stm32和Zynq的中断抢占机制

stm32和Zynq都支持中断抢占,但它们的实现机制和细节有所不同。

1. STM32 (基于ARM Cortex-M内核)

STM32微控制器普遍采用ARM Cortex-M系列内核(如M0, M3, M4, M7等),其嵌套向量中断控制器(NVIC)提供了非常强大和灵活的中断管理功能,包括硬件级别的中断抢占。

  1. 优先级配置

    • NVIC中的每个中断源都可以被分配一个可编程的优先级。
    • 优先级数值越小 ,优先级越高。优先级0是最高优先级。
    • STM32允许你将优先级寄存器分成抢占优先级子优先级 两个字段。这是通过NVIC_SetPriorityGrouping()函数或修改SCB->AIRCR寄存器来配置的。
  2. 抢占机制

    • 当处理器正在执行一个中断服务程序(ISR)时 ,如果一个更高抢占优先级 的中断发生,那么当前正在处理的低优先级中断会被挂起,处理器会立即转去执行更高优先级的ISR。
    • 等高优先级ISR执行完毕后,处理器再返回到被挂起的低优先级ISR继续执行。
    • 子优先级 不能决定抢占。它只在多个相同抢占优先级的中断同时等待处理时,决定先执行哪一个。它不能打断正在执行的同抢占优先级的ISR。

2. Zynq-7000 SoC

Zynq芯片分为处理系统(PS)和可编程逻辑(PL)两大部分。其中断系统更为复杂,但PS端的ARM Cortex-A9双核处理器也完全支持中断抢占。

  1. 通用中断控制器(GIC)

    • Zynq的PS端包含一个ARM标准的GIC-400控制器。它负责管理所有中断源,包括PS内部的中断(如定时器、GPIO)和从PL传来的中断。
    • 与Cortex-M的NVIC类似,GIC也为每个中断源提供了可编程的优先级。
  2. 抢占机制

    • GIC的中断优先级机制与Cortex-M的NVIC概念相似
    • 每个中断源都有一个8位的优先级字段,同样数值越小,优先级越高
    • 当一个高优先级中断到来时,它可以抢占当前正在处理的低优先级中断。
    • Cortex-A9内核在硬件上支持这种中断嵌套。
  3. 特殊考虑

    • CPU模式 :Cortex-A9有IRQ和FIQ两种中断模式。FIQ的优先级高于IRQ。这意味着一个被配置为触发FIQ的中断,总是可以抢占任何正在处理的IRQ中断(除非中断被全局屏蔽)。这提供了另一层抢占策略。
    • 软件复杂度:在像Linux这样的成熟操作系统中,中断处理分为顶半部(快速、屏蔽中断)和底半部(可延迟)。抢占行为会受到内核驱动程序编写方式的影响。但在裸机或RTOS环境下,可以像在STM32上一样直接管理GIC,实现完全的中断抢占。
    • 中断源:中断可能来自PS内部(如私有定时器),也可能来自您自己在PL中设计的IP核。对于PL来的中断,需要在Vivado中正确连接并分配中断号,然后在PS端通过GIC配置其优先级和触发方式。

3. 对比总结

特性 STM32 (Cortex-M) Zynq PS (Cortex-A9)
中断控制器 NVIC GIC-400
是否支持抢占
优先级规则 数值越小,优先级越高 数值越小,优先级越高
优先级配置 分组(抢占优先级/子优先级) 每个中断源独立优先级寄存器
特殊模式 支持IRQ和FIQ,FIQ优先级最高
典型应用环境 裸机、RTOS (FreeRTOS, etc.) 裸机、RTOS、Linux等完整OS
复杂度 相对简单,直截了当 更复杂,功能更强大
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