嵌入式导论实验报告Guo-Lab4

TM4C123GXL Performance

实验题目

熟悉实验环境和实验工具

熟练使用C语言和GPOI的定义和改变

掌握时钟分频和中断

实验目的

搭建实验环境—Code Compose Studio，熟悉开发板EK-TM4C123GXL

掌握时钟分频和中断

实验要求

使系统中断高于自定义中断函数

使系统中断低于自定义中断函数

板级运行程序，实现时钟分频

实验过程

1. 使系统中断高于自定义中断函数&使系统中断低于自定义中断函数

系统优先级

NVIC_SYS_PRI3_R = (NVIC_SYS_PRI3_R&0x00FFFFFF)|0x60000000; //priority 2      

函数优先级

NVIC_PRI4_R = (NVIC_PRI4_R&0x00FFFFFF)|0x40000000; // 8) priority 3

使用波形观察当中断同时发生时，优先级不同会发生什么。

系统中断的优先级比较高时：
由于两者的频率有所差别，所以经过一定时间后会发生嵌套中断，此时由于系统中断的优先级比较高，所以函数的中断被挂起，直到系统中断执行完之后才继续执行。

函数中断的优先级比较高时：
由于优先级的调整，系统中断的优先级变低，发生嵌套中断时，系统中断被挂起。

// **************SysTick_Init*********************
// Initialize SysTick periodic interrupts
// Input: interrupt period
//        Units of period are 20ns (assuming 50 MHz clock)
//        Maximum is 2^24-1
//        Minimum is determined by length of ISR
// Output: none
volatile uint32_t Counts;
void SysTick_Init(uint32_t period){
  Counts = 0;
  NVIC_ST_CTRL_R = 0;            // disable SysTick during setup
  NVIC_ST_RELOAD_R = period - 1; // reload value
  NVIC_ST_CURRENT_R = 0;         // any write to current clears it
  NVIC_SYS_PRI3_R = (NVIC_SYS_PRI3_R&0x00FFFFFF)|0x60000000; //priority 2                
  NVIC_ST_CTRL_R = 0x00000007;   // enable with core clock and interrupts
} 

// ***************** Timer0A_Init ****************
// Activate Timer0A interrupts to run user task periodically
// Inputs:  task is a pointer to a user function
//          period in usec
// Outputs: none
void Timer0A_Init(unsigned short period){ volatile uint32_t delay;
  SYSCTL_RCGCTIMER_R |= 0x01;      // 0) activate timer0
  delay = SYSCTL_RCGCTIMER_R;      // allow time to finish activating
  TIMER0_CTL_R &= ~0x00000001;     // 1) disable timer0A during setup
  TIMER0_CFG_R = 0x00000004;       // 2) configure for 16-bit timer mode
  TIMER0_TAMR_R = 0x00000002;      // 3) configure for periodic mode
  TIMER0_TAILR_R = period - 1;     // 4) reload value
  TIMER0_TAPR_R = 199;              // 5) 1us timer0A
  TIMER0_ICR_R = 0x00000001;       // 6) clear timer0A timeout flag
  TIMER0_IMR_R |= 0x00000001;      // 7) arm timeout interrupt
  NVIC_PRI4_R = (NVIC_PRI4_R&0x00FFFFFF)|0x40000000; // 8) priority 3
  NVIC_EN0_R = NVIC_EN0_INT19;     // 9) enable interrupt 19 in NVIC
  TIMER0_CTL_R |= 0x00000001;      // 10) enable timer0A
}

2. 板级运行程序，实现时钟分频

中断调用效果.png

void Timer0A_Handler(void){
  PF2 ^= 0x04;//蓝灯闪烁
  TIMER0_ICR_R = TIMER_ICR_TATOCINT;// acknowledge timer0A timeout

}
void SysTick_Handler(void){
  PF3 = 0x08; //绿灯闪烁
  Counts = Counts + 1; 
    if(Counts==10){ //延时
        PF3 ^= 0x08; 
        Counts=0;
    }
  
}
int main(void){ 
  DisableInterrupts();
  PLL_Init();                // configure for 50 MHz clock

    SYSCTL_RCGCGPIO_R |= 0x20;       // activate port F
  while((SYSCTL_PRGPIO_R&0x20)==0){};
  GPIO_PORTF_DIR_R |= 0x0E;        // make PF3-1 output (PF3-1 built-in LEDs)
  GPIO_PORTF_AFSEL_R &= ~0x0E;     // disable alt funct on PF3-1
  GPIO_PORTF_DEN_R |= 0x0E;        // enable digital I/O on PF3-1
                                   // configure PF3-1 as GPIO
  GPIO_PORTF_PCTL_R = (GPIO_PORTF_PCTL_R&0xFFFF000F)+0x00000000;
  GPIO_PORTF_AMSEL_R = 0;          // disable analog functionality on PF    
  Timer0A_Init(50000);           // 200 kHz 5Hz
  SysTick_Init(500000);         // 164 kHz    100Hz
  EnableInterrupts();
    
  while(1){
      
  }
}

实验总结

许多功能都是通过中断实现的。中断系统是计算机的重要组成部分。实时控制、故障自动处理、计算机与外围设备间的数据传送往往采用中断系统。中断系统的应用大大提高了计算机效率。
不同的计算机其硬件结构和软件指令是不完全相同的，因此，中断系统也是不相同的。计算机的中断系统能够加强CPU对多任务事件的处理能力。中断机制是现代计算机系统中的基础设施之一，它在系统中起着通信网络作用，以协调系统对各种外部事件的响应和处理。中断是实现多道程序设计的必要条件。 中断是CPU对系统发生的某个事件作出的一种反应。 引起中断的事件称为中断源。中断源向CPU提出处理的请求称为中断请求。发生中断时被打断程序的暂停点成为断点。CPU暂停现行程序而转为响应中断请求的过程称为中断响应。处理中断源的程序称为中断处理程序。CPU执行有关的中断处理程序称为中断处理。而返回断点的过程称为中断返回。中断的实现实行软件和硬件综合完成，硬件部分叫做硬件装置，软件部分成为软件处理程序。

中断系统的功能

1）实现中断响应和中断返回
当CPU收到中断请求后，能根据具体情况决定是否响应中断，如果CPU没有更急、更重要的工作，则在执行完当前指令后响应这一中断请求。CPU中断响应过程如下：首先，将断点处的PC值（即下一条应执行指令的地址）推入堆栈保留下来，这称为保护断点，由硬件自动执行。然后，将有关的寄存器内容和标志位状态推入堆栈保留下来，这称为保护现场，由用户自己编程完成。保护断点和现场后即可执行中断服务程序，执行完毕，CPU由中断服务程序返回主程序，中断返回过程如下：首先恢复原保留寄存器的内容和标志位的状态，这称为恢复现场，由用户编程完成。然后，再加返回指令RETI，RETI指令的功能是恢复PC值，使CPU返回断点，这称为恢复断点。恢复现场和断点后，CPU将继续执行原主程序，中断响应过程到此为止。

2）实现优先权排队
通常，系统中有多个中断源，当有多个中断源同时发出中断请求时，要求计算机能确定哪个中断更紧迫，以便首先响应。为此，计算机给每个中断源规定了优先级别，称为优先权。这样，当多个中断源同时发出中断请求时，优先权高的中断能先被响应，只有优先权高的中断处理结束后才能响应优先权低的中断。计算机按中断源优先权高低逐次响应的过程称优先权排队，这个过程可通过硬件电路来实现，亦可通过软件查询来实现。

3）实现中断嵌套
当CPU响应某一中断时，若有优先权高的中断源发出中断请求，则CPU能中断正在进行的中断服务程序，并保留这个程序的断点（类似于子程序嵌套），响应高级中断，高级中断处理结束以后，再继续进行被中断的中断服务程序，这个过程称为中断嵌套。如果发出新的中断请求的中断源的优先权级别与正在处理的中断源同级或更低时，CPU不会响应这个中断请求，直至正在处理的中断服务程序执行完以后才能去处理新的中断请求。