基于RISC-V通用中断控制器的管理中断嵌套的方法与流程

本发明属于微处理器中断管理，特别涉及基于risc-v通用中断控制器的管理中断嵌套的方法。

背景技术：

1、现有技术中，常规的非抢占的中断处理流程如图1所示，在主程序的执行过程中，发生了中断，cpu跳转到异常入口进行处理，整个过程中，全局中断处于关闭状态，也就是cpu无法再响应其他的中断请求，如果中断处理的时间过长，会影响整个系统的实时响应效率，也就是无法响应高优先级的中断。

2、非抢占的处理流程主要包含以下几个步骤：

3、保存现场

4、中断服务

5、恢复现场

6、这三个过程中是原子执行的，不允许其他中断进入，其中中断服务执行的时间要比保存现场与恢复现场时间长一些。

7、为了提升特定的中断响应时间，可以让中断服务的程序可以被特定中断打断，所以在中断服务程序中是要打开中断，允许特定中断进入。

8、所以可以控制中断的mask位使特定中断可以响应。

9、有的中断处理方法通常采用固定优先级或简单嵌套机制，存在以下问题：

10、1.响应延迟：低优先级中断服务程序执行时，高优先级中断无法及时抢占，导致响应延迟。

11、2.硬件依赖：部分方案需依赖复杂硬件逻辑(如多级中断控制器)实现优先级管理，增加成本。

12、3.灵活性不足：难以动态调整中断优先级，难以适配不同应用场景。

13、也就是说，现有技术存在的缺陷在于：

14、低优先级中断服务程序执行时，高优先级中断无法及时抢占，导致响应延迟。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本技术的目的在于：

2、1).解决在嵌入式芯片领域，在不需要复杂的硬件中断控制器的情况下，使用方法处理中断嵌套和抢占，使高优先级中断可以打断低优先级的执行，提高中断响应速度。

3、2).简化硬件设计，硬件不需要设计复杂的中断控制器支持，只需要简单的屏蔽(mask)、未决(pending)两个寄存器组，就可以对中断的优先级进行管理。

4、3).灵活性，可以弥补部分硬件设计中固定优先级的设计，从而无法动态的调整中断响应优先级。

5、4).基于查找表的处理方法，优化处理流程，提高通用中断响应的效率，提高系统实时响应能力。

6、具体地，本发明提供基于risc-v通用中断控制器的管理中断嵌套的方法，包括以下步骤：

7、s1，抢占式中断处理流程，包括：

8、在中断发生时，保存当前上下文savecontext，包括寄存器状态，并动态配置中断使能ie和屏蔽mask状态，以允许高优先级中断抢占；

9、打开risc-v的全局中断使能mstatus_mie，执行中断服务程序；

10、中断处理完成后，关闭全局中断使能，恢复被屏蔽的中断源及寄存器状态restorecontext；

11、s2，动态更新irq_mask_table流程，包括：

12、通过中断号irq_number查询irq_priority_table，获取目标中断的优先级prio；若当前处于非中断上下文，直接配置硬件irq_mask寄存器；

13、若处于中断上下文，则更新irq_mask_table中优先级低于或等于prio的掩码位，并通过单条指令将irq_mask_table[prio]同步至irq_mask寄存器；

14、s3，中断优先级判决流程，包括：

15、保存当前中断优先级cur_irq_priority至栈中；

16、遍历irq_pending寄存器，结合irq_mask_table逐级进行逻辑与运算，确定最高有效中断优先级prio；

17、更新cur_irq_priority＝prio，并将未处理中断记录至cur_irq_pending[prio]表中；

18、s4，中断处理流程，包括：

19、根据cur_irq_priority从cur_irq_pending表中获取待处理中断号irq_number；调用handle_irq(irq_number)执行中断服务，期间允许更高优先级中断嵌套执行。

20、所述步骤s1进一步包括：

21、s1.1，当发生中断或异常时，进入异常入口，关闭全局中断；

22、s1.2，保存当前寄存器状态，并将当前处理的中断优先级cur_irq_priority压栈保存；

23、s1.3，查找并更新当前中断的优先级cur_irq_priority为新的优先级pr0；s1.4，屏蔽所有优先级小于或等于cur_irq_priority的中断源；

24、s1.5，打开全局中断，执行中断处理例程；

25、s1.6，中断处理完成后，关闭全局中断，从栈中恢复之前保存的cur_irq_priority；

26、s1.7，恢复被屏蔽的中断源，并恢复寄存器状态；

27、s1.8，执行异常返回，继续处理原任务或响应更高优先级中断，所述更高优先级中断可嵌套处理，其步骤与前置异常处理流程相同，实现优先级动态切换与嵌套响应。

28、所述步骤s1中还包括：

29、通过查找表irq_mask_table动态配置中断屏蔽状态，允许高优先级中断打断低优先级中断；

30、所述irq_mask_table为数组结构，其成员值与中断优先级一一对应，每个成员值的比特位表示该优先级下是否允许响应中断。

31、所述步骤s2中irq_mask_table更新流程，包括：

32、s2.1，在系统调用enable_irq或disable_irq时，通过irq_number索引查询irq_priority_table，获取目标中断的优先级prio；

33、s2.2，若当前未处于中断处理状态，则根据优先级prio更新irq_mask_table中的对应位；

34、s2.3，将更新后的irq_mask_table内容写入irq_mask寄存器，动态调整中断屏蔽状态；

35、通过上述步骤实现中断源的优先级化屏蔽或使能，确保高优先级中断不被低优先级中断阻塞；支持动态优先级配置，通过修改irq_priority_table中的优先级值，实时影响后续中断屏蔽逻辑。

36、所述步骤s2中还包括：

37、通过将低于prio的irq_mask_table对应比特位置位或清零，快速屏蔽当前及更低优先级中断；

38、仅需一条指令将irq_mask_table[prio]的值复制到irq_mask寄存器，实现高效中断屏蔽。

39、所述步骤s3进一步包括：

40、s3.1，保存当前处理的中断优先级cur_irq_priority到栈中，即*sp＝cur_irq_priority；

41、s3.2，初始化优先级查找变量prto＝0，并通过irq_pending寄存器获取待处理中断状态；遍历优先级掩码表irq_mask_table，依次执行以下操作：s3.2.1，从irq_mask_table中获取当前优先级prto对应的掩码irq_mask；s3.2.2，将irq_mask与irq_pending寄存器的值进行逻辑与运算，得到有效中断结果result；

42、s3.2.3，若result！＝0，则更新当前处理的优先级cur_irq_priority＝prto，并终止遍历；

43、s3.2.4，否则递增prto，继续检查下一优先级；

44、s3.3，屏蔽所有优先级小于或等于cur_irq_priority的中断源；

45、s3.4，根据最终确定的cur_irq_priority，更新中断处理状态即cur_irq_pending表；

46、其中，支持多优先级轮询，通过遍历irq_mask_table动态确定最高有效中断优先级，确保实时响应。

47、所述步骤s3中还包括：

48、支持多优先级轮询，通过动态遍历irq_mask_table确定最高有效中断优先级；

49、使用cur_irq_pending表记录未处理的中断状态，确保实时响应。

50、所述步骤s4进一步包括：

51、根据cur_irq_priority查询cur_irq_pending表，确定待处理的中断号irq_number；

52、调用对应的中断处理函数handle_irq(irq_number)，执行具体中断服务逻辑；通过优先级与中断号的动态匹配，确保高优先级中断的服务程序优先执行。

53、所述irq_mask_table为多维数组，其每个元素对应一个优先级的中断掩码，且与硬件irq_mask寄存器位一一映射，支持通过enable_irq和disable_irq动态调整中断响应策略。

54、所述方法通过软硬件协同机制，中断控制器的情况下，实现优先级嵌套与动态屏蔽，提升系统实时性；在不依赖复杂硬件中断控制器的情况下实现中断抢占和嵌套，支持动态优先级配置，并通过查找表优化中断响应速度和屏蔽效率。

55、由此，本方案的优势在于：

56、1).可以在没有复杂硬件中断控制器的cpu上可以支持中断抢占和中断嵌套。

57、2).可以灵活的设置中断优先级。

58、3).使用irq_mask_table的方式，能够加快中断优先级的确定。

59、4).使用irq_mask_table的方式，能够快速屏蔽低优先级的中断，只需要一条指令即可实现。

60、5).优化的中断抢占处理逻辑，通过查找表的方式，加快中断响应速度。