CN101140550A - 一种嵌入式实时系统中断处理装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种应用于嵌入式实时系统的中断处理装置，所述装置包括中断响应模块，用于在中断信号触发之后，进行中断处理工作，触发底层中断回调处理模块；底层中断回调处理模块，根据中断类型进行处理，通过同步机制和任务队列将中断处理结果释放到中断套接层守候任务处理模块；中断套接层守候任务处理模块，用于从中断任务队列取出待处理任务，查找套接层回调函数表，进行中断分发和处理。上层中断回调初始化模块，由嵌入式实时操作系统上层触发调用，进行套接层回调函数表的初始化和注册操作。本发明还提供了一种嵌入式实时系统中断处理方法。利用本发明保证了系统的实时性和稳定性。

Description

一种嵌入式实时系统中断处理装置及方法

技术领域

本发明涉及嵌入式系统领域，更具体地说，涉及一种嵌入式实时系统中断处理的装置及方法。

背景技术

随着嵌入式技术的迅速发展，嵌入式实时操作系统正越来越广泛地应用在工业自动化、电子通讯、家电等各个领域。同时，嵌入式操作系统运行的平台也越来越多样，对各种中断源的处理也越来越复杂。在这种情况下，为了保证嵌入式平台在处理中断过程中的系统稳定性和实时性，原来的中断处理技术也随之不断发展。

目前用于嵌入式实时系统中中断处理方法主要包括以下流程：(1)硬件设备产生中断信号，并上报给中断控制器，由中断控制器进行中断优先级判断以及屏蔽控制后，再产生中断触发信号上报给CPU(中央处理器)；(2)CPU再根据相应的中断向量查找中断向量表，从而跳转至ISR(中断服务例程)，开始执行用户设定的中断响应代码进行中断处理，并获取中断的相关信息；(3)在底层的中断服务例程中调用上层注册的回调函数，进行上层中断业务的处理或业务的分发，在底层中断上下文中执行完上层的代码后中断返回。例如采用这种处理流程的中央处理器包括英特尔公司制造的型号为PentiumII的处理器、摩托罗拉公司的PPC8270处理器等等。

但是在挂接中断的设备越来越多样化，嵌入式平台越来越复杂的今天，现有的嵌入式实时系统的中断处理方法在稳定性和实时性方面正面临各种挑战。首先，如果某种设备中断过于频繁，或者由于某种故障使中断无法及时清除，当CPU退出中断响应函数后，立即又会再次进入，周而复始，对于抢占式操作系统CPU将处于一种死循环状态，无法再处理其它事情，最终导致内核工作队列溢出或者看门狗溢出。例如，光口频繁产生的中断会造成其对接板一直处理中断，使其他的任务得不到调度，如果在单板启动时出现这种情况，会造成单板进程启动超时，单板无法启动成功的严重问题。其次，对于那些处理相当复杂的中断，如果把复杂的中断事件处理工作放在底层中断响应函数中完成，则会造成其处理时间过长。而中断响应处理时间过长，会影响CPU对其它中断事件的及时响应，在某些情况下会严重影响系统的稳定性和实时性。

现有的专利文献包括：专利申请号为CN200610154795.7的中国专利申请“构件化嵌入式操作系统中断的实现方法”和专利号为US6574694的美国专利“Interrupt optimization using time betweensucceeding peripheral component events”(利用外围设备事件的时间间隔进行中断优化的方法)。

第CN200610154795.7号中国专利申请存在以下不足：一、虽然该专利从内核软件工程管理的角度，采用构件化技术实现嵌入式操作系统中断处理，但是它增加了在中断上下文中的处理时间，增加了系统的复杂度，从而影响CPU对其它中断事件的实时响应，在某些情况下会牺牲系统的实时性；二、另外在中断过于频繁的情况下，会使嵌入式操作系统的CPU处于死循环状态，内核无法调度和响应其他任务，从而引起系统崩溃或严重威胁系统稳定性。

第US6574694号美国专利存在以下不足：一、虽然在该专利中，对中断事件进行了简单的滤波处理，但是它不能根本性的解决中断上报过于频繁的情况下系统死机的情况；二、在中断设备多样、中断处理复杂的情况下，会影响系统响应中断的实时性。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供了一种应用于嵌入式实时系统的中断处理装置及方法。

本发明提供的一种应用于嵌入式实时系统的中断处理装置，该装置包括：中断响应模块、底层中断回调处理模块、中断套接层守候任务处理模块和上层中断回调初始化模块，

中断响应模块，用于在中断信号触发之后，进行中断处理工作，触发底层中断回调处理模块；

底层中断回调处理模块，根据中断类型进行处理，通过同步机制和任务队列将中断处理结果释放到中断套接层守候任务处理模块；

中断套接层守候任务处理模块，用于从中断任务队列取出待处理任务，查找套接层回调函数表，并用于执行嵌入式实时系统中的上层模块注册在套接层模块中的后续中断回调处理任务，包括进行中断分发和处理。

上层中断回调初始化模块，由嵌入式实时操作系统上层触发调用，进行套接层回调函数表的初始化和注册操作。

上述的装置，进一步包括：

中断事件实时监测和控制模块，用于对中断事件定时进行检测，根据检测结果对相应中断进行异步的中断屏蔽控制。

上述的装置，其中，中断响应模块具体为：

用于对中断现场进行保护，将重要的数据和寄存器压栈处理，并读取中断源，清除中断设备内和中断控制器的中断标志位，进行相应的中断事件判断，以及用于触发调用底层中断回调处理模块，并中断返回，恢复压栈保护的现场。

底层中断回调处理模块具体为：

用于获取中断事件类型，通过获得的中断事件类型查找中断控制链表，获得相关控制参数，以及用于进行中断屏蔽控制，并进行中断预处理，所述中断预处理结束后，释放同步机制并添加任务队列，进行中断后处理，结束后中断回调返回。

中断套接层守候任务处理模块具体为：

用于实时检测任务队列，并进行中断控制，并进行任务预处理，以及用于根据中断事件类型查找回调函数表，执行上层注册的回调处理任务，进行任务后处理，对设备进行中断使能控制。

本发明提供的一种嵌入式实时系统中断处理方法包括以下步骤：

嵌入式系统启动后，上层软件调用上层中断回调初始化接口，将设备中断事件的回调函数注册到中断套接层；

CPU接收到中断信号后，跳转至中断响应模块进行处理，判断出中断类型，触发底层中断回调处理模块；

底层中断回调处理模块根据中断类型进行处理，通过同步机制和任务队列将中断处理结果释放到中断套接层守候任务处理模块；

中断套接层守候任务处理模块从中断任务队列取出待处理任务，查找套接层中断回调函数，并执行嵌入式实时系统中的上层模块注册在套接层模块中的后续中断回调处理任务，包括进行中断分发和处理。

上述的方法，其中，还包括中断事件实时监测和控制模块定时进行中断事件的检测，根据检测结果对相应的中断进行异步的中断屏蔽控制。

上述的方法，其中，中断响应模块进行处理的步骤具体为：

对中断现场进行保护；

将重要的数据和寄存器压栈处理；

读取中断源，清除中断设备内和中断控制器的中断标志位；

进行相应的中断类型判断；

触发调用底层中断回调处理模块；

中断返回，恢复压栈保护的现场。

上述的方法，其中，底层中断回调处理模块进行处理的步骤具体为：

获取中断类型；

通过获得的中断类型查找中断控制链表，获得相关控制参数；

进行中断屏蔽控制；

进行中断预处理；

预处理结束后，释放同步机制并添加任务队列；

中断后处理，所述中断后处理结束后中断回调返回。

上述的方法，其中，中断套接层守候任务处理模块进行处理的步骤具体为：

实时检测任务队列，并进行中断控制；

进行任务预处理；

根据中断类型查找回调函数表，执行上层注册的回调处理任务；

任务后处理；

对设备进行中断使能控制。

上述的方法，其中，中断事件实时监测和控制模块定时进行中断事件检测的具体步骤为：

重新设置并启动内核定时器，触动下一次检测；

轮循中断链表的所有节点，查看所有中断处理流程中记录的参数；

检测上一次定时间隔的中断上报次数；

判断定时间隔内上报的中断次数是否大于预定的阈值，若大于阈值则进行中断屏蔽控制并启动延时定时器，进行延时中断打开操作；若未大于则不进行延时中断打开操作；

检测延时屏蔽计时是否结束，若计时结束则打开中断屏蔽；

检测中断队列异常时启动的延时屏蔽计时是否结束，若结束则打开中断屏蔽；

查看搜索中断链表是否结束，若结束，完成对所有设备的中断检测任务，操作结束；若没有结束，则重新轮循中断链表的所有节点。

与现有技术相比较，本发明引入了中断套接层守候任务处理模块进行中断复杂任务的处理和上层回调函数的调用。一方面保证了在中断响应模块中的处理尽可能简单，确保CPU对其它中断事件的及时响应，保证系统的实时性要求，又能让与底层相关的复杂的硬件操作放到守候任务中，并在合适的时间进行处理；另一方面，将底层的操作与上层的回调接口进行适当隔离，减少上层和底层中断处理的耦合。

进一步地，本发明还提供了中断事件实时监测和控制模块，进行动态实时的中断上报和处理的相关信息的统计，并根据统计的结果进行异步的中断屏蔽控制，令嵌入式系统即使在设备中断过于频繁，或者由于某种故障使中断无法及时清除的情况下，也会自动启动保护机制，避免CPU处于死循环状态或内核工作队列溢出，从而显著提高系统在处理中断时的稳定性和实时性。

附图说明

图1是本发明嵌入式实时系统中断处理模块的结构示意图；

图2是本发明的中断响应模块和中断套接层的结构及处理流程图；

图3是本发明的中断事件实时监测和控制模块的操作流程图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明嵌入式实时系统中断处理方法得实施例进行详细说明。

如图1所示，本发明实施例的嵌入式实时系统中断处理模块包括：

中断响应模块101，这部分负责在CPU接收到硬件中断控制器上报的中断信号以后，进行前期中断处理工作；

底层中断回调处理模块102，该部分负责在中断上下文中进行后半部分中断处理工作，如根据中断类型进行中断屏蔽控制等等，并进行中断任务队列的添加等操作；

中断套接层守候任务处理模块103，该部分由嵌入式实时操作系统内核调度，处理中断任务队列中的任务，并根据中断类型触发对上层注册回调函数的调用；

上层中断回调初始化模块104，该部分由嵌入式实时操作系统上层触发调用，进行套接层回调函数表的初始化和注册操作；

中断事件实时监测和控制模块105，该部分负责对各中断事件的中断产生频率进行定期统计，并根据统计情况对相应中断进行中断屏蔽控制。

其中，所述中断响应模块101、底层中断回调处理模块102和中断套接层守候任务处理模块103依次连接；上层中断回调初始化模块104与上层初始化接口相连接；中断事件实时监测和控制模块105分别与前述中断响应模块101、底层中断回调处理模块102和中断套接层守候任务处理模块103连接。底层中断回调处理模块102和中断套接层守候任务处理模块103共同组成中断套接层。

如图2所示，本发明的中断事件处理部分主要由三部分构成：中断响应模块101、底层中断回调处理模块102以及中断套接层守候任务处理模块103，其中后两个模块组成本发明提出的设备中断套接层。

中断响应模块101进行前期中断处理工作，其中首先进行的工作是中断现场的保护201，将重要的数据和寄存器压栈处理；其次，对中断源进行读取，并且清除中断设备内和中断控制器的中断标志位202；进行相应的中断事件判断203，然后触发调用底层中断回调处理模块102；最后中断返回，恢复压栈保护的现场。

设备中断套接层是本发明的重要组成部分之一，它由两个部分组成：底层中断回调处理模块102以及中断套接层守候任务处理模块103。

底层中断回调处理模块102负责为所有中断事件提供统一的中断级处理，并与中断套接层守候任务处理模块103实现交互，在隔离上层和底层中断处理耦合的同时，还实现有效的中断屏蔽控制和系统可靠性控制。底层中断回调处理模块102首先获取中断类型205，然后通过获得的中断事件类型查找中断控制链表206(该链表由底层根据嵌入式系统的设备类型初始化)，进一步获取该设备所对应的中断屏蔽/使能控制函数指针、中断预处理/后处理函数指针、以及其它与中断控制相关的预设参数。在获得函数指针以后，进行中断屏蔽控制207(正常情况下，将在套接层守候任务模块的中断使能控制215中打开中断屏蔽，使能中断；对于另外一些有特殊需要的设备可以在中断事件实时监测和控制模块进行延时中断使能操作)。之后进行中断预处理208，在预处理结束后，释放同步机制并添加任务队列209，该步骤将复杂耗时的中断后续处理任务由中断上下文释放到任务级来处理，减少在中断上下文中处理占用CPU的时间。在这里底层中断回调处理模块102还对任务队列进行实时监测，发现队列异常或队列溢出将进行相应的中断屏蔽控制操作，然后由中断事件实时监测和控制模块延时打开该设备中断，以有效抑制过于频繁上报的中断，保证异常情况下系统的稳定。最后，该模块在中断后处理210结束后中断回调返回。

套接层守候任务处理模块103是在任务级进行后续中断处理和控制工作的模块，处理中断任务队列中的任务。该模块通过同步机制和底层中断回调处理模块进行同步，并从任务队列中取出待处理的中断任务类型和任务函数指针。套接层守候任务处理模块还从任务级对任务队列进行实时监测和中断控制211，以中断事件为单位，统计上报中断、处理中断和任务队列中等待处理中断的个数。如果任务队列中等待处理的中断个数大于一定阈值则和中断事件实时监测和控制模块105一起进行延时中断屏蔽控制。然后，该模块进入任务预处理212，并根据中断事件类型查找回调函数表，执行上层注册的回调213，进行上层事件处理。其后进入任务后处理214，正常情况下，对设备还会有中断使能控制215。

如图3所示，中断事件实时监测和控制模块105由内核定时器驱动，定时进行中断事件的检测，其操作流程主要包括以下几个部分：

首先，中断事件实时监测和控制模块会重新设置并启动内核定时器301，以触发下一次检测。然后，开始轮循中断链表的所有节点302，查看所有中断处理流程中记录的参数。包括底层中断回调处理模块102记录的中断上报个数、添加中断任务队列失败次数，套接层守候任务处理模块103记录的守候任务中断处理个数、任务队列中等待处理的中断个数等数据。另外，该模块通过检测上一次定时间隔的中断上报次数303，判断定时间隔内上报的某设备的中断次数是否大于预先设定的阈值304，如果大于阈值则进行中断屏蔽控制并启动延时定时器305进行延时中断打开操作。如果不大于阈值则跳过305处理。接着，该模块检测延时屏蔽计时是否结束，如计时结束则打开中断屏蔽306。这里的中断延时屏蔽计时设定是在底层中断回调处理模块102中的中断屏蔽控制207进行的。该模块随后检测中断队列异常情况下启动的延时屏蔽计时是否结束，如果结束则打开中断屏蔽307。这里的中断队列异常情况下启动的延时屏蔽计时是指以下三种情况：(1)释放同步机制并添加任务队列209时，如果监测到任务队列溢出，则会启动延时屏蔽机制；(2)从任务级对任务队列进行实时监测和中断控制211时，如果监测到某设备在任务队列中等待处理的中断个数超过阈值则会启动延时屏蔽机制；(3)本模块检测上一次定时间隔的中断上报次数303，如果大于一定阈值也会启动延时屏蔽机制。以上三种情况的中断打开操作都在307中进行。最后，本模块查看是否搜索中断链表结束308，如果没有结束，则返回302重新查找下一个链表节点，如果链表已经搜索结束，则完成对所有设备的中断检测任务，操作结束。

Claims (11)

1.一种嵌入式实时系统中断处理装置，其特征在于，所述装置包括：中断响应模块、底层中断回调处理模块、中断套接层守候任务处理模块和上层中断回调初始化模块，

所述中断响应模块，用于在中断信号触发之后，进行中断处理工作，触发底层中断回调处理模块；

所述底层中断回调处理模块，根据中断类型进行处理，通过同步机制和任务队列将中断处理结果释放到中断套接层守候任务处理模块；

所述中断套接层守候任务处理模块，用于从中断任务队列取出待处理任务，查找套接层回调函数表，并用于执行嵌入式实时系统中的上层模块注册在套接层模块中的后续中断回调处理任务，包括进行中断分发和处理。

所述上层中断回调初始化模块，由嵌入式实时操作系统上层触发调用，进行套接层回调函数表的初始化和注册操作。

2.根据权利要求1所述的一种嵌入式实时系统中断处理装置，其特征在于所述装置进一步包括：

中断事件实时监测和控制模块，用于对中断事件定时进行检测，根据检测结果对相应中断进行异步的中断屏蔽控制。

3.根据权利要求1或2所述的一种嵌入式实时系统中断处理装置，其特征在于，所述中断响应模块具体为：

用于对中断现场进行保护，将重要的数据和寄存器压栈处理，并读取中断源，清除中断设备内和中断控制器的中断标志位，进行相应的中断事件判断，以及用于触发调用底层中断回调处理模块，并中断返回，恢复压栈保护的现场。

4.根据权利要求1或2所述的一种嵌入式实时系统中断处理装置，其特征在于，所述底层中断回调处理模块具体为：

用于获取中断事件类型，通过获得的中断事件类型查找中断控制链表，获得相关控制参数，以及用于进行中断屏蔽控制，并进行中断预处理，所述中断预处理结束后，释放同步机制并添加任务队列，进行中断后处理，结束后中断回调返回。

5.根据权利要求1或2所述的一种嵌入式实时系统中断处理装置，其特征在于，中断套接层守候任务处理模块具体为：

用于实时检测任务队列，并进行中断控制，并进行任务预处理，以及用于根据中断事件类型查找回调函数表，执行上层注册的回调处理任务，进行任务后处理，对设备进行中断使能控制。

6.一种嵌入式实时系统中断处理方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

嵌入式系统启动后，上层软件调用上层中断回调初始化接口，将设备中断事件的回调函数注册到中断套接层；

CPU接收到中断信号后，跳转至中断响应模块进行处理，判断出中断类型，触发底层中断回调处理模块；

底层中断回调处理模块根据中断类型进行处理，通过同步机制和任务队列将中断处理结果释放到中断套接层守候任务处理模块；

中断套接层守候任务处理模块从中断任务队列取出待处理任务，查找套接层中断回调函数，并执行嵌入式实时系统中的上层模块注册在套接层模块中的后续中断回调处理任务，包括进行中断分发和处理。

7.根据权利要求6所述的嵌入式实时系统中断处理方法，其特征在于，所述方法中，中断事件实时监测和控制模块定时进行中断事件的检测，根据检测结果对相应的中断进行异步的中断屏蔽控制。

8.根据权利要求6或7所述的嵌入式实时系统中断处理方法，其特征在于，中断响应模块进行处理的步骤具体为：

对中断现场进行保护；

将重要的数据和寄存器压栈处理；

读取中断源，清除中断设备内和中断控制器的中断标志位；

进行相应的中断类型判断；

触发调用底层中断回调处理模块；

中断返回，恢复压栈保护的现场。

9.根据权利要求6或7所述的嵌入式实时系统中断处理方法，其特征在于，底层中断回调处理模块进行处理的步骤具体为：

获取中断类型；

通过获得的中断类型查找中断控制链表，获得相关控制参数；

进行中断屏蔽控制；

进行中断预处理；

预处理结束后，释放同步机制并添加任务队列；

中断后处理，所述中断后处理结束后中断回调返回。

10.根据权利要求6或7所述的嵌入式实时系统中断处理方法，其特征在于，中断套接层守候任务处理模块进行处理的步骤具体为：

实时检测任务队列，并进行中断控制；

进行任务预处理；

根据中断类型查找回调函数表，执行上层注册的回调处理任务；

任务后处理；

对设备进行中断使能控制。

11.根据权利要求7所述的嵌入式实时系统中断处理方法，其特征在于，中断事件实时监测和控制模块定时进行中断事件检测的具体步骤为：

重新设置并启动内核定时器，触动下一次检测；

轮循中断链表的所有节点，查看所有中断处理流程中记录的参数；

检测上一次定时间隔的中断上报次数；

判断定时间隔内上报的中断次数是否大于预定的阈值，若大于阈值则进行中断屏蔽控制并启动延时定时器，进行延时中断打开操作；若未大于则不进行延时中断打开操作；

检测延时屏蔽计时是否结束，若计时结束则打开中断屏蔽；

检测中断队列异常时启动的延时屏蔽计时是否结束，若结束则打开中断屏蔽；

查看搜索中断链表是否结束，若结束，完成对所有设备的中断检测任务，操作结束；若没有结束，则重新轮循中断链表的所有节点。

Images