MCS-51系统中断优先级的软扩展

　　摘要：鉴于MCS-51系统只提供“二级中断嵌套”，提出扩展51系统中断优先级的纯软件方法。其利用51系统内建的中断允许寄存器IE和中断优先级寄存器IP，通过屏蔽字机制来实现；以C51的形式，给出这种扩展方法的函数库实现，为该方法的使用赋予友好、简洁的用户接口。

    关键词：MCS-51单片机 中断优先级 软扩展 C51

引言

　　众所周知，MCS-51系统只提供“二级中断嵌套”，而大多数嵌入式系统希望有多于两级的优先级别。因为一般来说，系统都有掉电中断，且应置为最高优先级，这样所有其它中断只能共用一个最低优先级，如此，往往不能满足实际的逻辑需求。为了使系统具有多于两级的中断优先级别，可以利用8259A之类的中断控制芯片实现中断优先级的硬扩展，但却增加了系统的造价和复杂性。因复杂性的提高，系统的可靠性将受到影响。本文提出一种扩展MCS-51系统中断优先级的纯软件方法，不需增加任何硬件，且所需的额外资源消耗也很小。实际应用表明这种方法是可行的和有效的。

1 MCS-51的中断系统简介

　　MCS-51系列单片机允许有五个中断源，提供两个中断优先级，可实现二级中断嵌套。这两级优先级遵循下述规则：仅高优先级中断源可中断嵌套低优先级中断源。为实现这一规则，中断系统内部包含两个不可寻址的优先级状态触发器。当特定优先级的某中断源被响应时，相应的触发器即被置位，直到执行了RETI指令后，这个触发器才复位。在此期间，同级和低级中断将被防止。中断源的中断请求能否得到响应，受中断允许寄存器IE的控制。每个中断源的优先级可通过对中断优先级寄存器IP编程来设定：或最低，或最高。同一优先级中的各中断源同时请求中断时，由内部查询逻辑确定响应次序。查询次序依次为：外部中断0（X0）、定时器中断0（T0）、外部中断1（X1）、定时器中断1（T1）、串口中断（S）。如果当前指令是RETI或是对IE、IP操作的指令，将封装CPU对中断的响应，且必须再执行完一条指令之后才会响应中断。

2 中断优先级软扩展的方法

　　首先，给出软扩展的第一种方法，并分析其特点，指出其存在的缺陷。然后，基于对方法一的不足之处，给出不断完善的方法二、方法三。其中方法二是对方法一的完善，方法三是对方法二的完善，并最终解决了方法一、二中的缺陷，实现了真正的中断优先级的软扩展。

2.1 方法一

　　此法仅使用和系统的中断允许寄存器IE，通过中断屏蔽字机制，以使不同的中断源具有不同的逻辑中断优先级（下文中的“优先级”如不加说明即指“逻辑中断优先级”）。

　　不失一般性，不妨令8051系统的五个中断源——外中断0（X0）、定时器中断0（T0）、外中断1(X1)、定时器中断1（T1）及串口中断（S），有如表1所列的优先级。（实际应用中，视具体情况，赋予不同中断源以适当的优先级。）

　　其中，“0”代表最高优先级，“4”代表最低优先级。

　　首先，给设定了优先级的诸中断源赋以二级“物理中断优先级”：将优先级最高的中断源（X1）在中断优先级寄存器IP中的相应位（PX1）置1，而令IP中的其它相关位（PT1、PT0、PS、PX0）为0。

　　其次，给设定了优先级的各中断源分配适当的“中断屏蔽字”。其基本思想是屏蔽同级和低级中断。具体分配过程如下：优先级为k(0≤k≤N-1，N为中断源数量)的中断源的“中断屏蔽字”为：优先级为x(x∈[k,N-1]，即同级和低级)的中断源在IE中的对应位置0，优先级为y(y∈[0,k-1]，即高级)的中断源在IE中的相应位置1而得的位组字节。当然，IE的EA位（CPU中断允许标志位）始终为1.

　　对于表1所列的中断优先级分配情况，各中断源的“中断屏蔽字”配置如表2所列。

　　表1 中断源的优先级分配表

　　最后，给各中断源的ISR（Interrupt Routine，中断服务例程）加以如下所示的外壳（Assembly形式的）。不妨以定时器0（T0）为例：

　　CSEG AT 8