나는 부름을 받았고, 응해야 하오... 언제든. 인터럽트와 ISR (with TCA)
인터럽트(Interrupt)는 프로세서가 프로그램을 실행하는 중 입출력 등의 장치에서 예외가 발생하여 즉각적인 처리가 필요할 경우 프로세서에 알리는 기법입니다.
폴링(Polling)과 대비되는 개념인데, 폴링은 예외가 발생했는지 프로세서가 주기적으로 확인하는 방법이지만,
인터럽트는 예외가 발생했을 때 프로세서를 호출하는 방식입니다.
- 인터럽트: 예외 발생 -> 프로세서 호출
- 폴링: 프로세서 -> 예외 검사
프로세서는 인터럽트를 감지하면 실행 중인 코드를 중단하고, 해당 인터럽트를 위한 처리 프로그램으로 점프하여 인터럽트를 처리합니다.
여기서 인터럽트 처리를 위한 프로그램을 인터럽트 서비스 루틴(ISR; Interrupt Service Routine)이라고 합니다.
Arduino
아두이노에서도 ISR를 이용해 특정 인터럽트가 발생했을 때를 감지할 수 있습니다.
attachInterrupt(pin, isr, mode)는 지정한 핀의 값(HIGH, LOW)이 변할 때 ISR 을 호출하도록 등록하는 함수입니다.
아두이노 Due 보드에서는 모든 핀에 ISR을 등록할 수 있고, mode로 사용 가능한 값은 LOW, CHANGE, RISING, FALLING, HIGH가 있습니다.
ISR 사용 시, 주의사항으로는 ISR 내부에서 delay와 millis 함수는 정상적을 동작하지 않다는 것입니다.
delay는 동작하기 위해 인터럽트가 필요하므로 ISR 내부에서 호출되는 경우에는 작동하지 않습니다.
마찬가지로, millis도 현재 시각을 계산하기 위해 인터럽트을 이용하므로 ISR 내부에서 값이 증가하지 않습니다.
반면, delayMicroseconds는 카운터를 사용하지 않으므로 ISR 내부에서도 정상적으로 작동합니다.
#define LD0 13 // 1초마다 점멸하는 LED
#define LD1 20
#define SW 21
bool LD1_state = false; // LD1의 상태를 false로 초기화
void setup() {
pinMode(LD0, OUTPUT);
pinMode(LD1, OUTPUT);
pinMode(SW, INPUT_PULLUP);
attachInterrupt(SW, SW_ISR, FALLING); // 스위치 Interrupt를 FALLING EDGE에 연결
}
void loop() {
digitalWrite(LD0, LOW);
delay(1000);
digitalWrite(LD0, HIGH);
delay(1000);
}
// 스위치 Interrupt Service Routine
void SW_ISR() {
LD1_state = !LD1_state;
digitalWrite(LD1, LD1_state);
delayMicroseconds(100000); // 100ms
}
위의 코드에서 LD0 핀은 1초마다 점멸하는 LED이고, LD1은 사용자가 스위치를 누르면 LED의 상태가 변경되는 코드입니다.
attachInterrupt 함수를 사용해서 스위치 핀의 Falling Edge(HIGH->LOW)에서 인터럽트를 발생하도록 하는데, 인터럽트가 발생하면 SW_ISR 함수가 호출돼 LD1의 상태를 반전시킵니다.
ATmega4809
아두이노의 attachInterrupt를 사용하지 않고, 직접 인터럽트를 받기 위해서는 ISR을 정의해야 합니다.
#define F_CPU 16000000
#include <avr/interrupt.h>
#include <avr/io.h>
unsigned int t = 0;
void setup() {
// 1 clock = 1/16MHz = 62.5ns
// after div256 -> 1 clock = 62.5us * 256 = 16us
// period = 0xff -> 1 interrupt = 16us * 256 = 4096us = 4.096ms
TCA0_SINGLE_PER = 0xff;
TCA0_SINGLE_INTCTRL = TCA_SINGLE_OVF_bm;
TCA0_SINGLE_CTRLA = TCA_SINGLE_CLKSEL_DIV256_gc | TCA_SINGLE_ENABLE_bm;
sei();
}
void loop() {
unsigned int T = 3; // [s]
if (t == T * F_CPU / 65536) { // T * F_CPU / (DIV * (PERIOD + 1))
digitalWrite(7, HIGH);
delay(100);
digitalWrite(7, LOW);
t = 0;
}
}
ISR(TCA0_OVF_vect) {
t += 1;
TCA0_SINGLE_INTFLAGS = TCA_SINGLE_OVF_bm;
}
위 코드는 3초마다 LED를 점멸하는 코드입니다.
인터럽트를 사용하기 전에는, sei(Set Global Interrupt Flag)를 호출해 전역 인터럽트를 활성화해야 합니다.
TCA0_SINGLE_INTCTRL = TCA_SINGLE_OVF_bm를 통해서 TCA에서 Overflow가 발생할 때마다 인터럽트가 호출되도록 정의합니다.
호출된 인터럽트는 ISR(TCA0_OVF_vect)에서 처리되는데,
ISR 함수가 종료되기 전에 TCA0_SINGLE_INTFLAGS = TCA_SINGLE_OVF_bm를 통해서 인터럽트 플래그를 수동으로 초기화시켜야 합니다.