マイコンを効率良く使う「割り込み処理」とは？

割り込み処理とは？

通常のプログラムの動作中に、緊急に処理しなければならなかったり、ある時間までに処理を終えなければならなかったりすることがあります。この場合に、実行しているプログラムを一時中断して他のプログラムを実行することを割り込み処理と言います。割り込み処理には、大きくソフトウェア割り込みとハードウェア割り込みがあります。まず前者のソフトウェア割り込みとは、例えば、実行中のプログラムがオーバーフローや0除算などのエラーを起こしたり、書き込み禁止メモリ領域へ書き込もうとしたりした場合など、実行中のソフトウェアが原因となって発生します。一方のハードウェア割り込みとは、例えば、キーボードのキーを押すなど周辺機からのデータ入力が発生した際に、割り込み要求端子の電圧をHIからLOWにしてアサートすることで、実行中のCPU命令実行が中断され、入力処理ルーチンの実行処理が割り込まれるなど、実行中のハードウェアが原因となって発生します。

組み込み機器における割り込み処理

組み込み制御が行われている最中に、組み込みOSなどに割り込みが発生した場合、現在実行している組み込み制御の作業状態を保存して一時停止し、割り込みハンドラと呼ばれるその割り込み制御に対応した処理を開始します。そして、割り込みハンドラの作業が終了した後に、保存しておいたタスクの状態を復元して元の組み込み制御のタスク作業に戻ります。

割り込み処理は必ず必要という訳ではありません。割り込みをすることで、「割り込み処理によって、他のリアルタイム性を求められている処理が遅延する事がある」「割り込み処理にも遅延が発生する事がある」という点に気を付ける必要があります。

割り込み処理による設計のポイント

①割り込み処理時間は出来るだけ短時間に

割り込み周期に対して、割り込み処理時間が半分以下になるようにします。上記が無理な場合でも、割り込み処理時間は割り込みの周期を超えてはいけません。処理が終わっていないのに次の割り込みタイミングになると、割り込み以外の処理ができずシステムとして破綻してしまいます。

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②割り込みの優先順位と多重割り込み

割り込み周期が短い場合や、割り込み処理が遅れると制御対象に影響がある場合は割り込みの優先順位を上げて、多重割り込みを検討します。多重割り込みを許可していない場合は、割り込みの処理途中に 異なる割り込みが発生しても、先行する割り込みの処理が終わるまで割り込みは待たされてしまいます。

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