基于ZYNQ的中断的使用(1)

参考文献

[1]、V3学院
[2]、 judyzhong

项目简述

接触过单片机、ARM的同学应该都了解中断，因为这是保证CPU实时性的前提。学到这里的同学会不免发出疑惑，为什么FPGA没事有实时性的要求呢，因为FPGA本身就是并发执行，这也是其本身最重要的特性。ZYNQ中有两个CPU，又分为不同的中断类型，将在下面的文章中一一介绍。如果学不会中断，那么ZYNQ的学习将没有意义。

工程描述：运行ZYNQ的两个ARM核，利用ZYNQ的软中断，用CPU0中断CPU1，同时CPU1中断CPU0。

本次实验所用到的软硬件环境如下：
1、VIVADO 2019.1
2、米联客MZ7015FA开发板

ZYNQ中断描述

ZYNQ中的中断主要包括三种类型，如下：

从上面可以看出三种终端类型包括：
1.软件中断（SGI，Software generatedinterrupts，中断号0-15）（16–26 reserved） :被路由到一个或者两个CPU上，通过写ICDSGIR寄存器产生SGI.
2.私有外设中断（PPI，private peripheralinterrupts ，中断号27-31）:每个CPU都有一组PPI，包括全局定时器、私有看门狗定时器、私有定时器和来自PL的FIQ/IRQ.
3.共享外设中断（SPI，shared peripheralinterrupts，中断号32-95）:由PS和PL上的各种I/O控制器和存储器控制器产生，这些中断信号被路由到相应的CPU. 其中共享中断包括外设中断和PL中断

中断控制器（GIC，generic interrupt controller ）：用于集中管理从PS和PL产生的中断信号的资源集合。控制器可以使能、关使能、屏蔽中断源和改变中断源的优先级，并且会将中断送到对应的CPU中，CPU通过私有总线访问这些寄存器。

PL和PS之间的中断有：

两个CPU都具有各自16个软件中断，CPU可以中断自己，也可以中断其他CPU，上升沿触发，不可修改

CPU的私有中断，这些中断都是固定死的，不能修改：

共享中断就是一些端口共用一个中断请求线， PL部分有16个共享中断，他们的触发方式可以设置

这些中断的使用在接下来的文章中都会进行相应的讲解，本篇文章我们主要讲解软中断，软中断CPU可以中断自己，也可以中断其他CPU，上升沿触发，不可修改。

ZYNQ中断的整个注册流程如下，上面三种类型的中断都遵循下面的过程，只是稍许细节不一样，详细的情况可以观察我们下面给出的代码：

PL端设计

因为我们这篇文章主要讲解两个CPU之间的中断，那么关于PL侧的设计将没有什么重要设计，只需要例化相应的ZYNQ IP核，然后分配相应的DDR3即可。相应的Block Design如下：

PS端设计

这里因为要跑双核程序，那么就需要进行相应的设置，详细的设置可以观察博主的这篇文章基于ZYNQ的双核CPU之间的通信，注意这里的设置特别重要，否则ZYNQ的双核无法正常工作。

CPU0代码

这里我们废话不多说直接给出CPU0的代码：
这里使用了13,14软中断

#include <stdio.h>
#include "xscugic.h"
#include "xparameters.h"
#include "sleep.h"

#define GIC_ID XPAR_PS7_SCUGIC_0_DEVICE_ID
#define CPU0_SW_INTR 0x0d
#define CPU1_SW_INTR 0x0e

static XScuGic ScuGic;
static XScuGic_Config * ScuGicCfgPtr;

//initial gic & software intr
int initSwIntr();
//callback func
void cpu0IntrHandler(void * callbackref);


int main()
{
	int status;
	status = initSwIntr();
	if(status != XST_SUCCESS){
		return status;
	}

	while(1){
		usleep(100000);
		XScuGic_SoftwareIntr(&ScuGic,CPU1_SW_INTR,XSCUGIC_SPI_CPU1_MASK);
	}
    return 0;
}


int initSwIntr(){
	int status;
	Xil_ExceptionInit();
	ScuGicCfgPtr = XScuGic_LookupConfig(GIC_ID);
	status = XScuGic_CfgInitialize(&ScuGic,ScuGicCfgPtr,ScuGicCfgPtr->CpuBaseAddress);
	if(status != XST_SUCCESS){
		return status;
	}
	Xil_ExceptionRegisterHandler(XIL_EXCEPTION_ID_INT,(Xil_ExceptionHandler)XScuGic_InterruptHandler,&ScuGic);
	status = XScuGic_Connect(&ScuGic,CPU0_SW_INTR,(Xil_ExceptionHandler)cpu0IntrHandler,&ScuGic);
	if(status != XST_SUCCESS){
			return status;
	}
	XScuGic_Enable(&ScuGic,CPU0_SW_INTR);
	Xil_ExceptionEnable();
	return XST_SUCCESS;
}


void cpu0IntrHandler(void * callbackref){
	printf("cpu1 interrupt cpu0 success! \n\r");
}

这里需要特别注意软中断的触发函数：

第二个参数是软中断编号，第三个参数是CPU编号。

CPU1代码

CPU1的代码如下：

#include <stdio.h>
#include "xscugic.h"
#include "xparameters.h"
#include "sleep.h"

#define GIC_ID XPAR_PS7_SCUGIC_0_DEVICE_ID
#define CPU0_SW_INTR 0x0d
#define CPU1_SW_INTR 0x0e

static XScuGic ScuGic;
static XScuGic_Config * ScuGicCfgPtr;

//initial gic & software intr
int initSwIntr();
//callback func
void cpu1IntrHandler(void * callbackref);

int main()
{
		int status;
		status = initSwIntr();
		if(status != XST_SUCCESS){
			return status;
		}
		while(1){
			XScuGic_SoftwareIntr(&ScuGic,CPU0_SW_INTR,XSCUGIC_SPI_CPU0_MASK);
			usleep(100000);
		}

    return 0;
}

int initSwIntr(){
	int status;
	Xil_ExceptionInit();
	ScuGicCfgPtr = XScuGic_LookupConfig(GIC_ID);
	status = XScuGic_CfgInitialize(&ScuGic,ScuGicCfgPtr,ScuGicCfgPtr->CpuBaseAddress);
	if(status != XST_SUCCESS){
		return status;
	}
	Xil_ExceptionRegisterHandler(XIL_EXCEPTION_ID_INT,(Xil_ExceptionHandler)XScuGic_InterruptHandler,&ScuGic);
	status = XScuGic_Connect(&ScuGic,CPU1_SW_INTR,(Xil_ExceptionHandler)cpu1IntrHandler,&ScuGic);
	if(status != XST_SUCCESS){
			return status;
	}
	XScuGic_Enable(&ScuGic,CPU1_SW_INTR);
	Xil_ExceptionEnable();
	return XST_SUCCESS;
}


void cpu1IntrHandler(void * callbackref){
	printf("cpu0 interrupt cpu1 success! \n\r");
}

这里特别提醒何为中断，中断的频率肯定不会太高，因为那样就不是中断了，当频率特别高的时候中断会因为响应不及时而出现错误。

测试结果

我们将代码进行双核运行的必要控制，并且下板可以观察到如下现象：

从上面的实验结果我们可以看出我们的软中断实验成功执行，进而验证了我们实验的正确性。

总结

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