基于ARM7軟中斷程序的設(shè)計(jì)
筆者在設(shè)計(jì)一項(xiàng)目時(shí)采用LPC2458。此CPU為ARM7內(nèi)核，帶512K字節(jié)的片內(nèi)FLASH，98k字節(jié)的片內(nèi)RAM，支持片外LOCAL BUS總線，可從片外NOR FLASH啟動(dòng)CPU.由于代碼量較大，程序放在片外的NOR FLASH中。且存在片外NOR FLASH在運(yùn)行程序時(shí)，需對(duì)片外的NOR FLASH擦寫(xiě)的需求。圖1為存儲(chǔ)部分框圖。
圖1存儲(chǔ)部分原理框圖
在設(shè)計(jì)中，片外NOR FLASH的大小為16M字節(jié)。其中2M規(guī)劃為存放運(yùn)行程序，剩余的空間用于產(chǎn)品運(yùn)行日志，告警燈存儲(chǔ)空間。因此存在著在程序運(yùn)行時(shí)對(duì)片外NOR FLASH擦寫(xiě)的需求。如果程序正在正常運(yùn)行的片外FLASH中去擦寫(xiě)FLASH，會(huì)存在總線沖突的問(wèn)題，無(wú)法實(shí)現(xiàn)此功能。我們采用ARM7內(nèi)核的SWI軟中斷功能來(lái)實(shí)現(xiàn)。
2 ARM軟中斷原理（SWI）
軟中斷（SWI）目前沒(méi)有找到任何官方的正式定義。筆者嘗試與硬中斷對(duì)比定義如下：
1.軟中斷發(fā)生的時(shí)間是由程序控制的，而硬中斷發(fā)生的時(shí)間是隨機(jī)的。
2.軟中斷是由程序調(diào)用發(fā)生的，而硬中斷是由外設(shè)引發(fā)的。
3.硬中斷處理程序要確保它能快速完成它的任務(wù)，這樣程序執(zhí)行時(shí)才不會(huì)等待較長(zhǎng)的時(shí)間。
在C程序中調(diào)用軟件中斷需要用到編譯器的擴(kuò)展功能，使用關(guān)鍵字“_SWI”來(lái)聲明中斷函數(shù)。注意軟中斷號(hào)碼同時(shí)在函數(shù)定義時(shí)指定。
_swi（0x24） void my_swi（void）；
這樣當(dāng)調(diào)用函數(shù)my_swi的時(shí)候，就會(huì)用“SWI 0X24”來(lái)代替普通的函數(shù)調(diào)用“BL my_swi”。
可以發(fā)現(xiàn)軟件中斷同樣存在著中斷分支的問(wèn)題，即需要根據(jù)中斷號(hào)碼來(lái)決定調(diào)用不同的處理程序。軟中斷號(hào)碼只存在于SWI指令碼當(dāng)中，因此需要在中斷處理程序中讀取觸發(fā)中斷的指令代碼，然后提取中斷號(hào)信息，再進(jìn)行進(jìn)一步處理。下面是軟中斷指令的編碼格式：
ARM狀態(tài)下的SWI指令編碼格式，32位長(zhǎng)度，其中24位是中斷編號(hào)。
Thumb狀態(tài)下的SWI指令編碼格式，16位長(zhǎng)度，其中低8位是中斷編號(hào)。
為了在中斷處理程序里面得到SWI指令的地址，可以利用LR寄存器。每當(dāng)響應(yīng)一次SWI的時(shí)候，處理器都會(huì)自動(dòng)保存并調(diào)整LR寄存器，使里面的內(nèi)容指向SWI下一條指令的地址，所以把LR里面的地址內(nèi)容上溯一條指令就是所需的間隔不一樣，如果進(jìn)入SWI執(zhí)行前是在ARM狀態(tài)下，需要通過(guò)LR-4來(lái)獲得SWI指令地址，如果是在Thumb狀態(tài)下進(jìn)入，則只有LR-2就可以了。
下面是一段提取SWI中斷號(hào)碼的例程：
MRS R0，SPSR；檢查進(jìn)入SWI響應(yīng)前的狀態(tài)
TST R0，#T_bit；是ARM還是Thumb？#T_bit=0x20
LDRNEH R0，[LR， #-2]；是Thumb，讀回SWI指令碼
BICNE R0， R0， #0xff00；提取低8位
LDREQ R0， [LR， #-4]；是ARM，讀回SWI指令碼
BICEQ R0， #ff000000；提取低24位；
寄存器R0中的內(nèi)容是正確的軟中斷編號(hào)了。
3 FLASH的CFI接口簡(jiǎn)介
在編程時(shí)，軟件由于需要支持多個(gè)廠家不同型號(hào)的FLASH，因此在對(duì)FLASH擦寫(xiě)操作時(shí)，我們采用CFI接口。
CFI（Common Flash Interface）是JEDEC制定的一個(gè)接口，用來(lái)幫助程序讀取FLASH的制造商ID和設(shè)備ID，確定FLASH的大小，獲得FLASH的各個(gè)物理特性，比如BLOCK的擦除時(shí)間等等。主要的功能是使得軟件和硬件升級(jí)更加方便，不同廠家之間的硬件兼容性更好，可以實(shí)現(xiàn)底層硬件的互換。項(xiàng)目使用的FLASH命令定義列表如表1所示。
表1 NOR FLASH命令定義列表
4實(shí)現(xiàn)方案
4.1 SWI實(shí)現(xiàn)接口程序
如圖1所示，LPC2458內(nèi)部的FLASH存放boot程序，外部的FLASH存放應(yīng)用程序。在需要擦寫(xiě)外部FLASH時(shí)，由應(yīng)用程序產(chǎn)生一個(gè)軟中斷，使程序跳到內(nèi)部FLASH中運(yùn)行。CPU不再?gòu)钠釬LASH中取指令，因此可擦寫(xiě)片外FLASH.當(dāng)軟中斷程序運(yùn)行完畢后，程序又跳回片外FLASH中。
由于SWI軟中斷中傳送參數(shù)比較麻煩，我們的SWI軟中斷程序僅返回處理函數(shù)的地址，獲得地址后，重定義為函數(shù)地址指針的方法簡(jiǎn)化處理，使程序的可讀性和維護(hù)性增強(qiáng)。
我們以FLASH的寫(xiě)函數(shù)舉例說(shuō)明采用SWI方式的流程。
//定義函數(shù)指針類(lèi)型
typedef unsigned long （*FuncWR_t）（unsigned long， void *， unsigned long）；
//定義寫(xiě)FLASH函數(shù)，調(diào)用軟中斷
unsigned long Write_Flash（unsigned long StartAddr， unsigned short* DataPtr， unsigned long Count）
{
Extern unsigned long __swi（3） Get_Write_Addr（void）；
FuncWR_t Func； //定義一個(gè)函數(shù)指針
Func = （FuncWR_t）Get_Write_Addr（）；
return Func（StartAddr， DataPtr， Count）；
}
unsigned long __swi（3）Get_Write_Addr（void）；
unsigned long __swi_3（void） //Get Write Flash Function Address
{
return （unsigned long）NorFlash_Write；
}
NorFlash_Write函數(shù)接口定義如下：
unsigned long NorFlash_Write（unsigned long StartAddr， unsigned short * DataPtr， unsigned long Count）；
4.2 CFI接口實(shí)現(xiàn)
對(duì)于FLASH中采用CFI接口的編程實(shí)現(xiàn)，在網(wǎng)上有很多的源碼可以參考，本文不再對(duì)此詳述。以寫(xiě)FLASH為例，函數(shù)如下：
unsigned long NorFlash_Write（unsigned long StartAddr， unsigned short * DataPtr， unsigned long Count）
{
…………
…………
WRITE_CMD（0X5555，0XAAAA）；
WRITE_CMD（0X2AAA，0X5555）；
WRITE_CMD（0X5555，0XA0A0）；
…………
…………
}
5總結(jié)
本文以ARM7內(nèi)核的LPC2458 MCU，采用軟中斷的方法實(shí)現(xiàn)片外FLASH在運(yùn)行程序時(shí)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)此FLASH的寫(xiě)操作例程。詳細(xì)描述了ARM7內(nèi)核的MCU軟中斷程序的設(shè)計(jì)方法。希望能對(duì)使用ARM7內(nèi)核、Cortex-M3/M4內(nèi)核的MCU，實(shí)現(xiàn)軟中斷程序起到一個(gè)參考的作用。
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