ソフトウェア割り込みと機能

MCUを使用して約3年経った後も、ソフトウェア割り込みの使用方法がわかりません。私はSTM32でいくつかのジョブを実行しましたが、ソフトウェア割り込みを使用したことがありません。実際、これは私にとって大きな問題です。

単純な関数を使用してタスクを実行できるのに、ソフトウェア割り込みを使用する必要があるのはなぜですか？ソフトウェア割り込みと関数の違いは何ですか？

いつでも好きなときに、関数（ジョブ用に作成したもの）を呼び出すことができます。単純な関数の代わりにソフトウェア割り込みを使用することにはいくつかの利点があるはずです。よくわかりませんが、ソフトウェア割り込みにはメリットがあると思います。ソフトウェア割り込みに優先度を割り当ててから、ソフトウェア割り込みに高い優先度を与えて、ハードウェア割り込みがタスクを壊すのを防ぐことができます。

関数とソフトウェア割り込みの主な違いは、コンテキストと呼ばれるものです。

• 関数は、メインプログラムのコンテキスト内で実行されます。
• 割り込みは、割り込みハンドラーのコンテキスト内で実行されます。

単純なシステムでは、これは実際の違いではない可能性があります。ソフトウェア割り込みは、ROMにハードコードされたライブラリルーチンを提供する便利な方法として単に使用できます。すべてのルーチンのアドレスを知る必要はなく、IDコードとメインエントリポイント。これにより、コードの移植性が向上します。

ただし、より複雑なシステムでは、ソフトウェア割り込みは、カーネルコンテキストと呼ばれるまったく異なる環境で実行される場合があります。通常、アプリケーションは、リソースへのアクセスが制限されている保護されたユーザーコンテキストで実行されます。カーネルコンテキストで実行する場合にのみ、より複雑なタスクを実行できます。実際、一部のシステムでは、実行できる命令を制限しているため、カーネルコンテキストでコードをトリガーするメカニズムが必要です。そのために、割り込みが使用されます。

ソフトウェア割り込みを使用して、優先度の低い割り込みタスクを終了できます。多くの場合、レイテンシが長くなりすぎないように、タイミングが重要なコードには高い割り込み優先度が与えられます。タイミングクリティカルな部分が完了すると、メインループにとってタイミングクリティカルである可能性があるが、他の優先度の高い割り込みを保持するほどクリティカルではない追加のタスクがある場合があります。優先度の低いソフトウェア割り込みをトリガーすると、これを実現できます。

たとえば、それぞれに独自のタイマーを備えた複数のステッピングモーターがあるとします。タイマー割り込みには、ステップジッタを最小限に抑えるために高い優先度が与えられています。最もタイミングが重要なタスクは、ステップパルスを設定またはクリアするか、位相出力を進めるだけです。加速ランプの計算、センサー処理など、追加の機能が必要になる場合があります。これはステップごとに処理する必要があるため、メインループのタイミングが長すぎる可能性があるため、main（）からこれを処理するのは適切でない場合があります。これらの追加タスクは、他の優先度の高いステッパーチャネルのレイテンシを増加させないように、優先度の低いソフトウェア割り込みによって処理される場合があります。

ソフトウェア割り込みと関数の違いは何ですか？

関数は呼び出された場所から即座に呼び出され、割り込みから呼び出された場合、現在の割り込み優先レベルは変更されません。ソフトウェア割り込みは、優先度が上がるとその割り込みを呼び出す割り込みトリガーです。高優先度の割り込みの最後に関数呼び出しが挿入された場合、関数はその高優先度内に含まれます。優先度の低いソフトウェア割り込みをトリガーしてから優先度の高い割り込みから戻ることにより、機能は新しい（低い）優先度で呼び出されます。

Majenkoの答えを少し拡張するために、ソフトウェア割り込みを使用してオペレーティングシステム、特にシステムコールインターフェイスを実装しています。これは、関数呼び出しを行うためにアプリケーションをオペレーティングシステムとリンクする必要がないことを意味し、コンテキストスイッチにより、OSはハードウェアへのアクセスを制限し、保護されたメモリなどを利用できます。

OSを使用しておらず、MCUのすべてのコードを制御している場合は、おそらくソフトウェア割り込みを使用する必要はありません。（Tutが述べたように、それらは他の用途を持つことができます。）

x86 のLinuxおよびMS-DOSシステムコールインターフェイスはソフトウェア割り込みを使用するため、例としてそれらにリンクします。