基于ARM7软中断程序的设计

 笔者在设计一项目时采用LPC2458。此CPU为ARM7内核，带512K字节的片内FLASH，98k字节的片内RAM，支持片外LOCAL BUS总线，可从片外NOR FLASH启动CPU。由于代码量较大，程序放在片外的NOR FLASH中。且存在片外NOR FLASH在运行程序时，需对片外的NOR FLASH擦写的需求。图1为存储部分框图。

图1 存储部分原理框图

在设计中，片外NOR FLASH的大小为16M字节。其中2M规划为存放运行程序，剩余的空间用于产品运行日志，告警灯存储空间。因此存在着在程序运行时对片外NOR FLASH擦写的需求。如果程序正在正常运行的片外FLASH中去擦写FLASH，会存在总线冲突的问题，无法实现此功能。我们采用ARM7内核的SWI软中断功能来实现。

2 ARM软中断原理(SWI)

软中断(SWI)目前没有找到任何官方的正式定义。笔者尝试与硬中断对比定义如下：

1. 软中断发生的时间是由程序控制的，而硬中断发生的时间是随机的。

2. 软中断是由程序调用发生的，而硬中断是由外设引发的。

3. 硬中断处理程序要确保它能快速完成它的任务，这样程序执行时才不会等待较长的时间。

在C程序中调用软件中断需要用到编译器的扩展功能，使用关键字“_SWI”来声明中断函数。注意软中断号码同时在函数定义时指定。

_swi(0x24) void my_swi(void);

这样当调用函数my_swi的时候，就会用“SWI 0X24”来代替普通的函数调用“BL my_swi”。

可以发现软件中断同样存在着中断分支的问题，即需要根据中断号码来决定调用不同的处理程序。软中断号码只存在于SWI指令码当中，因此需要在中断处理程序中读取触发中断的指令代码，然后提取中断号信息，再进行进一步处理。下面是软中断指令的编码格式：

ARM状态下的SWI指令编码格式，32位长度，其中24位是中断编号。

Thumb状态下的SWI指令编码格式，16位长度，其中低8位是中断编号。

为了在中断处理程序里面得到SWI指令的地址，可以利用LR寄存器。每当响应一次SWI的时候，处理器都会自动保存并调整LR寄存器，使里面的内容指向SWI下一条指令的地址，所以把LR里面的地址内容上溯一条指令就是所需的间隔不一样，如果进入SWI执行前是在ARM状态下，需要通过LR-4来获得SWI指令地址，如果是在Thumb状态下进入，则只有LR-2就可以了。

下面是一段提取SWI中断号码的例程：

MRS R0,SPSR;检查进入SWI响应前的状态

TST R0,#T_bit;是ARM还是Thumb?#T_bit=0x20

LDRNEH R0,[LR, #-2];是Thumb，读回SWI指令码

BICNE R0, R0, #0xff00;提取低8位

LDREQ R0, [LR, #-4];是ARM，读回SWI指令码

BICEQ R0, #ff000000;提取低24位;

寄存器R0中的内容是正确的软中断编号了。

3 FLASH的CFI接口简介

在编程时，软件由于需要支持多个厂家不同型号的FLASH，因此在对FLASH擦写操作时，我们采用CFI接口。

CFI(Common Flash Interface)是JEDEC制定的一个接口，用来帮助程序读取FLASH的制造商ID和设备ID，确定FLASH的大小，获得FLASH的各个物理特性，比如BLOCK的擦除时间等等。主要的功能是使得软件和硬件升级更加方便，不同厂家之间的硬件兼容性更好，可以实现底层硬件的互换。项目使用的FLASH命令定义列表如表1所示。

表1 NOR FLASH命令定义列表

4 实现方案

4.1 SWI实现接口程序

如图1所示，LPC2458内部的FLASH存放boot程序，外部的FLASH存放应用程序。在需要擦写外部FLASH时，由应用程序产生一个软中断，使程序跳到内部FLASH中运行。CPU不再从片外FLASH中取指令，因此可擦写片外FLASH。当软中断程序运行完毕后，程序又跳回片外FLASH中。

由于SWI软中断中传送参数比较麻烦，我们的SWI软中断程序仅返回处理函数的地址，获得地址后，重定义为函数地址指针的方法简化处理，使程序的可读性和维护性增强。

我们以FLASH的写函数举例说明采用SWI方式的流程。

　　//定义函数指针类型

　　typedef unsigned long (*FuncWR_t)(unsigned long, void *, unsigned long);

　　//定义写FLASH函数，调用软中断

　　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; //定义一个函数指针

　　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函数接口定义如下：

　　unsigned long NorFlash_Write(unsigned long StartAddr, unsigned short * DataPtr, unsigned long Count);

4.2 CFI接口实现

对于FLASH中采用CFI接口的编程实现，在网上有很多的源码可以参考，本文不再对此详述。以写FLASH为例，函数如下：

　　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 总结

本文以ARM7内核的LPC2458 MCU，采用软中断的方法实现片外FLASH在运行程序时，同时实现对此FLASH的写操作例程。详细描述了ARM7内核的MCU软中断程序的设计方法。希望能对使用ARM7内核、Cortex-M3/M4内核的MCU，实现软中断程序起到一个参考的作用。