摘要：為擴(kuò)展AT9lRM9200中斷處理能力，將通用IO配置為中斷輸入，并針對負(fù)脈沖中斷信號的二次響應(yīng)問題提出2種優(yōu)化解決方案。實(shí)驗(yàn)表明，在成功解決了中斷二次響應(yīng)的問題基礎(chǔ)上，滿足系統(tǒng)的實(shí)時性要求。
關(guān)鍵詞：AT91RM9200；中斷；并行輸入輸出(PIO)控制器；發(fā)送請求(PTT)

    短波通信作為一種應(yīng)急保障通信手段，在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中具有不可替代的作用，在軍事、海事、礦山、人防等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。隨著現(xiàn)代短波無線通信設(shè)備的集成度和復(fù)雜度越高，實(shí)現(xiàn)的業(yè)務(wù)功能就越多，如GPS、短信、電子郵件等，因此，設(shè)備控制器往往需同時處理多種業(yè)務(wù)功能的發(fā)送請求信號PTT(Press to Talk)，并為之分配信道占用時間，確保各種業(yè)務(wù)依據(jù)其優(yōu)先級即時獲得信道使用權(quán)。
    PTT信號具有高實(shí)時性的要求，需要即時響應(yīng)，因此，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時．需要利用MCU的中斷處理機(jī)制滿足PTT信號的要求。這里選用AT9lR-M9200型微處理器作為系統(tǒng)控制器核心，可通過并行IO控制器PIO(Parallel IO Controller)將128個復(fù)用IO口配置為中斷輸入。大大提高系統(tǒng)的擴(kuò)展能力。詳細(xì)分析PIO中斷的處理流程，并給出系統(tǒng)設(shè)計(jì)中針對脈沖中斷信號的二次響應(yīng)問題的優(yōu)化解決方案。

1 系統(tǒng)介紹
    短波通信系統(tǒng)PTT處理部分簡化框圖如圖1所示。

    AT91RM9200提供7個專用中斷信號(IRQO～I(xiàn)RQ6)，均被集成外設(shè)占用，為滿足PTT信號的實(shí)時處理要求，PIO控制器將IO口配置為中斷輸入引腳。FPGA處理4路發(fā)送請求信號，即PTT_A，PTT_B，PTT_C，PTT_D。PTT信號發(fā)生變化時，F(xiàn)PGA產(chǎn)生一個負(fù)脈沖中斷信號PTT_INT通知MCU，MCU通過數(shù)據(jù)，地址總線讀取PTT狀態(tài)并進(jìn)行處理。

2 中斷處理過程
2．1 概述
    圖2為AT91RM9200中斷級聯(lián)結(jié)構(gòu)。圖3為PIO信號和控制框圖。

    根據(jù)圖3所示，當(dāng)邊沿檢測器(EDGE DETECTOR)檢測到IO口上電平變化，PIO_ISR寄存器對應(yīng)位置1，PIO_ISR狀態(tài)決定PIO_INT信號是否有效。中斷服務(wù)程序讀PIO_ISR后所有位自動清零，同時，PIO_INT信號也無效。中斷處理流程如圖4所示。

2．2 脈沖中斷信號的二次響應(yīng)
    對于外設(shè)(FPGA或?qū)Ｓ肐C)產(chǎn)生的中斷信號來說，一般都是一個負(fù)脈沖信號，具有下降和上升2個邊沿。PIO端口線作為中斷輸入時，根據(jù)檢測2個采樣周期內(nèi)的電平差實(shí)現(xiàn)，端口線上的任何電平變化都會產(chǎn)生中斷，所以，當(dāng)接收到負(fù)脈沖中斷信號時，則產(chǎn)生2次中斷請求，圖5是其處理流程。

2．3 解決方案
    一般可采用軟件查詢的方法解決脈沖中斷信號的二次響應(yīng)。中斷服務(wù)程序讀取PIO_ISR后，通過寄存器PIO_PDSR判斷PB28端口線上當(dāng)前電平是1還是0，以確定是否處理。但采用這種方法仍會進(jìn)入中斷服務(wù)程序2次，造成較大的系統(tǒng)開銷，影響系統(tǒng)實(shí)時性。因此，在深入分析系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，給出以下2種優(yōu)化解決方案。
    1)延時讀取中斷狀態(tài)寄存器 如圖6所示，系統(tǒng)進(jìn)入中斷服務(wù)程序后延時至T3時刻讀取PIO_ISR，晚于負(fù)脈沖信號上升沿到達(dá)時間，則2次電平變化只產(chǎn)生一次中斷響應(yīng)。

    2)調(diào)整檢測時鐘 PIO通過PMC產(chǎn)生的高速時鐘檢測PIO端口線上電平變化，通過調(diào)整PIO檢測時鐘至滿足W>T>W／2，其中，W為負(fù)脈沖寬度，T為采樣時鐘周期，可解決脈沖中斷信號的二次響應(yīng)問題。

    如圖7所示，調(diào)整檢測時鐘周期，使負(fù)脈沖的低電平階段只有一個采樣點(diǎn)，在3個上升沿檢測到電平為1→0→1。此時對檢測時鐘的要求為：T>W／2。如果繼續(xù)加大檢測時鐘周期，使之大于負(fù)脈沖寬度，則可能檢測不到電平變化。所以，檢測時鐘周期要求T<W。
2．4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
    系統(tǒng)中FPGA產(chǎn)生的脈沖中斷信號寬度為200 ns，AT91RM9200主時鐘頻率為59 MHz，PIO檢測時鐘與主時鐘頻率相同為59 MHz。
    采用延時讀取ISR方法，在中斷服務(wù)程序中延時20個主時鐘周期(320 ns)后，讀寄存器PIO_ISR，成功實(shí)現(xiàn)單次響應(yīng)脈沖中斷信號，符合設(shè)計(jì)要求。
    采用調(diào)整檢測時鐘的方法，將檢測時鐘調(diào)整為8 MHz，滿足W>T>W／2要求，成功實(shí)現(xiàn)單次響應(yīng)脈沖中斷信號，符合設(shè)計(jì)要求，驗(yàn)證理論分析的正確性。
2．5 需要注意的問題
    1)軟件查詢法原理較簡單，但仍會2次進(jìn)入中斷服務(wù)程序，占用一定的系統(tǒng)資源；
    2)延時讀取ISR的方法適應(yīng)能力較強(qiáng)，可通過軟件代碼的處理適應(yīng)不同的系統(tǒng)；
    3)調(diào)整PIO電平檢測時鐘的方法由于需要對比外設(shè)中斷信號時鐘頻率和AT91RM9200電平檢測時鐘頻率關(guān)系，不一定在所有外設(shè)上都能夠?qū)崿F(xiàn)需要的頻率對比關(guān)系，應(yīng)用范圍受到一定限制。

3 結(jié)束語
    AT9lRM9200通過配置PIO引腳為中斷信號輸入來提供較強(qiáng)的系統(tǒng)擴(kuò)展能力。PIO中斷的檢測采用連續(xù)時鐘檢測電平變化的方式實(shí)現(xiàn)。在處理脈沖形式中斷信號時會由于中斷二次響應(yīng)問題產(chǎn)生較大的系統(tǒng)開銷，降低系統(tǒng)的實(shí)時性。
    通過深入分析系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)和中斷處理流程，將軟硬件特性相結(jié)合進(jìn)行設(shè)計(jì)，創(chuàng)新性地提出了延時讀取中斷狀態(tài)寄存器和調(diào)整檢測時鐘2種優(yōu)化解決方案，成功避免了脈沖中斷二次響應(yīng)的問題，并在軟件查詢方法的基礎(chǔ)上大幅降低系統(tǒng)中斷服務(wù)的開銷，確保滿足短波無線通信系統(tǒng)業(yè)務(wù)功能的實(shí)時性要求。