Xilinx可编程逻辑器件设计与开发（基础篇）连载46：Spartan

12.2.4 PicoBlaze中断

我们知道，PicoBlaze微控制器只提供一个中断输入口，如果设计中需要多个中断，可以在FPGA中用逻辑实现。图12-4 所示为一个简单的中断连接图，当有中断发生时，触发器的2端输出一个高电平， 当PicoBlaze响应中断信号INTERRUPT_ACK有效时，触发器3端为高电平，其输出被清零，外部中断被撤消。

图12-4 实现简单的中断

接下来，我们结合图12-5和图12-6来讨论中断的执行过程。

图12-5 所示为一段中断程序例程，程序中首先用ENABLE INTERRUPT 指令使能中断。一旦中断使能，中断信号必须持续至少2 个时钟周期才能确保被PicoBlaze 识别。当产生中断事件时，有效的中断使PicoBlaze 在执行完毕当前正在执行的指令（INPUT s1,01）后立即跳转到3FF 处继续执行指令。通常，3FF 处是一个跳转指令（JUMP isr），跳转到中断服务程序。中断服务程序会自动禁止中断，保存当前PC值、ZERO 和CARRY 标志。当执行完毕中断服务程序，退出中断服务程序之前，执行RETURNI 指令，暂存于CALL/RETURN 堆栈中的PC 值自动装入PC 寄存器中，同时，恢复ZERO 和CARRY 标志，程序回到进入中断前的指令处执行。

图12-5 中断流程<./center>

从图12-6 中可以清楚地看到此中断的执行过程。

图12-6 中断时序图

如果应用程序不需要中断，则可以使INTERRUPT 连接到低电平，所有1024个指令空间均可以被访问到。

在应用PicoBlaze的中断时，有以下几点需要注意。
? 如果指令空间不是1K，则中断发生时，PC会跳转到程序空间的最后一条指令处执行。
? 当程序进入中断服务程序时，微控制器会自动禁止所有中断，当退出中断服务程序时，用RETURNI ENABLE指令使能中断。
? 在对时间要求很严格的设计中，需要用DISABLE INTERRUPT和ENABLE INTERRUPT配合使用，以避免不必要的中断，如图12-5所示的criTIcal_TIming子程序。

12.2.5 PicoBlaze Scratchpad RAM──暂存器

PicoBlaze微控制器包含64字节的暂存器，通过STORE和FETCH指令访问，可以在数据寄存器和暂存器之间进行数据传输。支持直接和间接寻址。暂存器仅被Spartan-3/3E/3A/3AN、Virtex-II、Virtex-II Pro FPGA和Virtex-4/5/6支持。复位不会对暂存器产生影响。

一、 寻址模式

(1) 直接寻址。

立即数就是暂存器的地址，如图12-7所示，寄存器sX直接读/写暂存器。

(2) 间接寻址。

暂存器的地址为某个指定的寄存器的值。图12-8所示代码的作用是用0填充所有64个暂存器空间。

图12-8 间接寻址暂存器

二、 用暂存器实现查找表

这个例子是用暂存器实现一个查找表，将4位2进制输入转换为等效的16进制字符显示在7段LED上。这段代码读入外部4位开关量，产生一个2进制结果0000～1111，把它转换为16进制字符显示在7段LED上。暂存器中前16个位置存放LED字符表，输入的开关量作为暂存器的地址。如图12-9所示。

图12-9 暂存器实现查找表

三、 用暂存器实现堆栈

在PicoBlaze中，虽然有CALL/RETURN程序堆栈，但是没有数据堆栈，如果在程序调用或中断处理过程中需要暂存一些数据，则需要数据堆栈，这时，可以用暂存器来实现这个功能，如图12-10所示。

图12-10 暂存器实现数据堆栈