Interrupt & ISR

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Overview

Interrupt는 hardware event를 CPU 실행 흐름에 전달하는 mechanism이며, ISR은 해당 event를 처리하는 handler다. ISR에서 event를 짧게 수집하고 시간이 긴 처리는 task/main loop로 넘기는 구조를 기본으로 한다.

S32K312 Setup

💡

S32K312의 Cortex-M7/NVIC와 설치한 RTD release를 기준으로 한다. RTD interrupt manager, startup vector, peripheral driver의 handler 이름은 생성 코드와 예제에서 확인한다. 아래 board_* 함수는 설명용 adapter이며 실제 RTD API가 아니다.

단계 설정과 확인
Event source Peripheral clock·pin mux·event 조건과 상태 flag를 먼저 확인한다.
Peripheral IRQ Peripheral 내부 interrupt enable과 source flag clear 규칙을 확인한다.
NVIC IRQ 번호·priority·pending 상태·enable을 설정한다. Peripheral enable과 별개다.
Vector Vector table 위치·정렬·handler symbol·링커 section을 확인한다. Bootloader가 있다면 VTOR와 application vector의 관계를 확인한다.
Context Buffer와 task handle을 준비한 다음 IRQ를 enable한다. 초기화 전 callback을 허용하지 않는다.

Priority and Masking

Cortex-M에서는 보통 수치가 작은 priority가 더 높은 urgency를 뜻한다. 구현 priority bit 수·grouping·사용 API의 shift 여부를 CMSIS/RTD 설정으로 확인한다. 모든 숫자 범위를 하드코딩하지 않는다. PRIMASK와 BASEPRI의 차이, fault/NMI에 미치는 영향을 구분한다. Critical Section을 나갈 때는 이전 mask 상태를 복원한다.

RTOS의 FromISR API는 ISR이라면 어디서나 호출할 수 있는 함수가 아니다. port의 maximum syscall interrupt priority 조건을 만족해야 한다. 높은 urgency의 IRQ에서는 RTOS API 대신 별도 handoff를 설계한다.

ISR Execution Flow 

flowchart LR
 E["Peripheral event"] --> P["IRQ pending / NVIC arbitration"] --> I["ISR: status snapshot"] --> A["Service or acknowledge source"] --> Q["Copy data / notify task"] --> R["Return from interrupt"]
 Q --> T["Task: parse / update application"]

ISR to Task in C

다음은 완료 event를 하나의 bool로 합치는 bare-metal 예제다. Event 횟수와 payload를 보존해야 한다면 bounded queue나 counter가 필요하다. ISR와 main만 공유하는 단일 코어 모델이며 DMA·멀티 코어까지 보호하는 방식은 아니다.

#include <stdbool.h>
#include <stdint.h>
static volatile bool rx_ready;
extern uint32_t board_irq_save_disable(void);
extern void board_irq_restore(uint32_t previous);
extern bool board_rx_done(void);
extern void board_rx_ack(void);
extern void process_rx_buffer(void);
void rx_irq_handler(void) {
    if (board_rx_done()) {
        board_rx_ack(); /* 실제 IP의 clear/서비스 순서를 따른다. */
        rx_ready = true; /* buffer 소유권/수명은 별도로 보장한다. */
    }
}
static bool take_rx_event(void) {
    uint32_t key = board_irq_save_disable();
    bool ready = rx_ready;
    rx_ready = false;
    board_irq_restore(key);
    return ready;
}
void application_step(void) {
    if (take_rx_event()) process_rx_buffer();
}

Flag Handling

W1C flag에 일반적인 read-modify-write를 쓰면 다른 pending bit를 의도치 않게 지울 수 있다. 반대로 FIFO를 읽어야 해제되는 level source를 flag write만으로 처리하면 ISR이 반복된다. 해당 peripheral의 clear sequence와 driver ownership을 따른다. 진입 시 status를 읽고 처리한 source만 acknowledge한다.

Latency and Execution Budget

Interrupt latency는 event 발생부터 handler 시작까지이며 ISR execution time과 다르다. mask 구간·높은 priority ISR·flash wait state·bus contention·cache 상태가 latency에 영향을 준다. GPIO marker 또는 지원되는 trace/cycle counter로 최악 경로를 관찰한다. printf·blocking lock·busy wait·flash erase를 handler에 넣지 않는다.

Verification

  • IRQ를 enable하기 전후의 pending event, 연속 event, queue overflow, 공유 IRQ에서 여러 source가 동시에 켜지는 경우를 확인한다.
  • RTOS API 허용 priority 위반, 너무 긴 Critical Section, interrupt storm, nested IRQ를 시험한다.
  • IRQ 횟수와 실제 수신 데이터 수를 비교한다. event flag가 여러 interrupt를 하나로 합치는 것이 요구사항에 맞는지 확인한다.
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