AVRマイコンの割り込み

　AVRマイコンにはタイマ、AD変換、その他の複数の割り込みが存在する。ここでは、割り込みの基本的な動作・プログラミング手順と、外部割り込みへの適用について説明する。

AVRマイコン（他のマイコンでもほぼ同様であるが）での、割り込み処理の流れは、

      ※ SERGはステータスレジスタ。
　　　　Iビットを操作する事で割り込み全体を禁止／許可する。

　　　　　　Iビットを1にする場合は sei()
             　　　    0にする場合は cli()

　　　　　　　　     を実行する事

　の様になる。

具体的には、タイマや外部割り込み信号線から割り込み信号が与えられると、

　SREGレジスタのIビットをチェックして、内容が1にセットされていて、
　個別の割り込みマスクが設定されていなければ、
　CPUは割り込みを受け付け、
　ベクタテーブルから割り込みハンドラのアドレスを参照し、
　割り込みハンドラにジャンプする。
【注意】割り込みハンドラ内では、デフォルトでSREG:I=0となっているため、他の割り込みは禁止される。
　　　　　割り込みハンドラがリターンする時にSREG:I=1となる。(多重割り込みの禁止）

のように動作する。

AVRマイコンには、

5本の外部割り込み（INT0～3、INT6）
- INT0：4ピン、　INT1：5ピン、　INT2：6ピン、 INT3：7ピン、 INT6：30ピン

8本のピン変化割り込み（PCINT0～7）
- PCINT0：22ピン、　PCINT1：23ピン、 PCINT2：24ピン、　PCINT3：25ピン
- PCINT4：26ピン、　PCINT5：27ピン、 PCINT6：28ピン、　PCINT7：29ピン

の外部割り込み信号線がある。いずれも他の機能と共用されているので、設定で割り当てを変える必要がある。
外部割り込みとピン変化割り込みの違いは、割り込みイベントの発生条件の違いによる。（レベルトリガ、エッジトリガについては、こちら）外部割り込みでは、以下の様に、割り込みイベントの発生条件を4つの中から選択できるが、ピン変化割り込みでは信号レベルの変化（１→0とか）の１種類となる。

外部割り込み信号線による割り込みのプログラミングの手順

具体的なプログラミングの手順は以下の通りである。

割り込みハンドラの定義
割り込みイベントの発生条件を設定
割り込みマスクの設定
全ての割り込みを許可

以下、順に説明する。

１．割り込みハンドラの定義

　割り込みハンドラは、割り込み発生時に呼び出される関数の一種と考えればよい。
　割り込みハンドラの名前（関数名）は、割り込み毎に事前に定義されていて、イベント名＋_vectとなっている。（gccの場合）
　従って、INT0の割り込みハンドラは、

INT0_vect

となる。Cのソースで、割り込みハンドラを記述するには、

ISR(INT0_vect) // INT0_vectをベクタと呼ぶ
{
// 実行したい内容
}

のように、記述する事。なお、イベント名と割り込みの対応は、下表「表：ベクタテーブル」を参照のこと。
割り込みハンドラ実行中は、割り込み禁止状態になっている。割り込みハンドラも割り込まれる多重割り込みを使用したいなら、ハンドラ内でsei()を呼ぶ必要がある。

２．割り込みイベントの発生条件を設定

以下の表から、各外部割り込み毎に、割り込みイベントの発生条件を選択する。
レベルトリガ、エッジトリガについては、こちらを参照

表：外部割り込み（INT0～INT3、INT6）の割り込みイベント発生条件

ISCn1	ISCn0	機能	トリガ種別
0	0	INTピンのLレベルで割り込み	レベルトリガ
0	1	INTピンの論理変化で割り込み	エッジトリガ
1	0	INTピンの立ち下がりで割り込み	エッジトリガ
1	1	INTピンの立ち上がりで割り込み	エッジトリガ

※ISCn1などのnは外部割り込みの名前（INT0なら0）を表す。

　具体的には、以下の通り、EICRAレジスタ及びEICRBレジスタの該当ビットに対して上の表の内容で、設定を行う。

表：EICRAレジスタのビット配置

bitの位置 (ビットの名前)	7 (ISC31)	6 (ISC30)	5 (ISC21)	4 (ISC20)	3 (ISC11)	2 (ISC10)	1 (ISC01)	0 (ISC00)
機能	INT3のイベント発生条件		INT2のイベント発生条件		INT1のイベント発生条件		INT0のイベント発生条件
初期値	0	0	0	0	0	0	0	0

表：EICRBレジスタのビット配置

bitの位置 (ビットの名前)	7 (未使用)	6 (未使用)	5 (ISC61)	4 (ISC60)	3 (未使用)	2 (未使用)	1 (未使用)	0 (未使用)
機能			INT6のイベント発生条件
初期値	0	0	0	0	0	0	0	0

従って、INT2の割り込みイベント発生条件を、エッジトリガ（立ち下がり）としたいなら、

bitの位置 (ビットの名前)	7 (ISC31)	6 (ISC30)	5 (ISC21)	4 (ISC20)	3 (ISC11)	2 (ISC10)	1 (ISC01)	0 (ISC00)
機能	INT3のイベント発生条件		INT2のイベント発生条件		INT1のイベント発生条件		INT0のイベント発生条件
設定値	0	0	1	0	0	0	0	0

EICRA = 0x20; // INT2の割り込みイベント発生条件を、立ち下がりエッジに設定

　　　以下のような簡潔な記述方法もあるが、ビット演算を学ぶため16進表記で記述する。
　　　EICRA = _BV(ISC21);　　

とする。

３.割り込みマスクの設定

EIMSKレジスタの該当ビットを操作する事で、割り込みをマスク（禁止）、あるいは許可する事が出来る。

表：EIMSKレジスタのビット配置

bitの位置 (ビットの名前)	7 (-)	6 (INT6)	5 (-)	4 (-)	3 (INT3)	2 (INT2)	1 (INT1)	0 (INT0)
機能	-	１：INT6割り込みを許可０：INT6割り込みを禁止	-	-	１：INT3割り込みを許可０：INT3割り込みを禁止	１：INT2割り込みを許可０：INT2割り込みを禁止	１：INT1割り込みを許可０：INT1割り込みを禁止	１：INT0割り込みを許可０：INT0割り込みを禁止
初期値	0	0	0	0	0	0	0	0

従って、INT6割り込みを許可したいなら、

bitの位置 (ビットの名前)	7 (-)	6 (INT6)	5 (-)	4 (-)	3 (INT3)	2 (INT2)	1 (INT1)	0 (INT0)
機能	-	１：INT6割り込みを許可０：INT6割り込みを禁止	-	-	１：INT3割り込みを許可０：INT3割り込みを禁止	１：INT2割り込みを許可０：INT2割り込みを禁止	１：INT1割り込みを許可０：INT1割り込みを禁止	１：INT0割り込みを許可０：INT0割り込みを禁止
設定値	0	0	0	0	0	0	0	0

EIMSK |= 0x40; // Enable INT6（割り込みを許可）

　　　以下のような簡潔な記述方法もあるが、ビット演算を学ぶため16進表記で記述する。
　　　EIMSK |= _BV(INT6);

のように記述する。

４．全ての割り込みを許可

　３．の割り込みマスクの設定では、個別に割り込みの許可・禁止を切り替えていたが、これに加えて以下の様に、sei()関数とcli()関数を用いてSREGレジスタのIビットを設定する事で、割り込みの許可・禁止を切り替える。

sei(); // 設定済みの、全割り込みを許可（SREG:I = 1）

cli(); // 全ての割り込みを禁止（SREG:I = 0）

サンプルプログラム

......

/*
* INTx 割り込みハンドラ
* 割り込み発生時は、PC7を3回点滅させる。
*/
//INTx 割り込みのベクタテーブルを指定
ISR(INT0_vect) // ピン割り込み(INT0 4ピン)
//ISR(INT1_vect) //ピン割り込み(INT1 5ピン)
//ISR(INT2_vect) //ピン割り込み(INT2 6ピン)
//ISR(INT3_vect) //ピン割り込み(INT3 7ピン)
//ISR(INT6_vect) //ピン割り込み(INT6 30ピン)
{
int i;

   for (i=0; i<3; i++)
{
       PORTC = 0x80; // PC7(オンボードLED)をON
       _delay_ms(100);

       PORTC = 0x00; // PC7(オンボードLED)をOFF
       _delay_ms(100);
   }
}

int main()
{
CLKPR = 0x80; CLKPR = 0; // 16MHz動作のための設定
MCUCR &= ~(1 << PUD); // プルアップを有効にする

/*
■外部割り込み(INT0～INT3)のマスクを設定する。各ビットが0の時、割り込みはマスク（禁止）される。(EIMSKレジスタ)
    使用可能な外部割り込みは、INT0～INT3、INT6
*/
    EIMSK |= 0x01;                   // Enable INT0（割り込みマスクを解除）
//   EIMSK |= 0x02;                   // Enable INT1（割り込みマスクを解除）
//   EIMSK |= 0x04;                   // Enable INT2（割り込みマスクを解除）
//   EIMSK |= 0x08;                   // Enable INT3（割り込みマスクを解除）
//    EIMSK |= 0x40;                   // Enable INT6（割り込みマスクを解除）

/*
■割り込みイベントの発生条件を選択する。（EICRAレジスタはINT0～INT3、EICRBレジスタはINT6）
      ISC?1   ISC?0
        0       0     レベルトリガ(low active)
        0       1     エッジトリガ(両エッジ)
        1       0     エッジトリガ(立ち下がり)
        1       1     エッジトリガ(立ち上がり)

[EICRAレジスタ]
7(ISC31) 6(ISC30) 5(ISC21) 4(ISC20) 3(ISC11) 2(ISC10) 1(ISC01) 0(ISC00)
INT3の発生条件 INT2の発生条件 INT1の発生条件 INT0の発生条件

[EICRBレジスタ]
7(未使用) 6(未使用) 5(ISC61) 4(ISC60) 3(未使用) 2(未使用) 1(未使用) 0(未使用)
INT6の発生条件
*/

    EICRA |= 0x03;   // INT0のトリガ選択（立ち上がりエッジで割り込み発生）
//   EICRA |= 0x0C;   // INT1のトリガ選択（立ち上がりエッジで割り込み発生）
//    EICRB |= 0x30;   // INT6のトリガ選択（立ち上がりエッジで割り込み発生）

    DDRC = 0x80;        // PortCのbit7を出力に。ボード上のLEDへの出力
DDRD = 0x00;           //   PortDを入力に(INT0を使う場合）
PORTD = 0x01;   //   PD0をプルアップ(INT0を使う場合）
// DDRE = 0x00;           //   PortEを入力に(INT6を使う場合）
// PORTE = 0x40;   //   PE6をプルアップ(INT6を使う場合）

sei(); // 全割り込みを許可

while(1) {
}
}

その他

割り込みが禁止（＝マスク）された状態で割り込みイベントが発生すると、割り込みハンドラは呼び出されない。ただし割り込みイベントの発生は、EIFRレジスタに記録される。

　また、EIFRレジスタに記録された割り込みイベントは、割り込みがsei()によって許可されるか、もしくはEIMSKレジスタにより割り込みが許可されると同時に処理（つまり割り込みハンドラの呼び出し）される。

　割り込みが禁止された状態で、EIFRレジスタの割り込みイベントをクリアする事も出来る。（割り込みが許可されても、割り込みハンドラの呼び出しは行われなくなる）

表：EIFRレジスタのビット配置

bitの位置 (ビットの名前)	7 (-)	6 (INTF6)	5 (-)	4 (-)	3 (INTF3)	2 (INTF2)	1 (INTF1)	0 (INTF0)
機能	-	INT6 割込イベント発生：1 割込ハンドラ呼出：0 ※1、※2	-	-	INT3 割込イベント発生：1 割込ハンドラ呼出：0 ※1、※2	INT2 割込イベント発生：1 割込ハンドラ呼出：0 ※1、※2	INT1 割込イベント発生：1 割込ハンドラ呼出：0 ※1、※2	INT0 割込イベント発生：1 割込ハンドラ呼出：0 ※1、※2
初期値	0	0	0	0	0	0	0	0

^_※1ビットに1を書くと、0に解除可能
^※2レベルトリガを選択すると、常に0

【注意】
EIFRレジスタは、割り込みイベントの有無を記録し、

該当するビットが1で、かつ、割り込みが許可されている場合は、割り込みハンドラを呼び出し、ビットは0にリセット
該当するビットが１で、かつ、割り込みが禁止されている場合は、割り込みハンドラは呼び出されず、ビットは１のまま。
該当ビットが1の状態で、割り込み禁止状態から、割り込み許可状態に移行すると、割り込みハンドラが呼び出される。
EIFRの各ビットはソフトウエアで書き換え可能。（従って、このビットの制御によって、ソフトウエアで割り込みハンドラを
呼び出したり、呼び出しをキャンセルすることが出来る。

のように使用することが出来る。

ピン変化割り込みのプログラミング手順

作成中...

多重割り込み

　割り込みハンドラを実行中に、別の割り込みイベントが発生するとどうなるか.... 考えてみよう。予想される解答は、

割り込みイベントは無視される。
割り込みイベントは保留される。
実行中の割り込みハンドラが、別の割り込みハンドラに割り込まれる。
もう、訳分かんない。
その他

　などであろうか。４と５は答えになって無いので無視するとして、１、２、３について考えてみる。

　まず、１の「割り込みイベントは無視される。」であるが、割り込みイベントが無視されると、

時計が狂ったり
音が鳴らなかったり
LEDが光らなかったり

　など、割り込みが関係する他の処理が動かない事になる。（あるいは正常に動作しない可能性が高い）
　これだと、色々、問題なので、実際には割り込みイベントが無視するという事は、一般には行わない。
　（無視するようにプログラミングする事は出来る。）

　２の「割り込みイベントは保留される」については、あり得る話である。なぜなら、割り込みにも色々な種類があるわけで、優先順位の高い割り込みを優先するというのは、必要な機能と考えられる。優先順位の高い割り込みイベントが処理されている間は、その他は、おとなしく待っている（＝保留）という事だ。

　３については、２の延長線上の話で、「優先順位の低い割り込みが、優先順位の高い割り込みによって、処理を割り込まれる」
ということである。
　ただし、優先順位が低い割り込みであったとしても、プログラムの処理の都合で、どうしても割り込まれたくないという事もある。
（こういう部分を、クリティカルゾーンという）そのような場合は、割り込みをマスクする事で、割り込みが発生しないような配慮を行う必要がある。（クリティカルゾーンは、可能な限り、少なくするべき）

　多重割り込みのイメージは以下の様な感じ。

　AVRマイコンでは、デフォルトでは多重割り込みは発生しない設定になっている。なぜなら、割り込みハンドラの呼び出し時に、SREGレジスタのIビットが0に設定（つまりcli()が実行されるってこと）なので、他の割り込みが禁止されるからだ。
　多重割り込みを実現したいなら、割り込みハンドラ内で、sei()を実行する必要がある。

以下に一覧（ベクタテーブル）を示す。

表：ベクタテーブル

No	Program Addres	Source （割込イベント）	Interrupt Definition（割り込みの詳細）
1	$0000	RESET	External Pin, Power-on Reset, Brown-out Reset,Watchdog Reset, and JTAG AVR Reset　（外部リセット入力、電源ONリセット、ウオッチドックリセット、JTAGリセット）
2	$0002	INT0	External Interrupt Request 0　（外部割り込み0：INT0ピン）
3	$0004	INT1	External Interrupt Request 1　（外部割り込み1：INT1ピン）
4	$0006	INT2	External Interrupt Request 2　（外部割り込み2：INT2ピン）
5	$0008	INT3	External Interrupt Request 3　（外部割り込み3：INT3ピン）
8	$000E	INT6	External Interrupt Request 6　（外部割り込み4：INT6ピン）
10	$0012	PCINT0	Pin Change Interrupt Request 0 （ピン変化割り込み0：PCINT0)
11	$0014	USB	General USB General Interrupt request (USB一般割り込み）
12	$0016	USB	Endpoint USB Endpoint Interrupt request (USBエンドポイント割り込み）
13	$0018	WDT	Watchdog Time-out Interrupt　（ウオッチドックタイムアウト）
17	$0020	TIMER1	CAPT Timer/Counter1 Capture Event　（タイマ／カウンタ１　キャプチャ）
18	$0022	TIMER1 COMPA	Timer/Counter1 Compare Match A　（タイマ／カウンタ１A　比較・一致）
19	$0024	TIMER1 COMPB	Timer/Counter1 Compare Match B　（タイマ／カウンタ１B　比較・一致）
20	$0026	TIMER1 COMPC	Timer/Counter1 Compare Match C　（タイマ／カウンタ１C　比較・一致）
21	$0028	TIMER1 OVF	Timer/Counter1 Overflow　（タイマ／カウンタ１　オーバフロー）
22	$002A	TIMER0 COMPA	Timer/Counter0 Compare Match A　（タイマ／カウンタ０A　比較・一致）
23	$002C	TIMER0 COMPB	Timer/Counter0 Compare match B　（タイマ／カウンタ０B　比較・一致）
24	$002E	TIMER0 OVF	Timer/Counter0 Overflow　（タイマ／カウンタ０　オーバフロー）
25	$0030	SPI (STC)	SPI Serial Transfer Complete　（SPI 転送終了）
26	$0032	USART1 RX	USART1 Rx Complete　（USART１受信）
27	$0034	USART1 UDRE	USART1 Data Register Empty　（USART1データエンプティ）
28	$0036	USART1TX	USART1 Tx Complete　（USART1送信完了）
29	$0038	ANALOG COMP	Analog Comparator　（アナログ比較器）
30	$003A	ADC	ADC Conversion Complete　（AD変換完了）
31	$003C	EE READY	EEPROM Ready　（EEPROM操作可）
32	$003E	TIMER3 CAPT	Timer/Counter3 Capture Event （タイマ／カウンタ３キャプチャ）
33	$0040	TIMER3 COMPA	Timer/Counter3 Compare Match A　（タイマ／カウンタ３A　比較・一致）
34	$0042	TIMER3 COMPB	Timer/Counter3 Compare Match B　（タイマ／カウンタ３B　比較・一致）
35	$0044	TIMER3 COMPC	Timer/Counter3 Compare Match C　（タイマ／カウンタ３C　比較・一致）
36	$0046	TIMER3 OVF	Timer/Counter3 Overflow　（タイマ／カウンタ３　オーバフロー）
37	$0048	TWI	2-wire Serial Interface　（TWI）
38	$004A	SPM READY	Store Program Memory Ready　（SPM操作可）
39	$004C	TIMER4 COMPA	Timer/Counter4 Compare Match A　（タイマ／カウンタ４A　比較・一致）
40	$004E	TIMER4 COMPB	Timer/Counter4 Compare Match B　（タイマ／カウンタ４B　比較・一致）
41	$0050	TIMER4 COMPD	Timer/Counter4 Compare Match D　（タイマ／カウンタ４C　比較・一致）
42	$0052	TIMER4 OVF	Timer/Counter4 Overflow　（タイマ／カウンタ４　オーバフロー）
43	$0054	TIMER4 FPF	Timer/Counter4 Fault Protection Interrupt　（タイマ／カウンタ４　誤り保護）

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最終更新：2017年10月04日 18:37

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