽所有的中断请求；另一个则指出ＣＰＵ是否正在执行低优先级中断服务程序，该触发器为１时，将阻止除高优先级以外的一切中断请求。由此可见，若要响应同级甚至是低级中断请求，必须使得该“优先级生效”触发器清零。但该触发器又是不可寻址的，所以无法用软件直接清零。遍历系统所提供的１１１条指令，只有ＲＥＴＩ可以达到此目的。该指令可在ＣＰＵ执行该指令时，一方面清除中断响应时所置位的“优先级生效”触发器，另一方面可从当前栈顶弹出断点地址送入程序计数ＰＣ，从而返回主程序。

３　软件扩展方法

３．１ 高级中断源响应低级中断源的软件设计

　　现以当前ＩＥ＝８４Ｈ（开放外部中断１及总控制位），ＩＰ＝０４Ｈ设定ＩＮＴ１为高优先级正在执行外部中断１服务子程序为例来进行说明。如欲响应串行口中断，也就是要实现高级中断源响应低级中断源，设计时可加入如下代码而无须改变ＩＰ寄存器的内容：
ＰＵＳＨ ＩＥ ；ＩＥ内容入栈保护
ＭＯＶ ＩＥ ， ＃１００１００００Ｂ ；开放串行口中断
ＣＡＬＬ ＰＰ ；继续执行原中断子程序，但可
随时响应串行口中断请求
．．．
ＰＯＰ ＩＥ ；恢复原ＩＥ内容
ＲＥＴＩ
ＰＰ： ＲＥＴＩ

３．２ 同级中断源之间的响应

　　上述代码体现了高级中断源（ＩＮＴ１）响应低级中断源（串行口）的软件实现方法。但是， ８０５１系统共含有５个中断源，因此必须解决同优先级中断之间的嵌套问题，具体源程序如下：
ＯＲＧ ００００Ｈ
ＬＪＭＰ ＭＡＩＮ
ＯＲＧ ０００３Ｈ
ＬＪＭＰ Ｘ０ ；ＩＮＴ０入口地址
ＯＲＧ ０００ＢＨ
ＬＪＭＰ Ｔ０ ；Ｔ０入口地址
ＯＲＧ ００１３Ｈ
ＬＪＭＰ Ｘ１ ；ＩＮＴ１入口地址
ＯＲＧ ００１ＢＨ
ＬＪＭＰ Ｔ１ ；Ｔ１入口地址
ＯＲＧ ００２３Ｈ
ＬＪＭＰ ＳＳ ；串行口入口地址
ＭＡＩＮ： ＭＯＶ ＩＥ ，＃９ＦＨ ；开放所有中断
ＭＯＶ ＩＰ，＃０３Ｈ ；设定ＩＮＴ０、Ｔ０为高优先级
ＳＪＭＰ ＄
Ｘ０： ＰＵＳＨ ＤＰＬ
ＰＵＳＨ ＤＰＨ
ＭＯＶ ＤＰＴＲ，＃Ｘ０ＲＬ
ＰＵＳＨ ＤＰＬ
ＰＵＳＨ ＤＰＨ
ＲＥＴＩ ；（ＰＣ）＝Ｘ０ＲＬ，清＂高优先级生效＂
触发器，此时可响应其它中断请求
Ｘ０ＲＬ：· ；ＩＮＴ０子程序的真实入口地址
·
·
·
ＰＯＰ ＤＰＨ
ＰＯＰ ＤＰＬ
ＲＥＴＩ
Ｔ０： ＰＵＳＨ ＤＰＬ
ＰＵＳＨ ＤＰＨ
ＭＯＶ ＤＰＴＲ，＃Ｔ０ＲＬ
ＰＵＳＨ ＤＰＬ
ＰＵＳＨ ＤＰＨ
ＲＥＴＩ ；（ＰＣ）＝Ｔ０ＲＬ，清＂高优先级生效＂
触发器，此时可响应其它中断请求
Ｔ０ＲＬ： · ；Ｔ０子程序的真实入口地址
·
·
·
ＰＯＰ ＤＰＨ
ＰＯＰ ＤＰＬ
ＲＥＴＩ
Ｘ１： ＰＵＳＨ ＤＰＬ
ＰＵＳＨ ＤＰＨ
ＭＯＶ ＤＰＴＲ，＃Ｘ１ＲＬ
ＰＵＳＨ ＤＰＬ
ＰＵＳＨ ＤＰＨ
ＲＥＴＩ ；（ＰＣ）＝Ｘ１ＲＬ，清“高优先级生效”
触发器，此时可响应其它中断请求
Ｘ１ＲＬ： · ；ＩＮＴ１子程序的真实入口地址
·
·
·
ＰＯＰ ＤＰＨ
ＰＯＰ ＤＰＬ
ＲＥＴＩ
Ｔ１： ＰＵＳＨ ＤＰＬ
ＰＵＳＨ ＤＰＨ
ＭＯＶ ＤＰＴＲ，＃Ｔ１ＲＬ
ＰＵＳＨ ＤＰＬ
ＰＵＳＨ ＤＰＨ
ＲＥＴＩ ；（ＰＣ）＝Ｔ１ＲＬ，清＂高优先级生效＂
触发器，此时可响应其它中断请求
Ｔ１ＲＬ： · ；Ｔ１子程序的真实入口地址
·
·
·
ＰＯＰ ＤＰＨ
ＰＯＰ ＤＰＬ
ＲＥＴＩ
ＳＳ： ＰＵＳＨ ＤＰＬ
ＰＵＳＨ ＤＰＨ
ＭＯＶ ＤＰＴＲ，＃ＳＳＲＬ
ＰＵＳＨ ＤＰＬ
ＰＵＳＨ ＤＰＨ
ＲＥＴＩ ；（ＰＣ）＝ＳＳＲＬ，清＂高优先级生效＂
触发器，此时可响应其它中断请求
ＳＳＲＬ： · ；串行口子程序的真实入口地址
·
·
·
ＰＯＰ ＤＰＨ
ＰＯＰ ＤＰＬ
ＲＥＴＩ

　　上述程序利用ＩＰ寄存器给出了两级优先级，其中ＩＮＴ０、Ｔ０为高优先级，ＩＮＴ１、Ｔ１串行口为低优先级。为使某中断能响应同级甚至低级中断，只要在中断服务子程序中用ＲＥＴＩ指令清除相应的不可寻址的“优先级生效”触发器即可。程序一开始的两条ＰＵＳＨ指令的作用是对原始数据进行入栈保护（如此时ＤＰＴＲ中的数据不需保留，则这两条压栈指令也可不要，相应的弹栈指令也可不要），然后将其真实子程序入口地址入栈，并经ＲＥＴＩ出栈后弹给ＰＣ指针，以便在执行完ＲＥＴＩ后正确执行真实子程序。当该中断服务子程序执行完毕后，ＲＥＴＩ将返回主程序断点处以继续执行原来程序。

４　结束语

　　本文所阐述的多优先级扩展方法是纯软件方法，该方法只需在程序中加入为数不多的相应代码，便可进行各种中断嵌套（如同优先级响应或高优先级响应低优先级等）。此方法的代价是要花费更多的中断响应时间，但相对于添加硬件扩展的方法而言，这点代价还是值得的。