近幾年來，隨著后PC時(shí)代的來臨,，具有簡(jiǎn)潔,、高效等特點(diǎn)的嵌入式系統(tǒng)得到了飛速的發(fā)展。嵌入式技術(shù)發(fā)展到今天已將各種計(jì)算機(jī)技術(shù)多層次,、多方面的交叉融合在了一起,。嵌入式系統(tǒng)加快了工業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)程，降低了開發(fā)成本及其風(fēng)險(xiǎn),，使用簡(jiǎn)便,，擴(kuò)展靈活，高效精簡(jiǎn),，可方便地應(yīng)用于各工業(yè)領(lǐng)域,。 中斷請(qǐng)求采用邊沿觸發(fā)來進(jìn)行中斷檢測(cè)，通過將信號(hào)送到特定的引線來檢測(cè)中斷。每條引線對(duì)應(yīng)一個(gè)可能的硬件中斷,，因?yàn)橄到y(tǒng)不能辨認(rèn)哪個(gè)設(shè)備使用中斷線,，所以當(dāng)多個(gè)1個(gè)的設(shè)備被設(shè)置成使用同一個(gè)特定中斷時(shí)就產(chǎn)生了混亂。中斷產(chǎn)生時(shí),，由專用的中斷程序接管系統(tǒng),，首先把所有的CPU寄存器內(nèi)容保存到堆棧里，并引導(dǎo)系統(tǒng)指向中斷向量表,。在中斷程序執(zhí)行后的一段時(shí)間中,，中斷控制軟件把堆棧內(nèi)容返回給寄存器，系統(tǒng)恢復(fù)中斷發(fā)生之前 的狀態(tài),。如此段時(shí)間中又有中斷請(qǐng)求,，將造成中斷的設(shè)備判斷混亂，從而會(huì)造成中斷沖突,、丟失,，甚至使得設(shè)置無法正常工作。因此,，每個(gè)中斷通常被分配給單一的設(shè)備,，使中斷無法共享。 傳統(tǒng)方法中,，擴(kuò)展多個(gè)串行口是利用多個(gè)中斷源,；但在嵌入式系統(tǒng)中，花費(fèi)大量的中斷源來擴(kuò)展串口無疑是大量的資源浪費(fèi),。針對(duì)這種情況,，為了節(jié)省緊張的系統(tǒng)資源，本文提出一種實(shí)現(xiàn)高效多串口中斷方案,，可以利用單一的中斷源來管理多個(gè)擴(kuò)展串口,，并保證多個(gè)串口中斷的無漏檢測(cè)與服務(wù)。

　　1 總體設(shè)計(jì)方案

　　基本原理結(jié)構(gòu)如圖1所示,。RS232串口通過驅(qū)動(dòng)芯片MAX202轉(zhuǎn)換成TTL電平,，通過串口異步通信器件16C554輸出中斷請(qǐng)求，通過或門獲得多個(gè)串口的中斷請(qǐng)求INTREQ,，再通過CPLD與中斷控制器相連接,。中斷線INTREQ通過CPLD主要是在CPLD中做了一個(gè)1位的控制寄存器INTEN，用作中斷允許控制位,，并且根據(jù)16C554的中斷請(qǐng)求INTREQ和INTEN的狀態(tài)來最終生成DLY_IRQ,，向CPU發(fā)出請(qǐng)求。CPU實(shí)時(shí)響應(yīng)中斷請(qǐng)求DLY_IRQ,。在中斷服務(wù)過程中,，CPU按順序逐個(gè)檢查多個(gè)擴(kuò)展的串口中斷源,，有中斷請(qǐng)求的就給予服務(wù)。當(dāng)剛剛檢查過的中斷又出現(xiàn)時(shí),，一方面靠CPLD中的一位寄存器INTREQ鎖存,；另一方面，當(dāng)上一中斷服務(wù)完畢時(shí),，CPLD中的8位狀態(tài)機(jī)保證了一定時(shí)間的延遲,。此延時(shí)中，中斷控制把堆棧內(nèi)容返回給CPU寄存器,，恢復(fù)能獲得響應(yīng),。這樣，即使在多個(gè)串口中斷密集發(fā)生的環(huán)境下,，擴(kuò)展的多個(gè)串行口仍可獲得實(shí)時(shí)性和可靠性較高的中斷響應(yīng)。 
 

        2 硬件實(shí)現(xiàn)

　?。?）MAX202 Maxim公司的MAX202芯片是標(biāo)準(zhǔn)的RS232電平轉(zhuǎn)換器,，是符合RS232通信標(biāo)準(zhǔn)的接口芯片；功耗低,，集成度高,，只用單一5V電源，每片有2個(gè)驅(qū)動(dòng)器和2個(gè)接收器,，具有2組接收和發(fā)送通道,；全部接口電路簡(jiǎn)單，可靠性高,，可實(shí)現(xiàn)TTL電平和RS232電平的直接轉(zhuǎn)換,。

　　（2）16C554 16C554是集成異步通信元件,。在FIFO模式,，傳輸和接收前數(shù)據(jù)緩沖為16字節(jié)數(shù)據(jù)包，減了CPU的中斷數(shù)量,。包含4個(gè)改良16C550異步傳輸器件,，使得串行I/O更加可靠。每個(gè)信道實(shí)現(xiàn)串行和并行2種連接方式的轉(zhuǎn)換,；每個(gè)信道的狀態(tài)可以通過CPU的操作讀取,，可以獲取操作情況或任何的錯(cuò)誤狀態(tài)。三態(tài)輸出為雙向數(shù)據(jù)總線和控制總線提供TTL驅(qū)動(dòng)能力,、優(yōu)先級(jí)中斷系統(tǒng)控制,、可編程的串行接口特性。
 
        （3）8259A 8259A是可編程的中斷控制芯片,。每塊芯片可管理8級(jí)向量中斷,，  具有8條中斷請(qǐng)求輸入線IRQ0～I(xiàn)RQ7,，1條外中斷請(qǐng)求輸出線；具有4種主要工作方式,，即全嵌套,、循環(huán)優(yōu)先級(jí)、特定屏蔽和程序查詢方式,；同時(shí),，還有4種從屬工作方式，即結(jié)束中斷,、讀狀態(tài),、中斷請(qǐng)求觸發(fā)和數(shù)據(jù)緩沖方式。這些工作方式可以通過初始化命令字寄存器來實(shí)現(xiàn),。采用全嵌套方式時(shí),，芯片初始化后不必設(shè)置操作命令字。中斷請(qǐng)求優(yōu)先級(jí)是固定的：0級(jí)最高,；7級(jí)最低,。接受的8個(gè)中斷請(qǐng)求信號(hào)為邊沿觸發(fā)。設(shè)定0級(jí)請(qǐng)求對(duì)應(yīng)中斷號(hào)為8,，直至7級(jí)請(qǐng)求中斷號(hào)為0FH,。單片工作時(shí)，實(shí)際使用020H和021H兩個(gè)端口,。經(jīng)過中斷優(yōu)先級(jí)分析器選中的當(dāng)前請(qǐng)求的中斷優(yōu)先級(jí),。其相應(yīng)的中斷服務(wù)寄存器ISR位被置1，一直保持到中斷服務(wù)程序在返回前發(fā)中斷結(jié)束命令為止,。在ISR置位期間,，禁止同級(jí)或較低級(jí)的中斷響應(yīng)，開放較高級(jí)的中斷請(qǐng)求,。

　?。?）CPLD的編程 嵌入式系統(tǒng)都有靈活性的要求。因此,，本系統(tǒng)選用了Lattice ispLSI系列產(chǎn)品,，以適應(yīng)不斷擴(kuò)展或開發(fā)新的產(chǎn)品以及1個(gè)硬件平臺(tái)上多個(gè)品種的實(shí)現(xiàn)。使用可編程邏輯器件CPLD,，有利于在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行后對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行修改,、調(diào)試、升級(jí)等,。Lattice是帶有在系統(tǒng)可編程（ISP）功能的可編程邏輯器件,，即

不需要重新修改PCB即可修改原有設(shè)計(jì)。
 
      ①在CPLD中設(shè)計(jì)1位寄存器INTEN原理圖如圖2所示,。地址總線A對(duì)應(yīng)INTEN的口地址,，數(shù)據(jù)線D[0]對(duì)應(yīng)INTEN的數(shù)據(jù),，數(shù)據(jù)在L的上升沿鎖定。

　?、谠贑PLD中設(shè)計(jì)一個(gè)8位狀態(tài)機(jī),。狀態(tài)機(jī)由XCLK驅(qū)動(dòng)，XCLK通過分頻生成100kHz時(shí)鐘,，即Δt=10μs,。

　　3 設(shè)計(jì)構(gòu)想

　　在CPLD中做1個(gè)1位寄存器Reg，稱為INTEN中斷允許,，由1個(gè)8位狀態(tài)機(jī)根據(jù)16C554的中斷請(qǐng)求線產(chǎn)生的INTREQ及INTEN狀態(tài)來最終生成DLY_IRQ,。

　　①INTREQ為n個(gè)中斷的或,；

　?、贑PU對(duì)INTEN只寫，操作過程分3步,。
 
        第1步,，中斷安裝后設(shè)置INTEN=1。 

　　第2步,，進(jìn)入中斷服務(wù)程序后CPU設(shè)置INTEN=0。

　　第3步,，退出中斷服務(wù)程序的最后指令,。

　　outportb(0x20,0x20);

    outportb(INTEN_PORT,0x01);//INTEN_PORT為INTEN的口地址

　　③中斷響應(yīng)的時(shí)序如圖3所示,。 在ISR置位期間,，有中斷請(qǐng)求INTREQ產(chǎn)生時(shí)，此時(shí)如果觸發(fā)了中斷,，則會(huì)使上次中斷服務(wù)無法完成,，因而造成中斷丟失。因此,，在ISR配置期間,，將中斷允許INTEN設(shè)置為0，防止其它中斷請(qǐng)求觸發(fā)中斷,，并用INTREQ鎖存未被響應(yīng)的中斷請(qǐng)求,。退出中斷服務(wù)后，得中斷允許INTEN設(shè)置為1,，保證其它中斷請(qǐng)求能夠被響應(yīng),，并延遲50μs，以確保此次中斷服務(wù)完全退出,。
 
        ④中斷控制寄存器的狀態(tài)圖（描述8位狀態(tài)機(jī)的轉(zhuǎn)換）如圖4所示,。 在退出中斷時(shí),，將INTEN設(shè)置為1，從狀態(tài)S3轉(zhuǎn)換到狀態(tài)S0,。時(shí)間上延遲了5Δt=50μs,確保當(dāng)前中斷完全退出,。INTREQ鎖存中斷請(qǐng)求，以確保下一中斷能獲得響應(yīng),。
 
        4 軟件設(shè)計(jì)

         在設(shè)計(jì)中斷服務(wù)程序時(shí),，要注意中斷服務(wù)程序必須具備自我保護(hù)能力，并能訪問到所有當(dāng)前段地址和堆棧指針,；接管中斷向量前要關(guān)中斷,；在中斷程序入口處要立即開中斷；以允許較高級(jí)的中斷產(chǎn)生,；中斷程序執(zhí)行IRET指令前,，應(yīng)向中斷控制器發(fā)出結(jié)束中斷命令EOI。在安裝中斷時(shí),，將INTEN設(shè)置為1,，在中斷服務(wù)中輪流檢查多個(gè)串口，如果有中斷服務(wù)產(chǎn)生,，則將INTEN設(shè)置為0,；退出中斷服務(wù)的時(shí)候，將INTEN設(shè)置為1,。

　　上面基于嵌入式系統(tǒng)的精簡(jiǎn)特性,，提出了一種高效多串口中斷源的實(shí)現(xiàn)方案；大大節(jié)省了資源,，確保中斷請(qǐng)求的無漏檢測(cè)和服務(wù),，并有效地解決了多個(gè)串口共享同一中斷源時(shí)所造成的沖突和丟失等問題。