وقفه ، حالتی است که باعث متوقف شدن یک برنامه به صورت موقت می شود ، که خود توسط یک برنامه دیگر فعال می گردد .
وقفه ها نقش مهمی در طراحی و پیاده سازی کاربردهای میکروکنترل دارند ; اما می تواند اجرای یک برنامه به یک درخواست دیگر نیز پاسخ دهد .
نباید تصور کنیم که سیستم دارای وقفه ، می تواند بسیاری از کارها را همزمان انجام دهد .
البته ، CPU نمی تواند در هر لحظه بیش از یک دستور العمل را اجرا کند ; دستور العمل دیگر را اجرا کند و مجدداٌ به دستور اول باز گردد .در هر صورت ، این عمل شبیه یک زیروال است .
CPU برنامه دیگر – زیروال – را اجرا کند و مجدداٌ به دستور اول باز گردد .
در هر صورت ،این عمل شبیه یک زیروال است .
CPU برنامه دیگر – زیروال – را اجرا کرده و سپس به برنامه اصلی بر می گردد .
شبیه یک زیروال است .تفاوتی که در یک سیستم راه اندازی شده با وقفه وجود دارد ، این است که وقفه پاسخی به یک [اتفاق] است که به طور غیر همزمان با برنامه اصلی به وقوع می پیوندد و حالتی نیست ه برنامه اصلی مورد وقفه قرار میگیرد .
برنامه ای که مربوط به وقفه می شود یک روال سرویس وقفه (ISR) یا گرداننده وقفه نامیده می شود ISR در پاسخ به یکوقفه عمل کرده و معمولاٌ عملیات ورودی یا خروجی را برای یک دستگاه انجام می دهد .
هنگام وقوع وقفه، اجرای برنامه اصلی متوقف شده و به ISR انشعاب صورت می گیرد ; ISR اجرامی شود و با دستورالعمل [برگشت از وقفه] پایان می پذیرد و برنامه اصلی ادامه می یابد .
معمولاٌ برنامه اصلی سطح پایه و ISR سطح وقفه نامیده می شود .
اصطلاحات اصلی (سطح پایه ) و فرعی (سطح وقفه) نیزمورد استفاده قرار می گیند .
در شکل 1-6 قسمت (الف) ، اجرای برنامه بدون وقفه ، و در قسمت (ب) اجرای سطح پای ، در صورت وقوع وقفه اجرای ISR ها در سطح وقفه ، به نمایش در آمده است .
ورود اطلاعات توسط صفحه کلید ، نمونه ای از یک اجاق مایکروویو را در نظر بگیرید .
برنامه اولیه(اصلی) ممکن است عنصر تغذیه مایکروویو را برای پخت ، و کاهش یا افزایش زمان پخت راکنترل کند .
هنگامی که کاربر کلیدی فشار دهد یک وقفه تولید می شود ، (سیگنالی که می تواند از سطح پائین به بالا رود ) و برنامه اصلی مورد وقفه قرار می گیرد ، ISR کدهای صفحه کلید را می خواند و شرایط پخت را مطابق با آن تغییر می دهد و با برگشت به برنامه اصلی خاتمه می یابد و اجرای برنامه اصلی ادامه پیدا می کند .
نکته مهم در این مثال این است که ورودی توسط شخص بطور [ غیر همزمان ] صورت می گیرد ، یعنی زمان وقوع آنتوسط نرم افزار راه انداز سیستم قابل کنترل و پیش بینی نیست .
این یک وقفه است .
2- سازمان وقفه 8051
در 8051 ، پنج منبع وقفه وجود دارد : دو وقفه خارجی ، دو وقفه تابمر و یک وقفه درگاه سریال .
در 8052 ، وقفه دیگیر نیز برای تایمری دیگر ، پیش بینی شده است .
هنگام راه اندازی مجدد سیستم همه وقفه ها غیر فعال یشده و بطور جداگانه توسط نرم افزار فعال می گردند .
در صورت وقوع همزمان دو وقفه یاوقوع وقفه در صورتی که وقفه دیگری در حال اجراست ، دو سطح تقدم برای آنها در نظر گرفته می شود .
توالی اجرا ثابت ، اما تقدم وقفه ها قابل برنامه ریزی ی باشد.
اکنون چگونگی فعال و غیر فعال کردن وقفه ها را بررسی می کنیم .
1-2- فعال و غیر فعال کردن وقفه
هر یک از منابع مقفه به طور مجزا ، از طریق بیت آدرس پذیر مخصوص ، توسط ثبات IE (فعال کننده وقفه ) و آدرس 0A8H فعال یا غیر فعال می شوند .
علاوه بر بیتهای فعال کننده خاص برای هر منبع وقفه ، یک بیت فعال کننده / غیر فعال کننده کلی نیز وجود دارد که پاک شدن آن کلیه وقفه ها غیر فعال شده و می توانند با 1 شدن آن ، مجدداٌ فعال شوند .
(جدول 1) را ببینید )
برای فعال کردن هر وقفه ، دو بیت باید 1 شوند : بیت فعال کنندهخاص و بیت کلی .
بطور مثال تایمر 1 وقفه ها ، به صورت زیر فعال می شود :
SETB ET 1 ;ENABLE Timer 1 INTERRUPT
SETB EA ; SET GLOBAL ENABLE BIT
این عمل را می توان با دستور زیر نیز انجام داد :
MOV IE,#10001000B
MOV IE,#10001000B جدول 1 خلاص ثبات IE (فعال کننده وقفه) اگر چه این دو روش ، دقیقاٌ همان اثر راه اندازی مجدد سیستم را دارند ، اگر IE را در وسط برنامه ، به صورت متعلق [معلق] برنامه ریزی کنیم ، اثر متفاوتی در برخواهد داشت .
روش اول تأثیری بر پنج بیت دیگر ثبات IE ندارد ، در حالی که روش دوم بوضوح بیتهای دیگر را پاک می کند .
بهتر است که در شروع برنامه IE را با دستور "MOVE BYTE" مقدار دهی کنیم ، ( یعنی به دنیال تغذیه یا reset( کردن سیستم ) اما برای فعال و غیر فعال کردن وقفه های به ثورت معلق داخل برنامه ، باید از دستورهای Set bit و Clear bit استفاده کرد تا روی بیتهای دیگر ثبات IE تأثیری نداشته باشد .
2-2- تقدیم وقفه هر منبع وقفه در یکی از دو طریق بیت آدرس پذیر مخصوصی در ثبات IP (تقدیم وقفه) در آدرس 0b8h برنامه ریزی می شود ( جدول 2 را ببینید ) پس از راه اندازی مجدد سیستم IP پاک شده و همه وقفه ها در سطح تقدم پایین به صورت پیش فرض قرار می یگرند .
نظریه تقدیم این امکان را می دهد که وقفه ها بر اساس تقدم بالاتر ، توسط ISR سرویس شوند .
در 8051 این امر به آسانی انجام می شود ، چون تنها دو سطح تقدیم وجود دارد .
چنانچه هنگام سرویس دهی به یک وقفه یا تقدم پائین ، وقفه ای با تقدم بالاترروی دهد ، توسط ISR مورد پذیرش قرار می یگرد ، ولی یک وقفه با تقدم بالاتر مورد وقفه قرار نمی گیرد .
برنامه اصلی ، در سطح پایه اجرا شده و با هیچ وقفه ای همراه نیست ، و همواره می تواند بدون توجه به تقدم وقفه ها مرد وقفه واقه شود .
در صورت روی دادن همزمان دووقفه با تقدمهای متفاوت ، ابتدا وقفه با تقدم بالاتر سرویس دهی می شود .
جدول 2 خلاصه ثبات IP (تقدم وقفه ) 3-2 ترتیب اجرا اگر دو وقفه با یک تقدم ، هممان اتفاق بیفتند ، یک ترتیب اجرای ثابت نوبت سرویس دهی هرکدام از آنها تعیین می کد .
ترتیب اجرا : 0 خارجی ، تایمر 0;1 خارجی ، تایمر1; درگاه سریال ، و تایمر 2 می باشد .
شکل 2 ، پنج منبع وقه ، فرایند فعال کرد کلی و خاص ، ترتیب اجرا ، و سطوحتقدیم را شرح می دهد .
حالت همه منابعوقفه از طریق بیتهای پرچم در SFR ها قابل دستیابی است .
البته اگر وقفه ای غیر فعال شده باشد ، اتفاق نخواهد افتاد ، اما نرم افزار باز هم پرچم وقفه را تست می کند .
مثالهایدرگاه سریال و تایمر در دو فصل اخیر بدون استفاده واقعی از وقفه ها ، بطوروسیع از پرچمهای وقفه بهره بردند .
یک وقفه درگا سریال ناشی از OR منطقی دریافت وقفه (RI) یا ارسل وقفه (TI) می باشد همچنین وقفه های تایمر2 با سرریز تایمر (TF2) یا پرچم ورودی خارجی (EXF2) توید می شوند .
بیتهای پرچم که مقفه ها را تولید می کنند ، در جدول 3-6 خلاصه شده اند .
3-6 وقفه های پردازنده هنگام وقوع یک وقفه و پذیرش آن توسط CPU ، برنامه اصلی مورد وقفه قرار می یگرد واعمال زیر انجام می شوند : اجرای دستورالعمل فعالی کامل می شود .
PC در پشته ذخیره می شود .
وضعیت وقفه جاری بطور داخلی ذخیره می شود .
وقفه های.
مسطح با این وقفه متوقف میشوند .
PCبا آدرس برداری ISR بار می شود .
ISR اجرا می شود .
جدول 3 بیتهای پرچم وقفه اجرای ISR ، پاسخگویی به وقفه است ، و با دستورالعمل RETI (برگشت از وقفه) خاتمه می یابد.
با انجام این عمل مقدار قبلی PC از پشته بازیابی شده و وضعیت قبلی نیز ذخیره می گردد .
اجرای برنامه اصلی پس از وقفه ادامه می‌یابد .
بردارهای وقفه هنگامی که یک وقفه مورد پذیرش قرار می گیرد ، عدد بار شده در PC بردار وقفه نامیده می شود ; که در واقع آدرس شروع ISR برای منبع وقفه است .
بردارهای وقفه در جدول 4-6 ارائه شده اند .
بردار reset سیستم (RST در آدرس 0000H ) نیر در جدول آمده است .
از آن جا که این حالت مانند یک وقفه است ، برنامه اصلی رامورد وقفه قرار داده و PC را با مقدار بار می کند .
هنگام " بردار کردن یک وقفه " پرچمیکه باعث وقه می شود ، بطور خودکار توسط سخت افزار پرک می گردد .
RI و TI برای وقفه های درگاه سریال و TF2 و EXF2 برای وقفه های تایمر2 ، از این امر مستثنا هستند .
چون برای هر یک از یوقفه ها دو منبع وجود دارد ، پاک کردن پرچم وقفه توسط CPU عملی نیست .
این بیتها باید در ISR برای تعیین منبع وقفه ، آزمایش شوند ؛ و سپس پرچم وقفه دهند توسط نرم افزار پاک می شود .
معمولاٌ با توجه به مبنع وقفه انشعابی به عملیاتی مناسب صورت می گیرد .
چون بردارهای وقفه در انتهای حافظه کد هستند ، اولین دستورالعمل بر نامه اصلی غالباٌ یک پرش از رویناحیه حافظه ، مانند LJMP 0030H می باشد .
جدول 4 بردارهای وقفه 4- طراحی برنامه با استفاده از وقفه ها در مثالهای فصل 3و 4 از وقفه ها استفاده نشد ، حلقه های انتظاربرای تست پرچمهای سرریژ تایمر (TF0 ، TF1 یا TF2 ) یا پرچمهای دریافت و ارسال درگاه سریال (T1 یا RI ) ، به طور گسترده ای بکار رفتند .
مشکل این روش اسن است که تمامی وقت CPU صرف تست پرچمهایی که باید 1 شوند ، می گردد .
این امر هنگامی که در مقاصد کنترلی ، میکروکنترل باید دستگاههای ورودی وخروجی زیادی را بطور همزمان کنترل کند ، مناسب نیست .
در این بخش ، مثالهایی برای تشریح عملیروشهای پیاده سازی نرم افزار برای مقاصد کمترلی ، ارائه می شوند .
نکته اصلی ، وقفه است .
اگرچه مثالها لزوماٌ بزرگ نیستند ، اما پیچیده می باشند و برای شرح انها قدم به قدم حرکت خواهیم کرد .
به خواننده توصیه می کنیم که مثالها را به آرامی مطالعه کرده و نرم افزار را بادقت زیاد بررسی کند .
پیچیده ترین خطاها در طراحی سیستم غالباٌبا وقفه ها در ارتباط می باشند و جزئیات باید بدرستی درک شوند .
چون ما از وقفه ها استفاده می کنیم ، مثالها کامل و خود کفا خواهند بود .
هر برنامه ، با این فرض که پس از reset شدن سیستم اجرای آن شروع می شود ، از آدرس 0000H آغاز می شود .
این برنامه ها برای مقاصد کاملاٌ جدید و تاز در ROM یا EPROM ذخیره می شوند .
قالب پیشنهادی برای یک برنامه خد کفا با استفاده از وقفه ها ، در زیر نشان داده شده است : ORG 0000ا ;RESET ENTRY POINT LJMP .
;ISR ENTRY POINTS .
ORG 0030H ; PROGRAM ENTY POINT : .
; MAIN PROGRAM BEGINS .
.
اولیت دستور ، مطابق جدول 4-6 به آدرس 0030H ، درست بالای محل برداری که ISR ها می شوند ، پرش می کند .
چنانچه در شکل 3-6 نشان داده شده است ، برنامه اصلی از آدرس 0030H شروع می شود .
1-4- رولهای سرویس وقفه کوچک روالهای سرویس وقفه باید از انتهای حافظه در آدرسهای نشان داده شده در جدول 4-6 شروع شوند اگرچه بین نقطه ورود هر یک از وقفه ها ، فقط هشت یاب وجوددارد ، این مقدار حافظه غالباٌ برای انجام عملیات مناسب و بازگشت از از ISR به برنامه اصلی ، کافی است .
اگر تنهااز یک منبع وقفه استفاده شود ، مثلاٌ تایمر 0 ، بایدقالب زیر را به کار برد : ORG 0000H ;RESET LJMP ORG 000BH ;Timer 0 ENTRY POINT TOTSR .
;Timer 0 ISR BEGINS .
RETI ;RETURN TO MAIN PROGRAM .
اگر وقفه ها بیشتر باشند ، باید از شروع شدن آنها از محل صحیح ( جدول 4-6را ملاحظه کنید ) که باعث راه اندازی مجدد ISR بعدی نشود ، اطمینان حصل کرد، چون در مثال بالا از یک وقفه استفاده شد است ، پس از دستورالعمل RETI برنامه اصلی فوراٌ شروع می