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ARM中断系统Cortex-A7详解

中断是计算机系统中至关重要的机制，用于处理异步事件，实现多任务处理。ARM架构中的Cortex-A7处理器拥有先进的中断系统，这在嵌入式开发中具有关键作用。本文将深入探讨Cortex-A7中断系统的实现和应用。

中断简述

中断（Interrupt）是指处理器接收到来自硬件或软件的信号，提示发生某事件需注意。中断可以由外围硬件或软件触发，处理器通过中断服务程序处理该事件。

中断系统主要包含以下组成部分：

中断向量表

中断向量表是中断处理程序的地址数组。系统维护该表，每个表项对应中断类型。中断向量表位于程序最前面，硬件或软件触发中断后，CPU通过中断向量号查找对应处理程序。

ARM处理器从0X00000000开始运行，但中断向量表通常存放在非零地址。中断向量表偏移通过CP15协处理器实现。

GIC架构

GIC（General Interrupt Controller）是ARM内核中负责中断控制的核心组件。GICV2版本用于Cortex-A7，支持多核处理。GIC架构分为分发器和CPU接口两部分。

• 分发器（Distributor）：处理中断事件，根据优先级分发。
• CPU接口（CPU Interface）：连接处理器，负责中断事件处理。

GICV2支持三种中断类型：

中断ID分配

中断ID用于区分不同中断源。Cortex-A7支持1020个中断ID，分配规则如下：

• ID0~ID15：SGI中断。
• ID16~ID31：PPI中断。
• ID32~ID1019：SPI中断。

GIC逻辑分块

GIC分为分发器和CPU接口。分发器负责中断事件分发，CPU接口处理中断请求。

• 分发器功能：控制中断使能、优先级和目标处理器。
• CPU接口功能：处理中断事件，设置优先级掩码。

CP15协处理器

CP15协处理器管理系统资源，用于访问中断相关寄存器。寄存器包括：

• C0：内核信息。
• C1：MMU、缓存控制。
• C12：中断向量表基地址。
• C15：GIC基地址。

通过MRC和MCR指令访问CP15寄存器。

中断使能

中断使能分为总中断和具体中断：

• 总中断：通过CPSR寄存器控制IRQ和FIQ。
• 具体中断：通过GICD_ISENABLER和GICD_ICENABLER寄存器控制中断ID。

中断优先级

Cortex-A7支持256级中断优先级，配置通过GICC_PMR和GICC_BPR寄存器完成。

• GICC_PMR：设置优先级数。
• GICC_BPR：设置抢占和子优先级。

程序编写

在编写中断服务程序时，需注意以下事项：

通过以上知识，开发者可以充分利用Cortex-A7中断系统，实现高效的嵌入式应用。

总结

Cortex-A7中断系统复杂而高效，涉及多个组件协同工作。理解和掌握中断机制，对嵌入式开发至关重要。