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      ARM Linux中斷分析

      更新時間: 2008-03-19 13:54:00來源: 粵嵌教育瀏覽量:1227

        ARM體系結構中,把復位、中斷、快速中斷等都看作‘異常’,當這些‘異常’發生時,CPU會到固定地址處去找指令,他們對應的地址如下:

      地址 異常類型 進入時的工作模式
      0x00000000 Reset Supervisor
      0x00000004 Und Undefined
      0x00000008 Soft interupt Supervisor
      0x0000000c  Abort(prefetch)  Abort
      0x00000010 Abort(data) Abort
      0x00000014 Reserved  Reserved
      0x00000018 IRQ IRQ
      0x0000001c FIQ FIQ

        首先要明確的一點就是,無論內存地址空間是如何映射的,以上這些地址都不會變,比如當有快速中斷發生時,ARM將鐵定到0X0000001C這個地址處取指令。這也是BOOTLOADER把操作系統引導以后,內存必須重映射的原因!否則操作系統不能真正接管整套系統!
        

              LINUX啟動以后要初始化這些區域,初始化代碼在main.c中的start_kernel()中,具體是調用函數trap_ini()來實現的。如下面所示(具體可參照entry-armv.S):

      .LCvectors: swi SYS_ERROR0
      b __real_stubs_start + (vector_undefinstr - __stubs_start)
      ldr pc, __real_stubs_start + (.LCvswi - __stubs_start)
      b __real_stubs_start + (vector_prefetch - __stubs_start)
      b __real_stubs_start + (vector_data - __stubs_start)
      b __real_stubs_start + (vector_addrexcptn - __stubs_start)
      b __real_stubs_start + (vector_IRQ - __stubs_start)
      b __real_stubs_start + (vector_FIQ - __stubs_start)

      ENTRY(__trap_init)
      stmfd sp!, {r4 - r6, lr}
      adr r1, .LCvectors @ set up the vectors
      ldmia r1, {r1, r2, r3, r4, r5, r6, ip, lr}
      stmia r0, {r1, r2, r3, r4, r5, r6, ip, lr}
      add r2, r0, #0x200
      adr r0, __stubs_start @ copy stubs to 0x200
      adr r1, __stubs_end
      1: ldr r3, [r0], #4
      str r3, [r2], #4
      cmp r0, r1
      blt 1b
      LOADREGS(fd, sp!, {r4 - r6, pc})

        以上可以看出這個函數初始化了中斷向量,實際上把相應的跳轉指令拷貝到了對應的地址。
        

              當發生中斷時,不管是從用戶模式還是管理模式調用的,終都要調用do_IRQ():

      __irq_usr: sub sp, sp, #S_FRAME_SIZE
      stmia sp, {r0 - r12} @ save r0 - r12
      ldr r4, .LCirq
      add r8, sp, #S_PC
      ldmia r4, {r5 - r7} @ get saved PC, SPSR
      stmia r8, {r5 - r7} @ save pc, psr, old_r0
      stmdb r8, {sp, lr}^
      alignment_trap r4, r7, __temp_irq
      zero_fp
      1: get_irqnr_and_base r0, r6, r5, lr
      movne r1, sp
      adrsvc ne, lr, 1b
      @
      @ routine called with r0 = irq number, r1 = struct pt_regs *
      @
      bne do_IRQ @ 調用do_IRQ來實現具體的中斷處理
      mov why, #0
      get_current_task tsk
      b ret_to_user

        對于以上代碼,在很多文章中都有過分析,這里不再贅述。

        Linux每個中斷通過一個結構irqdesc來描述,各中斷的信息都在這個結構中得以體現:

      struct irqdesc {
      unsigned int nomask : 1; /* IRQ does not mask in IRQ */
      unsigned int enabled : 1; /* IRQ is currently enabled */
      unsigned int triggered: 1; /* IRQ has occurred */
      unsigned int probing : 1; /* IRQ in use for a probe */
      unsigned int probe_ok : 1; /* IRQ can be used for probe */
      unsigned int valid : 1; /* IRQ claimable */
      unsigned int noautoenable : 1; /* don't automatically enable IRQ */
      unsigned int unused :25;
      void (*mask_ack)(unsigned int irq); /* Mask and acknowledge IRQ */
      void (*mask)(unsigned int irq); /* Mask IRQ */
      void (*unmask)(unsigned int irq); /* Unmask IRQ */
      struct irqaction *action;
      /*
      * IRQ lock detection
      */
      unsigned int lck_cnt;
      unsigned int lck_pc;
      unsigned int lck_jif;
      };

        在具體的ARM芯片中會有很多的中斷類型,每一種類型的中斷用以上結構來表示:
        

        struct irqdesc irq_desc[NR_IRQS]; /* NR_IRQS根據不同的MCU會有所區別*/

        在通過request_irq()函數注冊中斷服務程序的時候,將會把中斷向量和中斷服務程序對應起來。
        

        我們來看一下request_irq的源碼:

      int request_irq(unsigned int irq, void (*handler)(int, void *, struct pt_regs *),
      unsigned long irq_flags, const char * devname, void *dev_id)
      {
      unsigned long retval;
      struct irqaction *action;
      if (irq >= NR_IRQS || !irq_desc[irq].valid || !handler ||
      (irq_flags & SA_SHIRQ && !dev_id))
      return -EINVAL;
      action = (struct irqaction *)kmalloc(sizeof(struct irqaction), GFP_KERNEL);
      if (!action) /* 生成action結構*/
      return -ENOMEM;
      action->handler = handler;
      action->flags = irq_flags;
      action->mask = 0;
      action->name = devname;
      action->next = NULL;
      action->dev_id = dev_id;
      retval = setup_arm_irq(irq, action); /*把中斷號irq和action 對應起來*/
      if (retval)
      kfree(action);
      return retval;
      }
        其中個參數irq就是中斷向量,第二個參數即是要注冊的中斷服務程序。很多同仁可能疑惑的是,我們要注冊的中斷向量號是怎么確定的呢?這要根據具體芯片的中斷控制器,比如三星的S3C2410,需要通過讀取其中的中斷狀態寄存器,來獲得是哪個設備發生了中斷:

      if defined(CONFIG_ARCH_S3C2410)
      #include <asm/hardware.h>
      .macro disable_fiq
      .endm
      .macro get_irqnr_and_base, irqnr, irqstat, base, tmp
      mov r4, #INTBASE @ virtual address of IRQ registers
      ldr irqnr, [r4, #0x8] @ read INTMSK 中斷掩碼寄存器
      ldr irqstat, [r4, #0x10] @ read INTPND 中斷寄存器
      bics irqstat, irqstat, irqnr
      bics irqstat, irqstat, irqnr
      beq 1002f
      mov irqnr, #0
      1001: tst irqstat, #1
      bne 1002f @ found IRQ
      add irqnr, irqnr, #1
      mov irqstat, irqstat, lsr #1
      cmp irqnr, #32
      bcc 1001b
      1002:
      .endm
      .macro irq_prio_table
      .endm

        以上代碼也告訴了我們,中斷號的確定,其實是和S3C2410手冊中SRCPND寄存器是一致的,即:

      /* Interrupt Controller */
      #define IRQ_EINT0 0 /* External interrupt 0 */
      #define IRQ_EINT1 1 /* External interrupt 1 */
      #define IRQ_EINT2 2 /* External interrupt 2 */
      #define IRQ_EINT3 3 /* External interrupt 3 */
      #define IRQ_EINT4_7 4 /* External interrupt 4 ~ 7 */
      #define IRQ_EINT8_23 5 /* External interrupt 8 ~ 23 */
      #define IRQ_RESERVED6 6 /* Reserved for future use */
      #define IRQ_BAT_FLT 7
      #define IRQ_TICK 8 /* RTC time tick interrupt */
      #define IRQ_WDT 9 /* Watch-Dog timer interrupt */
      #define IRQ_TIMER0 10 /* Timer 0 interrupt */
      #define IRQ_TIMER1 11 /* Timer 1 interrupt */
      #define IRQ_TIMER2 12 /* Timer 2 interrupt */
      #define IRQ_TIMER3 13 /* Timer 3 interrupt */
      #define IRQ_TIMER4 14 /* Timer 4 interrupt */
      #define IRQ_UART2 15 /* UART 2 interrupt */
      #define IRQ_LCD 16 /* reserved for future use */
      #define IRQ_DMA0 17 /* DMA channel 0 interrupt */
      #define IRQ_DMA1 18 /* DMA channel 1 interrupt */
      #define IRQ_DMA2 19 /* DMA channel 2 interrupt */
      #define IRQ_DMA3 20 /* DMA channel 3 interrupt */
      #define IRQ_SDI 21 /* SD Interface interrupt */
      #define IRQ_SPI0 22 /* SPI interrupt */
      #define IRQ_UART1 23 /* UART1 receive interrupt */
      #define IRQ_RESERVED24 24
      #define IRQ_USBD 25 /* USB device interrupt */
      #define IRQ_USBH 26 /* USB host interrupt */
      #define IRQ_IIC 27 /* IIC interrupt */
      #define IRQ_UART0 28 /* UART0 transmit interrupt */
      #define IRQ_SPI1 29 /* UART1 transmit interrupt */
      #define IRQ_RTC 30 /* RTC alarm interrupt */
      #define IRQ_ADCTC 31 /* ADC EOC interrupt */
      #define NORMAL_IRQ_OFFSET 32

        這些宏定義在文件irqs.h中,大家可以看到它的定義取自S3C2410的文檔。

        總結

             linux在初始化的時候已經把每個中斷向量的地址準備好了!就是說添加中斷服務程序的框架已經給出,當某個中斷發生時,將會到確定的地址處去找指令,所以我們做驅動程序時,只需要經過request_irq來掛接自己編寫的中斷服務程序即可。

        對于快速中斷,linux在初始化時是空的,所以要對它掛接中斷處理程序,就需要單獨的函數set_fiq_handler來實現,此函數在源文件fiq.c中,有興趣的讀者可進一步研究。


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