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日志

 
 

MicroBlaze中断编程  

2013-08-27 10:10:22|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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在最近的工程中,需要用到PS/2键盘和鼠标作为控制输入,所以在网上找了一些相关的资料,内容很丰富,看来已经有很多人做过了这方面的编程。本篇Blog算是实践总结,为以后的开发积累一些基础知识。

MicroBlaze支持重启(reset),中断( interrupt), 暂停(break)和异常( exception)。这里粗略的介绍:

  • reset
    当 外部按键发出reset信号或者XMD通过MDM(MicroBlaze Debug module)发出reset信号,这些信号都会被proc_sys_reset模块接收,然后该模块产生一个16周期长的高电平信号至 MicroBlaze的MB_RESET管脚。MicroBlaze响应reset, PC 寄存器指向0x0地址,依照向量表中代码执行。
  • exception
    异常是MicroBlaze对内部运行发生错误的情况发做出的响应,这些情况包括:非法指令,指令和数据总线错误和未对齐的访问(unaligned access)。如除0操作,非法操作码异常,数据总线异常等。
  • break
    break 分为software break和hardware break。hardware break,这时MDM模块的输出端口Ext_BRK和Ext_NM_BRK跟MicroBlaze对应的输入端口相连。一旦break响应,暂停返回地 址(break return address)自动装入R16寄存器中。而software break通过brkbrki指令来完成。
  • interrupt
    MicroBlaze 只支持一个外部中断源(连接于Interrupt 端口),所以需要多个中断输入的话,就得添加中断控制器(xps_intc)了。只有当机器状态寄存器(Machine Status Register,MSR)中的中断使能位(interrupt enable)置'1',MicroBlaze才能响应中断。MicroBlaze响应中断,PC指向中断向量(地址:0x10),R14存储了中断返回 地址。

注:具体细节问题,请见参考1。

注:该表格来自于MicroBlaze参考手册,见参考1

下面具体介绍如何对MicroBlaze进行中断编程。

  1. 中断信号的物理连接
    system.mhs文件定义了物理硬件的相关信息,包括总线架构、外围设备、处理器、系统内部信号互连和地址空间等。所以这里就通过MHS定义文件给出关于中断信号互连的信息。
    当然MicroBlaze的中断输入,可以配置成电平触发或者边沿触发,在配置MicroBlaze的GUI或者在MicroBlaze.mpd中通过设置 C_INTERRUPT_IS_EDGEC_EDGE_IS_POSITIVE来完成对中断的触发的配置

    BEGIN microblaze
      . . . 
      PORT MB_RESET = mb_reset
     PORT Interrupt = Interrupt
    END


    BEGIN xps_uartlite
    . . .  
     PORT Interrupt = RS232_Uart_1_Interrupt
    END

    BEGIN xps_intc
    . . .
     PORT Irq = Interrupt
     PORT Intr = RS232_Uart_1_Interrupt&plb_ps2_controller_0_IP2INTC_Irpt
    END

    BEGIN plb_ps2_controller
    . . .
     PORT IP2INTC_Irpt = plb_ps2_controller_0_IP2INTC_Irpt
    PORT mouse_clk = plb_ps2_controller_0_mouse_clk
    PORT mouse_data = plb_ps2_controller_0_mouse_data
    PORT key_clk = plb_ps2_controller_0_key_clk
    PORT key_data = plb_ps2_controller_0_key_data
    END


  2. EDK提供的驱动以及相关函数的介绍

    void microblaze_enable_interrupts(void)
    该函数使MicroBlaze可以响应中断,即MSR中的“interrupt enable”位置’1’;

    void microblaze_disable_interrupts(void)
    该函数使MicroBlaze不能响应中断,即MSR中的“interrupt enable”位置 ’0’;

    这几个函数都定义包含在$EDK_project/microblaze_0/include/mb_interface.h
    头文件中

    XIntc_Initialize(&InterruptController, (Xuint16)INTC_DEVICE_ID);
    该函数用于初始化中断控制器,主要包括初始化XIntc的结构体,初始化向量列表,以及所有中断源输入禁用,中断输出禁用。

    int XIntc_Connect(XIntc * InstancePtr, u8 Id,
        XInterruptHandler Handler, void *CallBackRef)
    中断源的标示和相关中断处理程序的连接。

    XIntc_Start(XIntcInstancePtr, XIN_REAL_MODE);
    该函数使得中断控制器输出的中断信号启用。XIN_REAL_MODE 意思是只允许硬件中断(hardware interrupt)

    void XIntc_Enable(XIntc * InstancePtr, u8 Id)
    该函数使得对应ID的中断源输入启用

    这几个函数定义在$EDK_project/microblaze_0/libsrc/intc_v1_11_a/src/xintc.c
    需要包含的头文件:xintc.h
  3. C语言编程实例

    /*
    *Date      2010-12-27
    *author    Qi Yao
    *decription main function code for interrupt program
    *           such as timer or keyboard and mouse interrupt.
    */

    /* FPGA includes */
    #include      /* for printf */
    #include     /* for usleep */
    #include "xparameters.h"
    #include "xutil.h"
    #include "xintc.h"
    #include "plb_ps2_controller.h"
    #include "mb_interface.h"

    #define INTC_DEVICE_ID XPAR_INTC_0_DEVICE_ID
    int init_input(void);
    XStatus SetUpInterruptSystem(XIntc *XIntcInstancePtr);
    static XIntc InterruptController;/*Instance of the Interrupt Control*/

    /**
    * Input interrupt handler
    */
    void PS2_InterruptHandler(void *CallbackRef)
    {
        u32 mouse_state, keybd_state, flags;
        Xuint32 baseaddr = (Xuint32) XPAR_PLB_PS2_CONTROLLER_0_BASEADDR;
        /* read information from device registers */
        keybd_state = ((u32 *)baseaddr)[0];
        mouse_state = ((u32 *)baseaddr)[1];
        flags       = PLB_PS2_CONTROLLER_mReadReg(baseaddr, PLB_PS2_CONTROLLER_INTR_IPISR_OFFSET);
        if (flags & EVENT_FROM_MOUSE)
            /*mouse event handler*/
            handle_mouse_event(mouse_state);
        if (flags & EVENT_FROM_KEYBD)
            /*keyboard event handler*/
            handle_keybd_event(keybd_state);
        /* clear interrupt flags in PS/2 controller */
        PLB_PS2_CONTROLLER_mWriteReg(baseaddr, PLB_PS2_CONTROLLER_INTR_IPISR_OFFSET, flags);
    }

    XStatus init_input(void)
    {
        XStatus Status;
        Xuint32 baseaddr = (Xuint32) XPAR_PLB_PS2_CONTROLLER_0_BASEADDR;
        /* initialize PS/2 interrupts */
        PLB_PS2_CONTROLLER_mWriteReg(baseaddr, PLB_PS2_CONTROLLER_INTR_DIER_OFFSET, 0);
        PLB_PS2_CONTROLLER_mWriteReg(baseaddr, PLB_PS2_CONTROLLER_INTR_DGIER_OFFSET, 0xFFFFFFFF);
        PLB_PS2_CONTROLLER_mWriteReg(baseaddr, PLB_PS2_CONTROLLER_INTR_IPIER_OFFSET, 0xFFFFFFFF);
        PLB_PS2_CONTROLLER_mWriteReg(baseaddr, PLB_PS2_CONTROLLER_INTR_IPISR_OFFSET, 0);
        /* initialize Interrupt controller */
        Status = XIntc_Initialize(&InterruptController, (Xuint16)INTC_DEVICE_ID);
        if (Status != XST_SUCCESS)
        {        return XST_FAILURE;    }
        Status = XIntc_SelfTest(&InterruptController);
        if (Status != XST_SUCCESS)
        {    return XST_FAILURE;    }

        /*
         * Connect a device driver handler that will be called when an interrupt
         * for the device occurs, the device driver handler performs the specific
         * interrupt processing for the device
         */
        Status = XIntc_Connect(XIntcInstancePtr, XPAR_XPS_INTC_0_PLB_PS2_CONTROLLER_0_IP2INTC_IRPT_INTR,
                               (XInterruptHandler)PS2_InterruptHandler,
                               (void *)0);
        if (Status != XST_SUCCESS)
        {        return XST_FAILURE;}

        /*
         * Start the interrupt controller such that interrupts are enabled for
         * all devices that cause interrupts, specify simulation mode so that
         * an interrupt can be caused by software rather than a real hardware
         * interrupt
         */
        Status = XIntc_Start(XIntcInstancePtr, XIN_REAL_MODE);
        if (Status != XST_SUCCESS)
        {
            return XST_FAILURE;
        }
        /*
         * Enable the interrupt for the device and then cause (simulate) an
         * interrupt so the handlers will be called
         */
        XIntc_Enable(XIntcInstancePtr, XPAR_XPS_INTC_0_PLB_PS2_CONTROLLER_0_IP2INTC_IRPT_INTR);
        /*
         * Enable the Interrupts for the MicroBlaze Processor
         */
        microblaze_enable_interrupts();
        return XST_SUCCESS;
    }

    int main(void){
        /*Initialization*/
        init_input();
        /*wait for interrupt*/
        while(1);
       return 1;
    }

  4. 汇编代码详解
    使用mb-objdump工具对实例进行了反汇编,想看看到底是个什么情况

    Disassembly of section .vectors.reset:
    00000000 <_start>:
       0:    b0009000     imm    -28672
       4:    b8080000     brai    0                                   #main()程序起始地址是0x90000000


    Disassembly of section .vectors.sw_exception:
    00000008 <_vector_sw_exception>:
       8:    b0009000     imm    -28672
       c:    b8080438     brai    1080


    Disassembly of section .vectors.interrupt:
    00000010 <_vector_interrupt>:
      10:    b0009000     imm    -28672
      14:    b8080474     brai    1140                         #中断处理程序起始地址是0x90000474


    Disassembly of section .vectors.hw_exception:
    00000020 <_vector_hw_exception>:
      20:    b0009000     imm    -28672
      24:    b8080450     brai    1104

    90000474 <__interrupt_handler>:                 #中断处理程序起始地址和汇编代码
    90000474: 3021ffb0  addik r1, r1, -80
    90000478: f9e10000  swi r15, r1, 0
    9000047c: f8610020  swi r3, r1, 32
    90000480: f8810024  swi r4, r1, 36
    90000484: f8a10028  swi r5, r1, 40
    90000488: f8c1002c  swi r6, r1, 44
    9000048c: f8e10030  swi r7, r1, 48
    90000490: f9010034  swi r8, r1, 52
    90000494: f9210038  swi r9, r1, 56
    90000498: f941003c  swi r10, r1, 60
    9000049c: f9610040  swi r11, r1, 64
    900004a0: f9810044  swi r12, r1, 68
    900004a4: fa210048  swi r17, r1, 72

  5. 总结
    主要描述了MicroBlaze的中断的基本原理,以及编程。

参考文献:

  1. MicroBlaze Processor Reference Guide
    http://www.xilinx.com/support/documentation/sw_manuals/mb_ref_guide.pdf
  2. Using and Creating Interrupt-based Systems
    http://www.xilinx.com/support/documentation/application_notes/xapp778.pdf
  3. Embedded System Tools Reference Manual
    http://www.xilinx.com/support/documentation/sw_manuals/edk10_est_rm.pdf
  4. Process System Reset Module
    http://www.xilinx.com/support/documentation/ip_documentation/processor_sys_reset.pdf
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