xilinx PowerPC 中断

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    PowerPC内核仅支持两个外部中断源，在处理多中断要求时需要引入“中断控制器（interrupt controller，INTC）”。这是EDK提供的中断处理机制，并提供了三种中断处理的驱动（drivers）：OPB_INTC（挂在PLB或OPB总线上的外设）中断处理方式，DCR_INTC（直接连在处理器上的外设）中断处理方式，和PowerPC内核中断处理方式。前两种的驱动相同，仅改变地址名即可，前两种为按总线操作的中断控制器，后一种为PowerPC板级服务包（BSP）。

中断控制器为系统中多个中断提供了优先级解码调度，这是一种软处理的中断方式，在有限的硬件中断基础上，依靠软件实现了扩展中断的方法。在很多处理器（如ARM、Nios等）中，对中断的软处理都有应用这种方法。原理基本相同，而各处理器又各有差异。本文介绍xilinx的硬核PowerPC的中断实现方法，对相应的函数做说明，对中断控制器的实现原理也做比较详细的介绍。

    1、中断控制器INTC

    EDK中提供的INTC有两种操作方法：Level“0”和Level“1”。其实现的结果是相同的，区别是操作的复杂度和对硬件的依赖（了解）程度不同。Level“1”中的函数基本都是以合理的方式调用Level“0”中的函数来实现的，也增加了自己的特殊结构，过程容易理解，不用了解更多的硬件知识。而Level“0”可以更灵活的按需使用中断。为了尽量了解INTC的工作方式，本文主要介绍Level“0”函数。Level“1”的信息可在Level“0”的基础上参考“xintc.c”文件（工程中定义好的软件环境下intc文件夹中）。

    Level“0”函数包括：

XIntc_DeviceInterruptHandler（xintc_l.c文件夹）
XIntc_mMasterEnable (宏)（xintc_l.h文件夹）
XIntc_mEnableIntr (宏)（xintc_l.h文件夹）
XIntc_SetIntrSvcOption（xintc_l.c文件夹）
XIntc_RegisterHandler（xintc_l.c文件夹）

    void XIntc_DeviceInterruptHandler(void *DeviceId)
这个函数是主要的中断处理程序。它会判断哪个中断处于使能和激活的状态，并根据优先级调用相应的中断处理函数。可以将它理解为中断的调度机制，需要在内核异常/中断处理处被调用或注册（异常/中断在后面讲解）。

    值得注意的是，在这个函数被调用之前，也就是说中断发生之前，中断向量表（interrupt vector table）已经被生成。这个函数原型在xintc_l.c文件中。

    XIntc_mMasterEnable(BaseAddress)
这是个用宏定义出来的函数。用于使能所有在Master Enable寄存器中的中断。中断控制器在创建时默认每个外设的中断是禁止的。当然，有使能所有中断的函数也就有禁止所有中断的函数： XIntc_mMasterDisable(BaseAddress) 。这两个函数原型在xintc_l.h文件中。

    XIntc_mEnableIntr(BaseAddress, EnableMask)
这是个用宏定义出来的函数。它通过Master Enable寄存器可以根据需要使能某个中断，而屏蔽其它中断。其对应的禁止某个中断的函数为XIntc_mMasterDisable(BaseAddress)。这两个函数的原型在xintc_l.h文件中。   
    
    void XIntc_SetIntrSvcOption(u32 BaseAddress, int Option)
这个函数用于设置中断服务方式，“Option”项设为 XIN_SVC_SGL_ISR_OPTION 时，仅响应一个中断。而设为 XIN_SVC_ALL_ISRS_OPTION 时，所有未被响应的终端均得到响应。在Level“1”中已经默认设为 XIN_SVC_SGL_ISR_OPTION，在Level“0”中可以自行设定。该函数原型在xintc_l.c文件中。

    void XIntc_RegisterHandler(u32 BaseAddress, int InterruptId, XInterruptHandler Handler, void *CallBackRef)
这个函数很重要。通过它可以将某个中断（通过中断ID标识，interrupt ID）与其对应的服务函数相关联（即中断被注册）。INTC中的中断向量表（vector table）被更新，新中断服务覆盖原中断服务。

    这个函数还可以去掉与当前的中断服务的关联。只需要将新服务指向（第二个参数）改为 XIntc_DefaultHandler()，第三个参数一般为 “（void*）0”。这个函数原型在xintc_l.c文件中。

    这个函数的四个参数含义如下：
BaseAddress：中断控制器地址（xparameters.h文件中定义）。通过这个地址使中断向量表得到更新。
InterruptID：外设中断的ID（xparameters.h文件中定义）。用于与终端服务函数相关联。
Handler：终端服务函数的指针，与中断相关联，并跟新到中断向量表中。
CallBackRef：用户定义的可以传到中断服务函数中。一般为（void*）0。

    2、PowerPC BSP

    PowerPC为裸机（standalone）BSP提供了用于初始化、注册、使能和禁止异常/中断的一组函数。（注意这是为裸机提供的）这里提到了“异常”这个词，因为异常只能发生在处理器的内核中，在总线的中断处理中没有异常这个概念。异常是指处理器有意或无意的停止正常的运行，如意外重启、软件中断等。当发生异常/中断时，系统自动跳转到异常向量表（interrupt-handler table）中。这个列表的基地址存放在EVPR寄存器（Exception Vector Prefix Register）中，这个寄存器是16位宽，所以异常向量表必须定义在64kB的存储空间中。也就是说要使用这种驱动就必须提供在一个大于64kB的物理存储空间（当然可以利用FPGA内部的存储空间）。异常向量（exception vector或interrupt-handler）以适当的偏移量存放（注册）到异常向量表中，对应着相应的中断。

    读到这里会觉得有点乱吧，那么看一下下面的图。

    图1 PowerPC 中断流程

    从图中可以看出，异常向量表将异常/中断与其异常向量关联起来，异常/中断通过异常向量表找到自己的向量。通过异常向量在中断控制器中找到对应的处理程序，这样就与前面所说的总线中断控制器对应起来了。可见，PowerPC BSP过程发生在INTC之前。通过INTC向量最终找到中断处理程序来执行。值的注意的是，中断的现场保护操作发生在这两个步骤之间。

    下面介绍相关函数，以下函数在xexception.c和xexception.h文件中：

    void XExc_Init(void)
为系统做异常/中断处理的初始化操作，为所有异常或中断统一建立一个异常向量表。异常向量表的基地址在此处被存放到EVPR寄存器中。

    void XExc_RegisterHandler(Xuint8 ExceptionId, XExceptionHandler Handler, void *DataPtr)
这是关键函数，用来将异常/中断的ID与其处理程序函数关联起来。

    注意：这个函数功能与前面讲的XIntc_RegisterHandler相同，但这两个函数是不可代替的，所处理的内容也不一样。这个函数中处理的异常/中断（参数ExceptionId）是处理器所固有的、最原始的中断源，包括复位、编程、Debug等我们不太关心的异常/中断，前面所说的总线中断处理器中的中断是这里的一部分。其参数ExceptionId在xexception.h文件中有全部定义。而前面所说的XIntc_RegisterHandler函数所处理的是挂在总线上的外设所发出的中断，是处理器固有中断源中的一部分。其参数InterruptID定义在xparameters.h文件中，需要用到中断处理器的地址，并更新中断向量表。

    void XExc_RemoveHandler(Xuint8 ExceptionId)
这个函数用来取消指定中断与处理程序的对应关系，也就是说对此中断不做处理，直接返回到正在执行的代码处继续执行。

    XExc_mEnableExceptions(EnableMask)
这是用宏定义的函数。用来使能系统异常/中断功能。

    XExc_mDisableExceptions(DisableMask)
这是用宏定义的函数。用来禁止系统异常/中断功能。

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    好像写的有点罗嗦，下面挑重点的总结几句。

    PowerPC中的硬件中断只有两个，critical和non-critical。为了扩展中断数量，xilinx引入了中断控制器的概念，即用软件来人为的区分中断并统一管理。但这种人为的区分已经随工程的生成而生成了，只需要调用其API函数即可。而实际的硬件中断还是两种，也是调用相应的API函数来完成，这个函数是BSD自动生成的函数。

    中断的顺序是这样的：中断源产生中断信号（任意中断源） -> 硬件中断响应并跳转到相应处理函数（或中断控制器函数 -> 中断控制器继续分析中断源并继续跳转到相应的处理函数） -> 中断处理完成后返回。

    这样，可以理解为，中断控制器是可有可无的，当中断源只有一个，那么就不需要中断控制器了。但中断源比较多，就需要中断控制器。

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    中断程序书写过程：

    Xexc_Init(); //初始化硬件中断

    XExc_RegisterHandler(); //在硬件中断中注册对应的处理函数（如果用到中断控制器，则需要注册“XIntc_DeviceInterruptHandler”为non_critical的硬件处理函数

    XIntc_RegisterHandler(); //在中断控制器中注册对应的处理函数（如果用到中断控制器）

    XIntc_mMasterEnalbe(); //使能中断控制器（如果用到中断控制器）

    //设置外设功能

    XIntc_mEnableIntr(); //在中断控制器中使能对应的外设中断（如果用到中断控制器）

    //在外设中使能外设中断，并启动外设

    XExc_mEnableExceptions(); //使能硬件中断（中断控制器用到的硬件中断是non-critical）

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    这样就完成了中断的初始化操作。当然，在这之前要先写好自己的中断处理函数。蓝色字体为使用中断控制器所必须的步骤。

参考文档：

《Embedded System Tools Reference Manual》

文件名est_rm.pdf，EDK安装目录doc文件夹下

《Using and Creating Interrupt-Based Systems》

文件名xapp778.pdf，下载地址 http://www.xilinx.com/support/documentation/application_notes/xapp778.pdf

全文完