为什么AVR单片机需要写1作为清0中断标志位

yingujun 2020-04-07 2027

控制/MCU

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关于“为何AVR使用写1作为清0中断标志位的手段”这个问题我看过很多的相关资料。在AVR的手册中并没有给出为什么的解释，只是强调了“写1清0中断标志位”。同时我也看到很多新的芯片，如DSP等，也是采用写1清零标志位的。但没有找到更专业的，或从根源上的说明，如果那位有这方面的知识或资料，欢迎深入的讨论学习。

下面是我个人的分析和解释，供参考。

1。首先从硬件上的考虑，通常的读写处理单元是以8BIT字节为单位的，因为数据总线一般是8位的倍数。这样对位的操作就不方便，不能直接写1位（会改变其它的位），需要先读到寄存器，然后改动1位，最后回写，需要更多的时间。

2。对于RAM操作一般采用直接写的方式，所以对RAM基本上没有直接的位操作指令。而对于寄存器是可以直接位操作的，但如果对所有的寄存器都能实现位操作，那么硬件结构上就非常复杂和庞大了，所以必须采用一种折中的处理方法。

3。现在的趋势是采用C语言编写系统程序，而标准的C中，没有位变量的概念，最小的单位也是字节。因此硬件的设计上面也要考虑能发挥C语言的优势。

以上是我分析的原因。因为已经超出了我研究的方向（我侧重于应用），可能不全面或有偏差。下面回到AVR本身。

我们可以注意到：

1。AVR没有“位”空间，也就是说没有单独的“位”地址，所有的位寻址是基于8位的寄存器的，所以基本寻址方式是以寄存器为主的。

2。因此AVR没有专门的位寻址指令，它本身的位操作指令很少，都是在寄存器寻址的基础上，对寄存器的某位进行操作。

3。除了对状态寄存器SREG中的位有直接的操作指令外（SREG太特殊了，必须要有专用的位操作指令），能够对其它寄存器的位操作的指令只有2个。

a）BST、BLD。这个指令的周期是1CK，他是将SREG中的T标志位与32个通用寄存器的位之间交换数据的指令。如果要对32个寄存器的1位进行设置的话（比如置1），必须先使用指令将SREG中的T置1，然后使用BLD指令将T的值写到寄存器的某位。需要2个CK时间。

b）SBI、CBI。这2条指令是对前32个（注意：仅对前32个I/O空间！）I/O空间的寄存器的位进行设置的指令。这2个指令的执行时间是2个CK。AVR对寄存器操作的指令大多数都是1个CK，而这2个指令为何需要2个CK？原因在与写的时候还是8位一起写，因此改变1位需要先读，修改1位，再回写。这样保证了其它位不变，但时间需要2个CK了。

4。正是由于第3点（b），所以PA、PB、PC、PD等I/O口的寄存器均在前32个I/O空间，这样就实现了方便的单独的按位控制I/O口了。

5。不同C编译器，位处理是不同的。ICC、IAR基本没有扩展位处理，按标准C来处理，因为他们考虑的可移植性更加多些。而CVAVR扩展了位变量（放在32个工作寄存器中）和位操作（仅能对I/O空间前32个寄存器），因此用户使用起来更方便些。但要注意，对I/O空间后32个寄存器，CVAVR也不能实现位操作的。

最后看一下中断标志位的处理。在AVR中对中断标志位的处理是根据不同情况采用不同的处理方法的，在上面的英文说明中已经给出了解释。有的是进入执行中断由硬件清除，有的是读某个寄存器后由硬件清除。而软件清除通常是写“1”，为什么？

看一下M16的手册，发现外部中断标志寄存器GIFR（0X3A）、和T/C的中断标志寄存器TIFR（0X38），都在I/O空间的后32个地址中，而且全部是中断标志寄存器。因此不管是ICC、IAR、还是CVAVR，肯定不能使用SBI、CBI指令对位操作了，只能是对1个寄存器8位同时写操作了。

那么，通常在C中如何改变1位置1呢？通常大家认为正确的语句是：XXXX |= 0B00000001；其功能是将XXXX先读出，然后同0B00000001或，使最低位为1，其它位保持不变。实际需要3条汇编指令的。改变1位置0：XXXX &= 0B11111110；同样需要3条汇编指令的。

AVR采用写“1”清“0”中断标志位（写“0”不影响标志位），那么语句就可以直接使用TIFR = 0B00000001了，只需要2条汇编。将最低位的标志位清“0”，同时保证了其它标志位的不变。（！！！注意，反而使用TIFR |= 0B00000001是错误的！！！因为，如果其它的位本身是1的话，这样反而也被清掉了）

另外，写“0”清“0”中断标志位的话，那么写“1”到中断标志位的话应该如何定义呢？中断标志位应该是硬件置1的，如果软件可以置1，会带来更多的麻烦。

实际上，上面的英文解释还是不全面的，容易引起一些误解。

a）只能对于TIFR、GIFR使用TIFR = 0B00000001这样的语句，因为只有这两个寄存器中，全部都是中断标志位。

b）而对于一些其它的中断标志位，如果它所在的寄存器中还有一些是非中断标志位的，就必须使用XXXX |= 0B00000001的写法了。

c）对于非中断标志位的设置，还是必须使用XXXX |= 0B00000001这样的形式的。
责任编辑；zl

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