폴링과 인터럽트를 이용한 장치 인터페이스

폴링과 인터럽트를 이용한 장치 인터페이스

 폴링과 인터럽트를 이해하고 폴링으로 에지를 검출할 수 있는 능력을 가질 수 있다.

 폴링을 이용하여 EEPROM을 쓰고 읽는 방법을 이해할 수 있다.

 외부 인터럽트를 사용하는 방법을 이해하고 사용할 수 있는 능력을 키울 수 있다.

 주 프로그램과 인터럽트 서비스 루틴 사이를 요청/응답 인터페이스로 연결함으로써 상태도 기반 알고리즘 구성을 이해할 수 있다.

학습목표

1. 폴링을 이용한 장치 인터페이스

2. 인터럽트를 이용한 장치 인터페이스

3. 인터럽트 활성화와 인터럽트 서비스 루틴 연결 4. 외부 인터럽트

5. 주 프로그램과 인터럽트 서비스 루틴의 요청/응답 인터페 이스

6. 포토인터럽터 인터페이스 (동영상)

7. LCD 문자 디스플레이 인터페이스 (동영상)

목 차

Section 01 폴링을 이용한 장치 인터페이스

 ATmega128









장치 상태 확인 방법

• 폴링

• 인터럽트

Section 01 폴링을 이용한 장치 인터페이스

 폴링을 이용한 외부 장치 인터페이스



• 내부 또는 외부 장치의 동작은 제어 프로그램에 의해 통제

• 주 프로그램 안에서 CPU 명령어로 반복적으로 장치 상태 검사

• 상태를 감지하기 위한 폴링 구분

» 레벨감지 폴링 : 전압레벨 값을 감지하기 위한 폴링

» 에지감지 폴링 : 디지털 전압레벨 값의 변경(에지) 감지



Section 01 폴링을 이용한 장치 인터페이스



• 핀의 논리값(전압레벨)이 1(HIGH)일 때를 감지하기 위한 코드

• 핀의 논리값(전압레벨)이 0(LOW)일 때를 감지하기 위한 코드

Section 01 폴링을 이용한 장치 인터페이스



• 상승에지 감지하는 코딩 사례

» 플로차트

» 이전 장치값을 prev 변수에, 검사 시점의 장치값을 now 변수에 넣고 검사

Section 01 폴링을 이용한 장치 인터페이스

 폴링을 이용한 내부 장치 EEPROM 인터페이스



• EEPROM(Electrically Erasable and Programmable ROM)은 전기적으로 지우고 다시 기록할 수 있음

• 데이터 메모리에 해당

• 4K바이트의 크기

• 100,000회 이상 읽기/쓰기 가능

• 전원 공급이 되지 않아도 기록된 데이터가 소멸되지 않는 비 휘발성 메모리

• SRAM과 달리 특수한 쓰기/읽기 방법을 사용해야 함

• EEPROM 쓰기/읽기 동작에 필요한 주요 레지스터

EEARH, EEARL, EEDR, EECR 레지스터

Section 01 폴링을 이용한 장치 인터페이스



• 주소를 지정하기 위한 12비트 설정 레지스터

• 4K바이트 0x000부터 0xFFF 사이로 지정

• #include <avr/io.h>를 포함해 unsigned int 자료형 EEAR로 사용 가능

Section 01 폴링을 이용한 장치 인터페이스



• 특정 주소 EEAR에 기록할 8비트 데이터 설정

• 특정 주소 EEAR에서 읽은 8비트 데이터를 보관

• #include <avr/io.h>를 포함해 unsigned char 자료형 EEDR로 사용 가능

Section 01 폴링을 이용한 장치 인터페이스



• EEPROM 쓰기/읽기를 제어하기 위한 상태 및 제어 비트 포함

Section 01 폴링을 이용한 장치 인터페이스



Section 01 폴링을 이용한 장치 인터페이스

❶ EECR 레지스터의 EEWE 비트가 0이 될 때까지 기다림

❷ SPMCSR 레지스터의 SPMEN 비트가 0이 될 때까지 기다림

» 부트로더에서 CPU가 플래시 프로그램 메모리에 쓰기 동작을 하는 경우에만 검사 필요

❸ 사용할 EEPROM 주소를 EEAR 레지스터에 기록

❹ 기록할 EEPROM 데이터를 EEDR 레지스터에 기록

❺ EECR 레지스터의 EEWE 비트에 0을 쓰고, EEMWE 비트에 1을 기록

❻ EEMWE를 1로 설정한 후, 4 클록 사이클 안에 EEWE에 1을 기록

» ➎와 ➏ 단계 사이에 인터럽트가 발생하면, 쓰기 동작 실패

» 이를 위해 ➌ ~ ➏ 단계 동안 cli( ) 함수로 전체 인터럽트를 비활성화하는 것이 바람직함

Section 01 폴링을 이용한 장치 인터페이스

Section 01 폴링을 이용한 장치 인터페이스



Section 02 인터럽트를 이용한 장치 인터페이스

 인터럽트를 이용한 장치 인터페이스







인터럽트는 외부 또는 내부에서 발생되는 사건에 대하여 CPU 하드웨어의 도움을 받아 자동으로 감지되고, 인터럽트 서비스 루틴이 자동으로 실행되는 메커니즘

Section 02 인터럽트를 이용한 장치 인터페이스

 ATmega128 인터럽트 발생 유형 및 원인







• 내부 또는 외부 요인에 의한 리셋이 발생하는 경우

• 0으로 나누는 등 불가능한 연산을 방지하기 위한 경우

• 멀티프로그래밍 지원을 위한 명령어 예외 처리의 경우

• 멀티프로그래밍 지원을 위한 메모리 보호 또는 가상 메모리를 위한 경우

• I/O 장치 처리를 위한 장치의 상태 변화로 유발되는 경우

• 타이머를 이용한 자원 관리를 위한 경우

Section 02 인터럽트를 이용한 장치 인터페이스



• 범용 마이크로프로세서가 아닌 장치 제어로 시스템을 효과적으로 관리

• I/O 장치 처리를 강화하기 위한 인터럽트를 많이 제공

• 외부 장치 인터페이스

» 외부에 연결될 장치와의 인터럽트 인터페이스로 8개의 외부핀 인터럽트 제공

• 내부 장치 인터페이스

» EEPROM, USART 등 내장된 장치와 인터럽트를 통한 인터페이스

Section 02 인터럽트를 이용한 장치 인터페이스



Section 02 인터럽트를 이용한 장치 인터페이스

Section 02 인터럽트를 이용한 장치 인터페이스

Section 02 인터럽트를 이용한 장치 인터페이스

 인터럽트 발생과 인터럽트 서비스 루틴 실행

① 1단계

SREG의 I-비트를 0으로 클리어, 현재 실행 중인 명령어를 실행 완료 ② 2단계

스택 포인터(SP)를 감소 ③ 3단계

PC를 SP가 가리키는 스택에 보관 ④ 4단계

PC에 인터럽트 벡터 주소를 넣고, 인터럽트 발생 플래그를 0으로 클리어 ⑤ 5단계

변경된 PC에서부터 인터럽트 서비스 루틴이 수행

Section 02 인터럽트를 이용한 장치 인터페이스



• 1단계

» SREG의 I-비트를 0으로 클리어, 현재 실행 중인 명령어를 실행 완료

Section 02 인터럽트를 이용한 장치 인터페이스

• 2단계

» 다음 실행될 명령어 주소를 간직한 PC를 스택에 보관하기 위해 스택 포인터(SP)를 감소

Section 02 인터럽트를 이용한 장치 인터페이스

• 3단계

» PC를 SP가 가리키는 스택에 보관

» 인터럽트 서비스 프로그램이 종료되면, 돌아갈 주소가 스택에 저장됨

Section 02 인터럽트를 이용한 장치 인터페이스

• 4단계

» PC에 발생된 인터럽트 벡터 주소 V1을 넣음

» 개별 인터럽트 발생 플래그를 0으로 클리어

Section 02 인터럽트를 이용한 장치 인터페이스

• 5단계

» PC 주소 V1에서 명령어 JMP를 명령어 레지스터(IR)에 인출하면서 JMP 명령을 실행하여 인터럽트 서비스 프로그램을 수행

» ATmega128은 35개의 인터럽트가 있고, 프로그램 메모리 0번지부터 인터럽트 벡터 순으로 JMP 명령을 놓아 해당 서비스 루틴으로 JMP



» gcc 컴파일러가 상태 레지스터와 범용 레지스터를 저장함

Section 02 인터럽트를 이용한 장치 인터페이스

 인터럽트 서비스 루틴에서 주 프로그램으로 복귀



• 1단계

» PC가 지칭하는 메모리에서 인출된 명령어를 디코딩

» RETI (그림의 IRET는 RETI의 오타)에 해당되면 주 프로그램으로 복귀 동작이 수행되 기 시작

Section 02 인터럽트를 이용한 장치 인터페이스

• 2단계

» 스택포인터(SP)가 가리키는 스택에서 값을 읽어 PC로 옮겨 놓음

» 전역 인터럽트 I-비트를 1로 만들어 다시 인터럽트 발생을 허용

Section 02 인터럽트를 이용한 장치 인터페이스

• 3단계

» PC의 위치가 P로 복원되었으므로,

» 주소 P에서 명령어 ADD를 명령어 레지스터(IR)에 인출하여, 중단되었던 프로그램을 계속 수행

Section 02 인터럽트를 이용한 장치 인터페이스



• PC는 인터럽트 처리 과정에서 자동 보관과 복구

• SREG와 범용 레지스터는 PUSH/POP 명령으로 보관과 복구 필요

• 인터럽트와 CPU 레지스터의 보관과 복구