Manejo de Interrupciones (NVIC)

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.

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: llego un byte, llego 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

void Timer_IRQ(void) {
    var_global++;      // incrementamos la variable global
    Timer_Clear_IRQ(); // 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) {
   }
}

Uso de volatile

la palabra reservada volatile antepuesta en la declaración de una variable, es de vital importancia dentro de un software que utilice interrupciones, este modificador o clasificador obliga al compilador a verificar el valor guardado en la memoria cada vez que es necesario valuar la variable "volatile" y no basarse en el valor ya cargado en el registro, esto significa suponer que puede existir otro proceso o en nuestro caso interrupción que puede modificar el valor.

Ejemplo

 while(1) {
           while(contador<1000);
           contador=0;
           Led_Color_Toggle(LED_2);
   }

La variable contador es modificada por una interrupción, es de suponer entonces que el bucle no va a ser infinito y que cuando la variable contador llegue a 1000, saldrá del bucle realizará una puesta a cero de la variable y luego un cambio de estado del led para volver a caer en la espera de que contador llegue a 1000 Se analiza ahora el resultado de compilar el código declarando previamente a contador como volatile

volatile int contador;

1a000314:       4c06            ldr     r4, [pc, #24]   ; (1a000330 <main+0x30>)
 while(1) {
        while(contador<1000);
1a00031a:       2600            movs    r6, #0
1a00031c:       4625            mov     r5, r4
1a00031e:       6823            ldr     r3, [r4, #0]                      
1a000320:       f5b3 7f7a       cmp.w   r3, #1000       ; 0x3e8
1a000324:       dbfb            blt.n   1a00031e <main+0x1e> 
           contador=0;
1a000328:       602e            str     r6, [r5, #0]
            Led_Color_Toggle(LED_2);
*1a000326:       2001            movs    r0, #1
1a00032a:       f000 f961       bl      1a0005f0 <Led_Color_Toggle>
 }
1a00032e:       e7f6            b.n     1a00031e <main+0x1e>
1a000330:       10000008        .word   0x10000008

ahora vemos el mismo programa pero sin declara volatile a la variable

int contador;

 1a000314:       4c07            ldr     r4, [pc, #28]   ; (1a000334 <main+0x34>)
  while(1) {
        while(contador<1000);
 1a00031a:       2600            movs    r6, #0
 1a00031c:       4625            mov     r5, r4
 1a00031e:       6823            ldr     r3, [r4, #0]
 1a000320:       f5b3 7f7a       cmp.w   r3, #1000       ; 0x3e8
 1a000324:       da00            bge.n   1a000328 <main+0x28>
 1a000326:       e7fe            b.n     1a000326 <main+0x26>  
            Led_Color_Toggle(LED_2);
 1a000328:       2001            movs    r0, #1
             contador=0;
 1a00032a:       602e            str     r6, [r5, #0]
 1a00032c:       f000 f962       bl      1a0005f4 <Led_Color_Toggle>