C12 - Interrupts

Interrupt Concepts

Definición

• Es cuando se suspende temporalmente la ejecución del programa para ejecutar una subrutina
• Cuando acaba la interrupción se vuelve a reanudar la ejecución donde se habia quedado
• La interrupción se "dispara" (trigger) a través de una acción del hardware

Interrupt Setup ritual

• Arm/Disarm
  • Arm - Permite al hardware hacer trigger a la interrupción
  • Disarm - Deshabilita la función de trigger
  • Cada interrupción tiene un bit de arm/disarm
• Enable NVIC (Nested Vectored Interrupt Controller)
  • Es un módulo que controla todas las interrupciones. Se activa el NVIC específico para el device que usaremos
  • Para deshabilitar hacemos un set al bit PRIMASK
  • En C hay las funciones EnableInterrupts() y Disable Interrupts() para activar/desactivar las interrupciones
• Global enable bit I
  • Este bit se activa haciendo un clear. Este bit activa y desactiva todas las interrupciones
  • Si el bit es 1 muchas de las interrupciones no están permitidas, estan disable
• Priority
  • No se si se refiere a la prioridad del device al thread principal o a que puede haber varias devices por interrupción y cada una tiene una prioridad
  • El registro BASEPRI controla la prioridad de las interrupciones
• Trigger - Es un evento asincrono. Es el encargado de activar el device que activa la interrupción. En el registro RIS hay un bit que nos indica que ha habido un trigger.

5 condiciones que han de ser true para que una interrupción sea generada

• Device arm
• NVIC enable
• Global enable
• Prioridad de la itnerrupción actual ha de ser superior al nivel actual
• Hardware event trigger

Context Switch

• Es el proceso de cambiar del main program a la rutina de la interrupción
• Pasos que ocurren cuando se pasa del main program a la interrupción
  • 1.- Acaba la instrucción que está procesando
  • 2.- Se suspende la ejecución del programa main
    • Guarda en la posición en en la que se ha quedado
    • Se guarda R0, R1, R2, R3, R12, R14 (LR), R25 (PC) y PSR y se hace un push a la pila
  • 3.- Se pone un "special code" en el LR (Link Register) LR = 0xFFFFFFF9 $\Leftarrow$ Este patrón indica que estamos ejecutando una ISR
  • 4.- En el registro IPSR se guarda el número de la interrupción
  • 5.- En PC se carga la dirección de la ISR. La dirección de la ISR se llama vector

Volver del ISR al main thread

• Al final del Interrupt Service Routine hay la instrucción BXLR
• Ésta hace un pop de la pila (donde había guardado el estado de ejecución del main thread)

Good Practices

• Acknowledge - Acordarse de siempre hacer un clear del trigger flag
• Hacer que la interrupción sea lo más corta posible para asegurarnos que se pueda dar servicio a todas las interrupciones
• No deben haber delay loops
• Hay que tener en cuenta cada cuanto se ejecuta una interrupción y el tiempo que le lleva. Si el tiempo que le lleva es $>$tiempo cada cuanto se ejecuta $\Rightarrow$ es un problema

Las interrupciones son mas apropiadas que otros sistemas de sincronización

• Cuando el tiempo en que ocurre el evento es variable y la estructura I/O es compleja
• Cuando los diferentes devices tienen diferentes velocidades de sincronización
• Cuando es necesario desarrollar un sistema de real-time
• Cuando tiene que ver con eventos importantes del sistema

Aspectos esenciales que debe tener el µC para usar interrupciones

• La interrupción debe tener una conexión separada al procesador para cada device
• El µC debe poder determinar de que device vino la interrupción
• El µC tiene que poder hacer acknowledge (poder hacer clear al flag de trigger)
  • Cuando se diseña una interrupción es importante saber que device activó el flag de trigger y hacer clear de ese flag

Inter-thread Communication and Synchronization

Multi-threading

• Un main program y multiples ISRs
• Sincronizar varios threads es crítico y tiene que ser eficiente
• Hay 3 métodos para sincronizar los threads (pasar info del main thread al background thread) - Se utilizan variables globales porque son accesibles por los dos threads
  • Binary semaphore (flag)
  • Mailbox
  • Fifo buffer

Binary semaphore (flag)

• El flag se usa para indicar un cambio de estado en el device
• Es una variable global
• El main quiere saber si ha ocurrido un evento para ello comprueba el flag $\Leftarrow$ El flag lo activa el ISR cuando ocurre el evento

Mailbox

• Tiene dos componentes: el flag y el data
• El flag tiene la misma función que con Binary semaphore
• En el data se pasa cualquier valor entre el ISR y el main program (ej. los datos del registro UART_DR_R)

Fifo Buffer

• Ponemos el data que recoge la ISR en el fifo buffer - Hacemos un PUT
• Desde el main recogemos los datos del fifo buffer con un GET

Explicar a parte de que el método mailbox y fifo son unos paradigmas llamados producer consumer.
Producer se refiere al thread que "produce" el dato y Consumer se refiere al thread que utiliza ese dato.
COMPLETAR

Edge-triggered Interrupt

• Esto es un tipo de interrupción que usa un cambio en la señal (flanco) para disparar la interrupción
• Para leer la señal se usa un puerto del µC configurado como GPIO de entrada
• Se usa los flancos (subida o bajada) que generan los devices en su señal para detectar los cambios en su estado
• Si manejamos estas señales con interrupciones tenemos que el software responde inmediatamente a eventos físicos. Tenemos un sistema real-time

Imagen

• Para usar un pin como edge-trigger interrupt
  • Cualquier pin digital I/O puede configurarse como edge-triggering input
  • Se sigue la inicialización habitual como puerto GPIO input
    • Enable clock RCGC2
    • Enable bit DEN
    • Clear PCTL
    • Clear AFSEL (alternative function)
    • Clear DIR (input)
    • Clear AMSEL (digital pin)
  • A parte se configurar otros bits para poder tener el modo edge-trigger
    • IS - Si es 0 significa que detecta los flancos
    • IEV - Si es 0 significa falling edge, si es 1 significa rising edge
    • IBE - Si es 1 significa que tiene en cuenta los dos flancos
    • IME - Si es 1 significa que cuando detecte un flanco activa la interrupción

DIR	IS	IBE	IEV	IME	Port mode
0	0	0	0	1	falling
0	0	0	1	1	rising
0	0	1	-	1	both edges