為何AVR使用寫1作為清0中斷標志位的手段

ID:104287 · 發表于 2016-1-31 20:23

關于“為何AVR使用寫1作為清0中斷標志位的手段”這個問題我看過很多的相關資料。在AVR的手冊中并沒有給出為什么的解釋，只是強調了“寫1清0中斷標志位”。同時我也看到很多新的芯片，如DSP等，也是采用寫1清零標志位的。但沒有找到更專業的，或從根源上的說明，如果那位有這方面的知識或資料，歡迎深入的討論學習。

下面是我個人的分析和解釋，供參考。

1。首先從硬件上的考慮，通常的讀寫處理單元是以8BIT字節為單位的，因為數據總線一般是8位的倍數。這樣對位的操作就不方便，不能直接寫1位（會改變其它的位），需要先讀到寄存器，然后改動1位，最后回寫，需要更多的時間。

2。對于RAM操作一般采用直接寫的方式，所以對RAM基本上沒有直接的位操作指令。而對于寄存器是可以直接位操作的，但如果對所有的寄存器都能實現位操作，那么硬件結構上就非常復雜和龐大了，所以必須采用一種折中的處理方法。

3。現在的趨勢是采用C語言編寫系統程序，而標準的C中，沒有位變量的概念，最小的單位也是字節。因此硬件的設計上面也要考慮能發揮C語言的優勢。

以上是我分析的原因。因為已經超出了我研究的方向（我側重于應用），可能不全面或有偏差。下面回到AVR本身。

我們可以注意到：
1。AVR沒有“位”空間，也就是說沒有單獨的“位”地址，所有的位尋址是基于8位的寄存器的，所以基本尋址方式是以寄存器為主的。

2。因此AVR沒有專門的位尋址指令，它本身的位操作指令很少，都是在寄存器尋址的基礎上，對寄存器的某位進行操作。

3。除了對狀態寄存器SREG中的位有直接的操作指令外（SREG太特殊了，必須要有專用的位操作指令），能夠對其它寄存器的位操作的指令只有2個。
a）BST、BLD。這個指令的周期是1CK，他是將SREG中的T標志位與32個通用寄存器的位之間交換數據的指令。如果要對32個寄存器的1位進行設置的話（比如置1），必須先使用指令將SREG中的T置1，然后使用BLD指令將T的值寫到寄存器的某位。需要2個CK時間。
b)SBI、CBI。這2條指令是對前32個（注意：僅對前32個I/O空間！）I/O空間的寄存器的位進行設置的指令。這2個指令的執行時間是2個CK。AVR對寄存器操作的指令大多數都是1個CK，而這2個指令為何需要2個CK？原因在與寫的時候還是8位一起寫，因此改變1位需要先讀，修改1位，再回寫。這樣保證了其它位不變，但時間需要2個CK了。

4。正是由于第3點（b），所以PA、PB、PC、PD等I/O口的寄存器均在前32個I/O空間，這樣就實現了方便的單獨的按位控制I/O口了。

5。不同C編譯器，位處理是不同的。ICC、IAR基本沒有擴展位處理，按標準C來處理，因為他們考慮的可移植性更加多些。而CVAVR擴展了位變量（放在32個工作寄存器中）和位操作（僅能對I/O空間前32個寄存器），因此用戶使用起來更方便些。但要注意，對I/O空間后32個寄存器，CVAVR也不能實現位操作的。

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最后看一下中斷標志位的處理。在AVR中對中斷標志位的處理是根據不同情況采用不同的處理方法的，在上面的英文說明中已經給出了解釋。有的是進入執行中斷由硬件清除，有的是讀某個寄存器后由硬件清除。而軟件清除通常是寫“1”，為什么？

看一下M16的手冊，發現外部中斷標志寄存器GIFR（0X3A）、和T/C的中斷標志寄存器TIFR（0X38），都在I/O空間的后32個地址中，而且全部是中斷標志寄存器。因此不管是ICC、IAR、還是CVAVR，肯定不能使用SBI、CBI指令對位操作了，只能是對1個寄存器8位同時寫操作了。

那么，通常在C中如何改變1位置1呢？通常大家認為正確的語句是：XXXX |= 0B00000001；其功能是將XXXX先讀出，然后同0B00000001或，使最低位為1，其它位保持不變。實際需要3條匯編指令的。改變1位置0：XXXX &= 0B11111110；同樣需要3條匯編指令的。

AVR采用寫“1”清“0”中斷標志位（寫“0”不影響標志位），那么語句就可以直接使用TIFR = 0B00000001了，只需要2條匯編。將最低位的標志位清“0”，同時保證了其它標志位的不變。（！！！注意，反而使用TIFR |= 0B00000001是錯誤的！！！因為，如果其它的位本身是1的話，這樣反而也被清掉了）

另外，寫“0”清“0”中斷標志位的話，那么寫“1”到中斷標志位的話應該如何定義呢？中斷標志位應該是硬件置1的，如果軟件可以置1，會帶來更多的麻煩。

實際上，上面的英文解釋還是不全面的，容易引起一些誤解。
a)只能對于TIFR、GIFR使用TIFR = 0B00000001這樣的語句，因為只有這兩個寄存器中，全部都是中斷標志位。
b)而對于一些其它的中斷標志位，如果它所在的寄存器中還有一些是非中斷標志位的，就必須使用XXXX |= 0B00000001的寫法了。
c)對于非中斷標志位的設置，還是必須使用XXXX |= 0B00000001這樣的形式的。

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以上的回答，我自己感覺并沒有從根本上給出“為什么”的答案，只是從表象中的分析。只是AVR本身采用了這樣的方法，我們要能在使用中能正確的應用是我的目的。

至于更專業的解答，需要微電子專業的專門設計芯片的人士給出回答了。

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