Phần mềm ngắt vs chức năng

Sau khoảng 3 năm làm việc với MCU, tôi vẫn không biết việc sử dụng phần mềm bị gián đoạn là gì? Tôi đã thực hiện một số công việc với STM32 và tôi chưa bao giờ sử dụng các phần mềm bị gián đoạn. Quả thực đây là một câu hỏi lớn đối với tôi:

Tại sao khi chúng ta có thể sử dụng một chức năng đơn giản để thực hiện một nhiệm vụ, chúng ta nên sử dụng một phần mềm ngắt? Sự khác biệt giữa ngắt phần mềm và chức năng là gì?

Mỗi khi bạn thích, bạn có thể gọi một chức năng (mà bạn đã viết cho công việc của bạn). Nên có một số lợi ích khi sử dụng ngắt phần mềm thay vì một chức năng đơn giản. Tôi không chắc nhưng tôi nghĩ có một lợi ích cho việc ngắt phần mềm: bạn có thể chỉ định mức độ ưu tiên cho ngắt phần mềm, sau đó bạn có thể ưu tiên cao hơn cho ngắt phần mềm để tránh gián đoạn phần cứng phá vỡ nhiệm vụ của bạn.

Sự khác biệt chính giữa một chức năng và một phần mềm bị gián đoạn là cái được gọi là bối cảnh .

• Một chức năng chạy trong bối cảnh của chương trình chính của bạn.
• Một ngắt chạy trong bối cảnh của trình xử lý ngắt.

Trên một hệ thống đơn giản, điều này có thể không có sự khác biệt thực sự và các ngắt phần mềm có thể được sử dụng đơn giản như một cách thuận tiện để cung cấp các thói quen thư viện được mã hóa cứng trong ROM - bạn không cần biết địa chỉ của mọi thói quen, chỉ có mã ID và điểm vào chính. Điều này làm cho mã của bạn di động hơn.

Tuy nhiên, trên các hệ thống phức tạp hơn, ngắt phần mềm có thể chạy trong một môi trường hoàn toàn khác, được gọi là bối cảnh hạt nhân . Thông thường, ứng dụng của bạn sẽ chạy trong ngữ cảnh người dùng được bảo vệ có quyền truy cập hạn chế vào tài nguyên. Chỉ khi chạy trong ngữ cảnh kernel, bạn mới có thể thực hiện các tác vụ phức tạp hơn - thực sự một số hệ thống thậm chí giới hạn các lệnh nào có thể được thực thi, vì vậy bạn cần một cơ chế để kích hoạt mã trong ngữ cảnh kernel - và sử dụng ngắt đó.

Ngắt phần mềm có thể được sử dụng để hoàn thành một nhiệm vụ ngắt ở mức ưu tiên thấp hơn. Mã thời gian quan trọng thường được ưu tiên ngắt cao để tránh độ trễ quá lớn. Khi phần quan trọng về thời gian kết thúc, có thể có các tác vụ bổ sung có thể quá quan trọng về thời gian cho vòng lặp chính, nhưng không quá quan trọng để giữ các ngắt ưu tiên cao khác. Kích hoạt một ngắt phần mềm ưu tiên thấp hơn có thể thực hiện điều này.

Ví dụ: giả sử bạn có nhiều động cơ bước với mỗi bộ đếm thời gian riêng. Các ngắt hẹn giờ được ưu tiên cao để giảm thiểu jitter bước. Nhiệm vụ quan trọng nhất về thời gian có thể đơn giản như cài đặt hoặc xóa xung bước hoặc tăng các đầu ra pha. Có thể có các chức năng bổ sung cần thiết như tính toán các đường dốc tăng tốc, xử lý cảm biến, v.v. Vì việc này cần được xử lý từng bước, nên có thể không thích hợp để xử lý việc này từ main () vì thời gian của vòng lặp chính có thể quá dài. Các tác vụ bổ sung này có thể được xử lý bằng ngắt phần mềm ưu tiên thấp hơn để không làm tăng độ trễ của các kênh bước ưu tiên cao khác.

Sự khác biệt giữa ngắt phần mềm và chức năng là gì?

Một hàm được gọi ngay lập tức từ bất cứ nơi nào nó được gọi và không thay đổi mức ưu tiên ngắt hiện tại nếu được gọi từ ngắt. Một ngắt phần mềm là một trình kích hoạt ngắt sẽ khiến ngắt đó được gọi khi ưu tiên của nó xuất hiện. Nếu một lệnh gọi hàm được chèn vào cuối ngắt ưu tiên cao, hàm sẽ được chứa trong mức ưu tiên cao đó. Bằng cách kích hoạt ngắt phần mềm ưu tiên thấp hơn và sau đó quay trở lại từ ngắt ưu tiên cao, chức năng sẽ được gọi ở mức ưu tiên mới (thấp hơn).

Để mở rộng một chút về câu trả lời của Majenko, các ngắt phần mềm được sử dụng để triển khai các hệ điều hành, đặc biệt là giao diện gọi hệ thống. Điều này có nghĩa là các ứng dụng không cần phải được liên kết với hệ điều hành để thực hiện các cuộc gọi chức năng và chuyển đổi ngữ cảnh cho phép HĐH giới hạn quyền truy cập vào phần cứng và tận dụng những thứ như bộ nhớ được bảo vệ.

Nếu bạn không sử dụng HĐH và bạn kiểm soát tất cả mã trên MCU, có lẽ bạn không cần sử dụng các ngắt phần mềm. (Mặc dù như Tut đã đề cập, chúng có thể có những cách sử dụng khác.)

Các giao diện gọi hệ thống Linux và MS-DOS trên x86 sử dụng các ngắt phần mềm, vì vậy tôi sẽ liên kết với các giao diện đó làm ví dụ.