MAX3420E中斷系統(tǒng)知識講解

1、15 / 15MAX3420E中斷系統(tǒng)引言MAX3420E可與任何SPI主控制器相連，構(gòu)成全速USB外設(shè)器件。盡管由MAX3420管理底層USB信令，但是需要處理USB事件時，SPI主控制器必須參與處理。MAX3420的INT引腳指示有中斷發(fā)生，SPI主控制器讀取14個中斷請求位，確定需要服務(wù)的中斷。主要由這些中斷請求(IRQ)位確定MAX3420E的工作過程。注意：SPI主控制器可以是微控制器、DSP、ASIC或者任何具備SPI端口的器件，并能提供SCLK信號。本文檔使用的術(shù)語“SPI主控制器”和“微控制器”含義一樣。MAX3420E中斷邏輯圖1所示為MAX3420E中斷邏輯。陰影部分是可通

2、過SPI訪問的寄存器位。 IRQ位每一個中斷源都有一個用于鎖存服務(wù)請求的觸發(fā)器。觸發(fā)器的輸出即為IRQ，它出現(xiàn)在MAX3420E寄存器中。IRQ位提供兩種功能： 讀取一個IRQ位，將返回IRQ觸發(fā)器的狀態(tài)。 寫入一個“1”至IRQ位，將清除IRQ觸發(fā)器，寫入“0”至IRQ位，不改變觸發(fā)器狀態(tài)。 可以在任意時刻讀取IRQ位，它反映了IRQ觸發(fā)器的狀態(tài)。按照上面第2條，寫入1而不是0來清除所選的IRQ位，這一過程不需要讀-修改-寫周期。舉例說明，假設(shè)MAX3420E的IRQ位與普通的寄存器位一樣，寫1置位，寫0清除?，F(xiàn)在，我們想要清除USBIRQ寄存器的URESIRQ位。圖2所示為實現(xiàn)該操作的代碼

3、。由于SPI主控制器通過寫1來清除一個MAX3420E IRQ位，而寫0不改變其他寄存器位，因此SPI主控制器可以直接寫入位屏蔽值來清除URESIRQ位。所以，圖2中的最后三條語句可以由圖3中的單條語句替代。 IEN位14個MAX3420E中斷的每一個都有相應(yīng)的中斷使能(IEN)位。IEN位和IRQ觸發(fā)器輸出進行“與”操作，決定是否向INT引腳傳送中斷請求(圖1)。14個IRQ觸發(fā)器通過門控電路后，進行“或”操作，形成一個部中斷請求信號，傳送至中斷引腳邏輯模塊。 注意，無論IEN位的狀態(tài)如何，IRQ位都指示中斷懸掛狀態(tài)。這樣，即使中斷不觸發(fā)INT引腳，固件仍可以檢查該懸掛中斷。如果您的程序需要

4、檢查一個IRQ寄存器“是否懸掛中斷”，一個簡單的方法是讀取IRQ和IEN寄存器，對它們進行“與”操作，檢查現(xiàn)在指示“等待和被使能的IRQ”位。零值表示沒有使能的中斷處于懸掛狀態(tài)。IE位 SPI主控制器通過IE位使能或者禁止INT引腳。由于該位影響到所有的中斷，因此通常稱之為全局中斷使能。不論IRQ或者IEN位的狀態(tài)如何，當IE = 0時，INT引腳無效。中斷引腳邏輯兩個寄存器位INTLEVEL (參考下面的討論)和POSINT控制INT引腳的工作方式。在設(shè)置IE = 1之前，應(yīng)先設(shè)置這兩個配置位。電平模式，INTLEVEL = 1某些微控制器系統(tǒng)使用低電平有效中斷。采用這種配置時，MAX342

5、0E采用一個開漏極晶體管驅(qū)動INT引腳至地。由于引腳只能驅(qū)動為低電平，因此，需要在INT引腳和邏輯電源之間接一個上拉電阻。該模式支持多個芯片的INT引腳輸出(每個均為開漏輸出)連接在一起，并使用單個上拉電阻。由于任何一個芯片輸出都可將該引腳拉低，因此這種邏輯有時也稱為“線或”。對于這種類型的系統(tǒng)，設(shè)置INTLEVEL = 1。邊沿模式，INTLEVEL = 0 (缺省值)MAX3420E INT引腳也可以驅(qū)動邊沿有效的中斷系統(tǒng)，此時微控制器在其中斷輸入引腳上檢查0-1或者1-0跳變。這是MAX3420E的缺省模式，INTLEVEL = 0。SPI主控制器通過第二個POSINT位設(shè)置邊沿極性。當

6、POSINT = 1時，MAX3420E為懸掛中斷輸出一個0-1跳變。當POSINT = 0 (缺省值)時，MAX3420E為懸掛中斷輸出一個1-0跳變。在圖1中，請注意以下幾方面: 如果一個IRQ位置位，而其對應(yīng)的IEN位清零，則IRQ不會影響INT輸出引腳。但是，中斷仍處于懸掛狀態(tài)。永遠可以讀取IRQ位以獲得其狀態(tài)，可向?qū)?yīng)的寄存器位寫1，將IRQ位清零。 懸掛中斷(IRQ位是1)的IEN位出現(xiàn)0-1跳變時將產(chǎn)生中斷 INT引腳可連接至微控制器的中斷系統(tǒng)。此外，微控制器可以輪詢INT引腳，以確定MAX3420E是否有中斷處于懸掛狀態(tài)。最適合輪詢的模式是電平模式(INTLEVEL = 1)，

7、這是因為在邊沿模式中，INT引腳輸出的脈沖可能太窄，微控制器無法探測到(參考下面的討論)。請注意，電平模式需要在INT引腳和VL之間連接一個上拉電阻。 INT引腳波形電平模式 圖4所示為電平模式下的MAX3420E INT引腳波形。INT引腳靜態(tài)為高電平(上拉至VL)。假設(shè)圖中兩個中斷的IEN位置為1，全局IE位置為1，那么將出現(xiàn)以下事件。(下面標有字母的條目對應(yīng)圖4中一樣字母標出的事件。) 發(fā)生一個中斷請求，使MAX3420E INT引腳置低。注意：盡管MAX3420E中斷輸出引腳被稱為INT引腳，它有時也是負極性(例如在電平模式下)。 SPI主控制器完成中斷服務(wù)后，向IRQ位寫入1，將其清

8、零。INT引腳返回至靜態(tài)高電平。(a)和(b)之間的間隔是中斷置位其IRQ位和SPI主控制器清除IRQ位之間的時間。 產(chǎn)生另一個中斷請求，將INT引腳拉低。 當?shù)谝粋€中斷請求處于懸掛狀態(tài)時，產(chǎn)生了第二個中斷請求。INT電平?jīng)]有變化，因為至少有一個中斷處于懸掛狀態(tài)。(實際上，此刻有兩個中斷處于懸掛狀態(tài)。) SPI主控制器完成一個中斷服務(wù)后，向IRQ位寫入1，將其清零。由于仍有一個中斷處于懸掛狀態(tài)，INT引腳保持低電平。 SPI主控制器處理完剩下的中斷請求，向IRQ位寫入1，將其清零。沒有中斷處于懸掛狀態(tài)，因此INT引腳返回至靜態(tài)高電平。 注意：如果一個中斷的IRQ觸發(fā)器(圖1)置位，則認為該中斷

9、處于懸掛狀態(tài)。 這種邏輯可以很好地處理INT引腳輪詢。如果MAX3420E的任何部分需要服務(wù)，并且其中斷已被使能，那么INT引腳變?yōu)榈碗娖?。在微控制器清除最后一個懸掛IRQ位之前，INT引腳一直保持低電平。 邊沿模式 圖5所示為兩種極性邊沿模式下的MAX3420E INT引腳波形，極性由POSINT位控制。波形與電平模式的相似，但有兩處不同。在兩種條件下，INT引腳產(chǎn)生邊沿跳變： 一個IRQ位變?yōu)橛行顟B(tài)(其IRQ觸發(fā)器產(chǎn)生0-1跳變)。 處理器清除一個IRQ位(向其寫入1)，其他IRQ處于懸掛狀態(tài)。 第二個條件確保還有中斷需要服務(wù)時處理器能夠檢測到邊沿跳變。除了產(chǎn)生邊沿跳變外，與電平模式一樣

10、，INT引腳也具有有效和無效狀態(tài)。INT引腳的無效狀態(tài)取決于POSINT位設(shè)置的邊沿極性。在這點上，邊沿模式與電平模式相似，查看INT引腳的狀態(tài)就可以知道是否有中斷處于懸掛狀態(tài)： 在負極性邊沿模式下，如果沒有懸掛中斷，INT引腳為高電平；如果有懸掛中斷，則為低電平。 在正極性邊沿模式下，如果沒有懸掛中斷，INT引腳為低電平；如果有懸掛中斷，則為高電平。 以下說明解釋了INT引腳的有效和無效狀態(tài)。有效狀態(tài)意味著至少有一個中斷處于懸掛狀態(tài)；無效狀態(tài)是指沒有中斷處于懸掛狀態(tài)。假設(shè)中斷已被使能，將出現(xiàn)以下事件。(下面標有字母的條目對應(yīng)圖5中一樣字母標出的事件。) 產(chǎn)生一個中斷請求時，MAX3420E

11、INT引腳出現(xiàn)一個邊沿跳變。邊沿的極性取決于POSINT位的設(shè)置。由于中斷仍處于懸掛狀態(tài)，INT引腳保持其有效狀態(tài)。 SPI主控制器完成中斷服務(wù)后，向IRQ位寫入1，將其清零。MAX3420E INT引腳返回至無效狀態(tài)。圖中(a)和(b)之間的間隔(1)是產(chǎn)生中斷和SPI主控制器清除IRQ位之間的時間。 產(chǎn)生另一個中斷請求時，MAX3420E INT引腳產(chǎn)生一個邊沿跳變，并保持其有效狀態(tài)。 當?shù)谝粋€中斷請求處于懸掛狀態(tài)時，又產(chǎn)生了第二個中斷請求。MAX3420E INT引腳必須產(chǎn)生另一個邊沿跳變，因此該引腳在無效和有效狀態(tài)之間產(chǎn)生跳變脈沖，從而提供正確的邊沿極性。在MAX3420E中，該脈沖的

12、寬度固定為10.67s。由于還有中斷處于懸掛狀態(tài)，INT引腳保持在有效狀態(tài)。 SPI主控制器完成一個懸掛中斷服務(wù)后，向其IRQ位寫入1，將其清除。與第(d)步一樣，INT引腳產(chǎn)生另一個邊沿跳變。 SPI主控制器處理完剩下的中斷請求，向其IRQ位寫入1，將其清除。沒有中斷處于懸掛狀態(tài)，因此，INT引腳返回至無效狀態(tài)。 中斷寄存器表1. 陰影部分的MAX3420E寄存器位控制中斷系統(tǒng)MAX3420E具有兩類USB中斷，由表1中陰影部分的寄存器控制。中斷位分為兩類：位于EPIRQ (R11)和EPIEN (R12)寄存器的端點控制，以與位于USBIRQ (R13)和USBIEN (R14)寄存器的U

13、SB控制。全局IE位在CPUCTL寄存器中。 表2. 14個MAX3420E中斷源 表2說明了14個中斷控制位，MAXQ3420E部邏輯何時對它們進行置位，以與SPI主控制器怎樣清除它們。 中斷請求位BAV位三個緩沖區(qū)就緒(BAV) IRQ位指示SPI主控制器可以裝入一個IN端點FIFO。芯片復位或者IN數(shù)據(jù)由端點緩沖區(qū)成功地發(fā)送給主機后，MAX3420E置位這些IRQ位。該IRQ通知SPI主控制器緩沖區(qū)可以裝入新數(shù)據(jù)。圖6所示為IN傳輸?shù)目偩€過程，主機從MAX3420E申請數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)包7145到達前，SPI主控制器先將字節(jié)00 00 08裝入端點3-IN FIFO (EP3INFIFO)。

14、然后，SPI主控制器將數(shù)值3寫入EP3INBC (端點3 IN字節(jié)計數(shù))寄存器。寫入字節(jié)計數(shù)寄存器，可完成以下三項功能： 通知MAX3420E當IN請求到達時有多少字節(jié)要發(fā)送。 使端點為傳輸數(shù)據(jù)做好準備(而不是非應(yīng)答)。 清除EP3INBAV IRQ位。 MAX3420E以數(shù)據(jù)包7146響應(yīng)以端點3為地址的IN數(shù)據(jù)包。主機發(fā)送應(yīng)答(ACK)數(shù)據(jù)包7147，響應(yīng)接收到的無誤碼數(shù)據(jù)。當MAX3420E檢測到主機ACK包后，設(shè)置EP3INBAV中斷請求位，通知SPI主控制器端點FIFO可以裝入新數(shù)據(jù)。如果在SPI主控制器準備好端點之前到達IN數(shù)據(jù)包，MAX3420E會響應(yīng)一個NAK握手信號(圖7)。

15、NAK握手信號通知主機稍后重發(fā)IN請求。 如果在IN數(shù)據(jù)傳輸至主機過程中出現(xiàn)誤碼，當主機重發(fā)IN請求時，MAX3420E自動重發(fā)數(shù)據(jù)(以與一樣的數(shù)據(jù)觸發(fā)DATA0/DATA1)。只有接收到來自主機的ACK握手信號后，MAX3420E才會置位端點的BAV IRQ位，指示緩沖區(qū)準備好接收新數(shù)據(jù)。重要提示：與所有的MAX3420E IRQ位一樣，也可以通過寫入1來三個清除BAV IRQ位。千萬不要這樣做。相反，應(yīng)采用上面列出的方法：通過寫入IN端點的字節(jié)計數(shù)寄存器來清除BAV IRQ位。這是因為MAX3420E使用一個IN端點的BAV中斷請求位作為鎖定機制。該機制確保SPI主控制器和MAX3420E

16、的串行接口引擎(SIE)不會同時使用端點緩沖區(qū)。例如，如果清除BAV位，然后以兩條單獨指令裝入字節(jié)計數(shù)器，那么當您更新字節(jié)計數(shù)寄存器時，可能開始了數(shù)據(jù)包傳輸，從而導致數(shù)據(jù)出錯。 BAV IRQ缺省值三個BAV IRQ位(見表2 Default列中的1)的缺省值為1。這表明，上電或者復位后SPI主控制器將讀取到EPIRQ = 0x19。如果任何一個對應(yīng)的IEN位置位，INT引腳將指示中斷處于懸掛狀態(tài)。雙緩沖端點EP2-INMAX3420E EP2-IN端點為雙緩沖結(jié)構(gòu)。這表明它有兩組64字節(jié)FIFO和字節(jié)計數(shù)寄存器。雙緩沖提高了傳輸帶寬，這是因為在裝入另一個數(shù)據(jù)包之前，SPI主控制器不需要等待數(shù)

17、據(jù)包傳輸至主機。采用雙緩沖結(jié)構(gòu)，SPI主控制器可以在一個IN FIFO向主機傳輸其IN數(shù)據(jù)的同時裝入另一個IN FIFO。當您裝載EP2INBC寄存器時，兩個緩沖區(qū)“自動輪換”。這將另一個FIFO (第二組)和字節(jié)計數(shù)寄存器提供給SPI主控制器使用。這種雙緩沖機制對固件來說是透明的。雙緩沖機制使我們能夠觀察到的唯一影響出現(xiàn)在初始化過程中。上電或者芯片復位時，IN2BAVIRQ位置位。一般情況下，初始化程序把數(shù)據(jù)裝入EP2IN FIFO，然后裝載EP2INBC寄存器，為傳輸做好準備，同時清除了IN2BAVIRQ位。這樣做時，您會很奇怪地發(fā)現(xiàn)MAX3420E立即重新置位IN2BAVIRQ位。這表明

18、第二個緩沖區(qū)已經(jīng)準備就緒，允許SPI主控制器裝入第二個數(shù)據(jù)包。DAV中斷請求位OUT端點的數(shù)據(jù)就緒(DAV) IRQ位指示已經(jīng)從主機接收到了新數(shù)據(jù)。MAX3420E自動處理總線重試操作，只有當接收到的數(shù)據(jù)無誤碼時，才會產(chǎn)生中斷請求。當SPI主控制器收到DAV中斷請求時，它將讀取端點字節(jié)計數(shù)寄存器，確定有效數(shù)據(jù)的大小。然后SPI主控制器從端點的OUTFIFO讀取相應(yīng)數(shù)目的字節(jié)。SPI主控制器以向OUTDAV IRQ位寫入1的正常方式對其清零。這樣，使端點再次準備好接收下一個OUT數(shù)據(jù)包。在圖8中，主機發(fā)送一個OUT PID和四個字節(jié)的數(shù)據(jù)，MAX3420E將其傳送至EP1OUT FIFO。當MA

19、X3420E驗證傳送無誤碼后，將更新其EP1OUTBC寄存器，指示四個字節(jié)，向主機發(fā)送ACK包，并置位EP1OUTDAV IRQ，通知SPI主控制器可以提取端點1 FIFO已經(jīng)準備好的數(shù)據(jù)。 雙緩沖端點EP1-OUTMAX3420E EP1-OUT端點為雙緩沖結(jié)構(gòu)，這表明它具有兩組64字節(jié)FIFO和字節(jié)計數(shù)寄存器。雙緩沖意味著SPI主控制器對OUT1DAVIRQ清零后，如果有另一個主機數(shù)據(jù)包在等待，它可以立即重新置位。SUDAV中斷請求位當主機向MAX3420E發(fā)送一個CONTROL傳輸時，MAX3420E在一個8字節(jié)FIFO中存儲8個SETUP字節(jié)，SPI主控制器可從SUDFIFO寄存器中讀

20、取該數(shù)據(jù)。由于外設(shè)總是從該緩沖區(qū)中接收主機數(shù)據(jù)，SUDAVIRQ的作用類似一個OUT端點FIFO，當主機來的新數(shù)據(jù)接收完畢后，MAX3420E置位其SUDAV IRQ。一個SETUP數(shù)據(jù)包總是包含8個字節(jié)，因此，SETUP數(shù)據(jù)不需要字節(jié)計數(shù)寄存器。OSCOK中斷請求位當MAX3420E上電、芯片復位完畢、或者退出關(guān)電狀態(tài)時，需要時間來啟動部振蕩器和PLL，以達到穩(wěn)定。振蕩器就緒(OSCOK) IRQ指示MAX3420E已經(jīng)準備好工作。 圖9所示為實例代碼，采用CHIPRES寄存器位復位MAX3420E。由于芯片復位將停止部振蕩器工作，代碼設(shè)置CHIPRES=0清除復位信號后，在使用MAX342

21、0E之前應(yīng)該等待振蕩器穩(wěn)定下來。 RWUDN中斷請求位處于掛起狀態(tài)時，USB外設(shè)可以發(fā)出遠程喚醒(RWU)信號，通知主機恢復總線工作。USB規(guī)定義了一個1ms至15ms K-state的遠程喚醒信號。SPI主控制器通過設(shè)置遠程喚醒信號(SIGRWU)位等于1，來觸發(fā)RWU信號。當SPI主控制器置位SIGRWU位時，MAX3420E等待5ms，驅(qū)動K-state 10ms，然后置位遠程喚醒完成中斷請求(RWUDNIRQ)位。5ms延時保證符合另一USB要求：在外設(shè)發(fā)出恢復信號前，總線必須至少空閑(J-state) 5ms。圖10所示為發(fā)送遠程喚醒的實例代碼。注意，MAX3420E實現(xiàn)信號定時，完

22、成后置位IRQ。MAX3420E對于所有的定時USB事件均這樣處理，完成時產(chǎn)生一個中斷，因此SPI主控制器不需要定時控制信號間隔。 圖10中的代碼置位SIGRWU位，然后循環(huán)等待RWUDNIRQ置位，以確定持續(xù)10ms信號時間。然后，SPI主控制器設(shè)置SIGRWU = 0，并清除IRQ位。一般地，在多任務(wù)SPI主控制器中，應(yīng)響應(yīng)RWUDNIRQ中斷請求，而不要浪費時間直接檢查IRQ位。接收到RWUDNITQ中斷后的5ms，SPI主控制器應(yīng)關(guān)閉SIGRWU位。如果沒有這樣做，MAX3420E將啟動另一個10ms K-state，重復這一過程(等待5ms, 然后10ms K-state)，直到SI

23、GRWU = 0。在RWU信號處理過程中設(shè)置SIGRWU = 0，不會終止RWU信號。如果SPI主控制器設(shè)置SIGRWU = 1時MAX3420E正處于關(guān)電狀態(tài)(PWRDOWN = 1)，那么MAX3420E會自動重新啟動振蕩器，等待其達到穩(wěn)定，然后開始發(fā)送RWU信號。在這種情況下，SPI主控制器不需要檢查OSCOK IRQ。BUSACT中斷請求位當MAX23420E探測到在USB數(shù)據(jù)包的開始位置有SYNC模式時，置位BUSACT IRQ位。USB總線復位過程不是總線活動狀態(tài)，因此不會觸發(fā)BUSACK中斷請求。URES和URESDN中斷請求位USB主機通過至少保持50ms的單端零(SE0)狀態(tài)

24、(D+和D-同時驅(qū)動至低電平)，來復位外設(shè)。探測到2.5s的SE0狀態(tài)后，MAX3420E置位USB復位IRQ (URESIRQ)。然后，當主機完成復位后，MAX3420E置位USB復位完成IRQ (URESDNIRQ)。由于SPI主控制器需要監(jiān)視USB總線復位事件，在總線復位期間，MAX3420E不會清除URESIE、URESDNIE或IE中斷使能位。但在總線復位期間它會清除EPIEN和USBIEN寄存器中的所有其他中斷使能位。 SUSP中斷請求位當MAX3420E探測到總線停止工作3ms (持續(xù)J-state)后，它產(chǎn)生掛起中斷請求(SUSPIRQ)。如果使用MAX3420E的外設(shè)是由總線供電的，它必須進入低功耗狀態(tài)，以最大程度降低從VBUS上吸收的電流。在這種情況下，SPI主控制器應(yīng)關(guān)斷消耗功率的外設(shè)，然后設(shè)置PWRDOWN = 1，使MAX3420E進入低功耗模式。這樣一來，MAX3420E振