Arduino #35: les interruptions en 7 étapes

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Objectifs

  1. Comprendre la notion des interruptions
  2. Différence entre pooling et interruption
  3. Connaitre et apprendre à configurer les registres d’interruptions
  4. Savoir programmer son routine d’interruption
  5. Savoir la procédures d’utilisation d’une interruption externe

Définition

Une interruption comme définition est un événement qui permet d’interrompre le programme principal (la fonction loop() ) pour exécuter la fonction (ou routine) d’interruption. Lorsqu’une interruption est désactiver (ou masquer), la fonction loop() qui sera exécuter par défaut d’une façon infinie. Dans le cas échéant, la routine d’interruption se déclenche dès l’apparition d’un évènement.

Notion du pooling (sans interrurption) – Exemple

La technique de pooling consiste à l’utilisation normale de la boucle loop() sans faire appel aux interruptions. On scrute les entrées d’une façon itérative puis on déclenche les sorties (actions) en fonctions des entrées. Le temps de mise à jour des sorties dépend étroitement du moment de l’apparition de l’évènement (exemples: surintensité dans un moteur détecté par un capteur, défaut dans un détecteur, emballement de la température d’une batterie, robot à proximité du mure, fin de course, etc.) et l’emplacement de l’instruction en cours dans le programme. Dans ce cas, il faut agir immédiatement. Une latence peut entrainer des conséquences graves. Si par exemple l’évènement est apparu au début du programme, mais le traitement du défaut se trouve à la fin de la boucle loop dans un programme constitué de 200 lignes d’une durée totale d’une seconde (le temps d’exécution de la fonction loop()). Dans ces conditions, la gestion de l’évènement ne sera effectuée qu’après une secondes !

loop()
{
  Lecture des capteurs;       10 ms 
  Calcule;                    20 ms
  Inst 3;                     20 ms 
  ...                         50 ms
  if (V>= Vmax) Arret Moteur; 
  Inst n;                     30 ms 
}

Notion de l’interruption – Exemple

Interrompe la boucle loop() et exécution immédiate à l’ordre du microseconde de la routine d’interruption.

loop()
{
  Inst 1;   10 ms  
  Inst 2;   1 ms 
  Inst 3;   20 ms 
  ...       30 ms   
  Int n;    50 ms 
}

IntISR(V>=Vmax)
{
  Arret Moteur; 
}

Qu’est-ce qu’un évènement ?

Un événement peut être un signal électrique Tout Ou Rien (TOR) issu d’un détecteur qui se trouve à l’extérieur de la carte Arduino dites évènement matériel. Il peut être aussi logiciel générer un périphérique propre à la carte Arduino (Microcontrôleur).  Un événement matériel peut être déclenché par :

  • Un front montant (passage du 0 à 1 d’un pin digital) ou bien un front descendant (passage du 1 à 0 d’un pin digital). Dans ce cas, la routine d’interruption par transition du signal électrique entrant. Autrement dit, une seule exécution par cycle. Lorsqu’on utilise un bouton poussoir, le programme s’exécute d’interruption se déclenche une seule fois dès qu’on appuie sur le bouton (transition 0=>1 ou 1=>0). Il faut relâcher le bouton et appuie de nouveau pour recommencer le cycle.
  • Niveau logique 1 (pin à 5V par exemple) ou niveau logique 0 (pin à la masse). Dans ce cas, la routine d’interruption s’exécute en boucle tant que le pin est à 1 ou à 0 contrairement à l’utilisation des fronts.

Un évènement logiciel un signal généré par un périphérique propre au microcontrôleur (Exemple : débordement d’un TIMER (Overflow), réception par liaison UART, liaison I2C, fin de conversion du convertisseur A/N, etc.). En résumé, 99% des périphériques du µC dispose d’une ou plusieurs interruptions. La carte Arduino Mego dispose de 57 sources d’interruptions (voir la page 101-102 du datasheet).

Les sources d’interruptions de la carte Arduino Mega (57)

Vecteur

1
2
3
4
5
6
7
8
9
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31
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47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57

Source

RESET
INT0
INT1
INT2
INT3
INT4
INT5
INT6
INT7
PCINT0
PCINT1
PCINT2
WDT
TIMER2 COMPA
TIMER2 COMPB
TIMER2 OVF
TIMER1 CAPT
TIMER1 COMPA
TIMER1 COMPB
TIMER1 COMPC
TIMER1 OVF
TIMER0 COMPA
TIMER0 COMPB
TIMER0 OVF
SPI, STC
USART0 RX
USART0 UDRE
USART0 TX
ANALOG COMP
ADC
EE READY
TIMER3 CAPT
TIMER3 COMPA
TIMER3 COMPB
TIMER3 COMPC
TIMER3 OVF
USART1 RX
USART1 UDRE
USART1 TX
TWI
SPM READY
TIMER4 CAPT
TIMER4 COMPA
TIMER4 COMPB
TIMER4 COMPC
TIMER4 OVF
TIMER5 CAPT
TIMER5 COMPA
TIMER5 COMPB
TIMER5 COMPC
TIMER5 OVF
USART2 RX
USART2 UDRE
USART2 TX
USART3 RX
USART3 UDRE
USART3 TX

Définition

External Pin, Power-on Reset, etc.
External Interrupt Request 0
External Interrupt Request 1
External Interrupt Request 2
External Interrupt Request 3
External Interrupt Request 4
External Interrupt Request 5
External Interrupt Request 6
External Interrupt Request 7
Pin Change Interrupt Request 0
Pin Change Interrupt Request 1
Pin Change Interrupt Request 2
Watchdog Time-out Interrupt
Timer/Counter2 Compare Match A
Timer/Counter2 Compare Match B
Timer/Counter2 Overflow
Timer/Counter1 Capture Event
Timer/Counter1 Compare Match A
Timer/Counter1 Compare Match B
Timer/Counter1 Compare Match C
Timer/Counter1 Overflow
Timer/Counter0 Compare Match A
Timer/Counter0 Compare match B
Timer/Counter0 Overflow
SPI Serial Transfer Complete
USART0 Rx Complete
USART0 Data Register Empty
USART0 Tx Complete
Analog Comparator
ADC Conversion Complete
EEPROM Ready
Timer/Counter3 Capture Event
Timer/Counter3 Compare Match A
Timer/Counter3 Compare Match B
Timer/Counter3 Compare Match C
Timer/Counter3 Overflow
USART1 Rx Complete
USART1 Data Register Empty
USART1 Tx Complete
2-wire Serial Interface
Store Program Memory Ready
Timer/Counter4 Capture Event
Timer/Counter4 Compare Match A
Timer/Counter4 Compare Match B
Timer/Counter4 Compare Match C
Timer/Counter4 Overflow
Timer/Counter5 Capture Event
Timer/Counter5 Compare Match A
Timer/Counter5 Compare Match B
Timer/Counter5 Compare Match C
Timer/Counter5 Overflow
USART2 Rx Complete
USART2 Data Register Empty
USART2 Tx Complete
USART3 Rx Complete
USART3 Data Register Empty
USART3 Tx Complete

Procédure d’utilisation d’une interruption

Dans cet exemple on se focalise sur l’interruption externe INT0. La démarche est identique pour les autres types interruptions.

1. Définit le type de l’interruption

  • Pin externe : INT0
  • Périphériques (TIMERS, ADC, UART, etc.)

2. Chercher le pin correspond à l’interruption en fonction du type de la carte Arduino

Faire correspondre l’interruption INT0, INT1, etc. avec le pin physique est une étape importante. L’emplacement du pin dépendre du type du microcontrôleur. Il faut se référencer au datasheet pour ne pas se tromper de l’emplacement du pin. Ici, on va utiliser l’interruption INT0 en utilisant la carte Arduino Mega. Ci-dessous l’extrait de l’emplacement du pin. Utiliser « Ctrl+F » avec le mot clé « INT0 » pour retrouver des informations relatives à l’interruptions INT0 dans le datasheet.

 

Interruption INT0

3. Câbler votre montage et configurer le pin dédié en entrée

Configure le pin dédié en entrée en utilisant la fonction pinMode() ou bien le registre DDRx en positionnant le bit concerné à « 0 » : Exemple DDRD=0x00 (8 bits du port D en entrée).  Ci-dessous la mapping des pins de la carte Arduino Mega2560:

Pin Arduino

0
1
2
3
4
5
6
7

8
9
10
11
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19
20
21

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32
33
34
35
36
37

38
39
40
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43
44
45

46
47
48
49
50
51
52
53

Port Mapping

PORTE 0
PORTE 1
PORTE 4
PORTE 5
PORTG 5
PORTE 3
PORTH 3
PORTH 4

PORTH 5
PORTH 6
PORTB 4
PORTB 5
PORTB 6
PORTB 7

PORTJ 1
PORTJ 0
PORTH 1
PORTH 0
PORTD 3
PORTD 2
PORTD 1
PORTD 0

PORTA 0
PORTA 1
PORTA 2
PORTA 3
PORTA 4
PORTA 5
PORTA 6
PORTA 7

PORTB 7
PORTB 6
PORTB 5
PORTB 4
PORTB 3
PORTB 2
PORTB 1
PORTB 0

PORTD 7
PORTG 2
PORTG 1
PORTG 0
PORTL 7
PORTL 6
PORTL 5
PORTL 4

PORTL 3
PORTL 2
PORTL 1
PORTL 0
PORTB 3
PORTB 2
PORTB 1
PORTB 0

Mapping pour ATmega8 et ATmega168

  • B (digital pin 8 to 13)
  • C (analog input pins)
  • D (digital pins 0 to 7)

4. Activation de l’interruption globale (SREG)

registre sreg

 

SREG: AVR Status Register – Activer/Désactiver l’interruption globale

Bit 7 – I: Global Interrupt Enable (0x80

  •   SREG|=0x80  // Activation (Positionner le bit 7 à “1”)
  •   SREG&=0x7f  // Désactivation (Forcer le bit 7 à “0”)

Ou bien

  •   sei(): Set interrupt – Activation
  •   cli(): clear interrup – Désactivation (masquer)

5. Validation de l’interruption (EIMSK )

La validation d’une interruption spécifique est opérée dans le registre EIMSK et positionner le bit concerne à ‘1’. Le nombre des interruptions va dépendre du type de la carte (nano, mini, mega, etc.). Consulter le datasheet pour être sure des interruptions disponibles. Dans le cas de la carte arduino Mega, il dispose de 8 interruptions INT0-INT7, deux pour Arduino uno (INT0 et IN1) seulement!

registre EIMSK

EIMSK – External Interrupt Mask Register

Bit   7     6     5     4     3     2     1     0

0x1D  INT7  INT6  INT5  INT4  INT3  INT2  INT1  INT0

  • EIMSK|=0x01;  // Validation de l’interruption INT0
  • Ou bien EIMSK =0x01; (non recommandée)

6. Choix du mode de la détection de l’évènement

D’une autre façon, comment la routine d’interruption sera réveillée lorsqu’un évènement se présent dans le pin dédié (par front ou niveau logique). Les registres EICRA/ EICRB permettent de configurer le mode de déclanchement des interruptions INT0, INT1,…, INT7. Chaque registre permet de configurer 4 interruptions EICRA (INT0-INT3), EICRB (INT4, INT4).

registre EICRA

EICRA/EICRB

Bit 7     6     5     4     3     2     1     0

ISC31 ISC30 ISC21 ISC20 ISC11 ISC10 ISC01 ISC00

  • ISCn1 ISCn0
  • 0 0 niveau bas ‘0’ dans INTn
  • 0 1 front montant & descedan dans INTn (changement d’états: passage du 0 à 1 ou bien 1 à 0)
  • 1 0 Front descendant dans INTn
  • 1 1 Front montant dans INTn

Dans notre exemple, on utilise l’interruption INT0 alors les bits ISC01 et ISC00 qui sont concernés. Dans le cas de déclanchement par front montant, il faut positionner les deux bits à ‘1’. Autrement dit il faut charger le registre EICRA avec 0x03 de la façon suivante: EICRA=0x03 ou bien EICRA|=0x03;

7. Enfin, il faut programmer la fonction (routine) de l’interruption

Interrupt sub-routine (ISR) est la fonction par défaut utiliser pour programmes les interruptions. Elle ne prend aucun argument en entrée et elle ne retourne aucun résultat. En revanche, il faut bien préciser le vecteur d’interruption. Chaque interruption dispose d’un vecteur qui lui propre. La carte Arduino Mega dispose de 57 interruptions, chaque interruption est caractérisée par son vecteur et adresse. Consultez le  datasheet du microcontrôleur pour connaitre les vecteurs (voir la page 101 pour la carte Arduino Mega).  Vous pouvez dupliquer la fonction autant de fois, il faut juste préciser le vecteur pour différencier entre les routines. Ci-dessous et un exemple d’utilisation de la fonction ISR().

Syntaxe de de définition de la routine d’interruption

ISR(Nom_vect)

{

  // Ici le code de votre interruption

}

Exemple

ISR(INT0_vect)

{

  // Programme INT0

}

ISR(INT1_vect)

{

  // Programme INT1

}




ISR(INT2_vect)

{

  // Programme INT2

}

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