Manejo de Interrupciones

En un sistema con microprocesador, un evento de hardware ocurre en general de manera asicronica con respecto a el software que se está corriendo, en la mayoría de los casos es inviable determinar en que lugar del programa ocurrirá tal evento, a pesar de ello ocurren y deben ser atendido muchas veces con una baja latencia (tiempo transcurrido entre el evento y la ejecución del software que lo atiende).

Surgen dos opciones para tratar estos problemas.

Manejo de eventos por "polling" o "sondeo"

Se realiza constantemente consultas al dispositivo para determinar si ocurrió un evento, este acceso al hardware degrada el sistema, debido a las latencias que puede haber en las respuestas o simplemente por la propio código de consulta que debe ser repetido constantemente.

Fue la primera solución a eventos asíncronos que podían ocurrir en el sistema.

Manejo de eventos por interrupción

En el contexto de un sistema con microprocesador, la interrupción es un proceso por el cual ante un evento de un determinado periférico, se suspende momentáneamente la ejecución del programa principal del sistema, para ejecutar un código especifico que atienda dicho evento.

La interrupción se realiza mediante una señal que emite el periférico y que es recibida por un controlador de interrupción, el cual realiza la interrupción del proceso en ejecución dentro del micro y su posterior cambio a el código especifico.

Interrupción en el Cortex M4

Nested Vectored Interrupt Controller (NVIC) o Controlador de interrupciones vectorizadas anidadas, es el controlador encargado del manejo de interrupciones del Cortex-M4 Este controlador tiene la particularidad de permitir asociar cada interrupciones del microcontrolador con una dirección de memoria (vector) donde se encuentra la subrutina que atenderá dicha interrupción, permitiendo una respuesta rápida (baja latencia) ante un evento.

Registros de la NVIC

Vectores de Interrupción

Es un vector que contiene la dirección de memoria de la rutina para atender cada uno de las posibles interrupciones, depende específicamente del microcontrolador, debido a que los periféricos que posea serán los listados en este vector.

Ejemplo de los primeros 17 vectores en los micros de las familia LPC43xx

La configuración de la interrupción requiere de los siguientes pasos

Configuración del Periférico

Además de configurar el periférico para su funcionamiento de acuerdo a los requerimientos de la aplicación, se debe definir cuales y cuantos eventos del mismo generarán interrupción, debido a que en general estos periféricos generan mas de un evento. Podemos citar por ejemplo la UART, este periférico generalmente se atiende por interrupción, por tener eventos asíncrono y relativamente lento (configurado a 9600 baudios significa que se recibe o se transmite 1 byte cada aprox. 1 ms o 2x10^5 instrucciones en un micro de 200MHz).

Este periférico puede generar interrupciones cuando:

• llegó un byte.
• llegó el byte nro n (para un n predefinido).
• Se terminó de enviar un byte.
• La cola de envíos esta vacía.
• Se detectó un error de trama.
• etc.

Se debe evaluar entonces al momento de configurar el dispositivo cuales eventos generará interrupciones y cuales no.

Configuración de la NVIC

Una vez definido el periférico, debe configurarse el controlador de interrupciones para que efectivamente atienda a la interrupción, si es requerido en este paso se define además la prioridad, la NVIC permite hasta 255 niveles de prioridad siendo el 0 la mas alta, bajando la prioridad cuando subimos el valor.

Vector de Interrupción

Una vez configurado el periférico y luego la NVIC, solo resta programar la función que atenderá la interrupción, esta función se escribe de manera análoga a una función estándar con la diferencia que debe cargarse la dirección de la misma en el vector de interrupciones.

Ejemplo

A continuación se realiza un ejemplo de interrupción, el mismo implementa un retardo de "N" ms para ser utilizado como una retardo mas preciso que un simple bucle. El funcionamiento del mismo será el siguiente:

Se utiliza el periférico Repetitive Interrupt Timer (RIT), es un contador muy sencillo que permite realizar cuentas o interrupciones a intervalos definidos sin la necesidad de utilizar los contadores generales que dispone el micro. Se configura este timer para que cuente hasta un valor determinado que implicará un retardo de 1 ms generando una interrupción, dentro de la misma se incrementa una variable global, luego se realizará una función retardo que simplemente colocará a 0 la variable global y un bucle esperará que esa variable se incremente al valor deseado, generando "N" x 1ms = "N" ms de retardo

Configuración del periférico y NVIC

Habilitar el periférico

Chip_RIT_Init(LPC_RITIMER);

Función de la LPCOpen que configura el periférico para que cuente 1 ms, esta función realiza el cálculo de acuerdo a la frecuencia en que funciona el micro para que la cuenta dé aproximadamente los milisegundos enviados en el 2do parámetro

Chip_RIT_SetTimerInterval(LPC_RITIMER,1);

Por último deberíamos configurar el periférico para que el mismo genere interrupción por un evento dado, en el caso particular de RIT, la única interrupción que puede generar es por llegar a la cuenta, por ello no posee configuración de interrupción, la sola habilitación del periférico dentro de la NVIC, ya lo habilita a generar interrupciones.

Antes de concluir la inicialización, se borra la bandera de interrupción

Chip_RIT_ClearInt(LPC_RITIMER);

Finalmente se habilita el periférico en la NVIC, Cada periférico tiene asignado un nro dentro de la tabla de vectores de interrupción, en el caso del RIT le corresponde la posición nro 11.

NVIC_EnableIRQ(11);

Vector de Interrupción

En primer lugar se debe realizar la función que atienda a la interrupción, en el caso del ejemplo podemos llamar a la función que atiende a RIT como Timer_IRQ y se codificará de la siguiente manera

volatile int var_global=0;      // variable global

void Timer_IRQ(void) {
    var_global++;      // incrementamos la variable global
    Chip_RIT_ClearInt(LPC_RITIMER); // borramos la bandera de interrupción
}

Esta función puede ser escrita en una archivo separado del vector.c, para este caso, se deberá escribir el prototipo de la funcion en el .h correspondiente y luego ese .h ser incluido en el archivo que posee el vector de interrupciones (vector.c), este archivo que acompaña a cada proyecto, en el mismo se encuentra el vector de interrupciones ya inicializado con las funciones para atender las interrupciones principales (15 en total) para luego continuar con los vectores de los periféricos o interrupciones de usuario apuntando todos a la función genérica ISR_NoHandler() Localizada el nro de interrupción (11 en el ejemplo), se debe modificar del nombre genérico ISR_NoHandler al nombre de la función asignada en el ejemplo Timer_IRQ Quedando de la siguiente forma

   ISR_NoHandler,      /* 0x17 0x0000005C - No Handler set for ISR LCD (IRQ 7) */
   ISR_NoHandler,      /* 0x18 0x00000060 - No Handler set for ISR USB0 (IRQ 8) */
   ISR_NoHandler,      /* 0x19 0x00000064 - No Handler set for ISR USB1 (IRQ 9) */
   ISR_NoHandler,      /* 0x1a 0x00000068 - No Handler set for ISR SCT (IRQ 10) */
   Timer_IRQ,      /* 0x1b 0x0000006C - No Handler set for ISR RIT (IRQ 11) */
   ISR_NoHandler,      /* 0x1c 0x00000070 - No Handler set for ISR TIMER0 (IRQ 12) */
   ISR_NoHandler,      /* 0x1d 0x00000074 - No Handler set for ISR TIMER1 (IRQ 13) */
   ISR_NoHandler,      /* 0x1e 0x00000078 - No Handler set for ISR TIMER2 (IRQ 14) */

Finalmente se puede definir la función retardo como sigue:

void retardo(int ms)
{
   var_global=0;
   while(var_global<=ms) {
   }
}