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            ARM Linux中斷分析

            作者: 時間:2008-03-21 來源:電子開發(fā)網(wǎng) 收藏

                    ARM體系結(jié)構(gòu)中,把復(fù)位、中斷、快速中斷等都看作‘異常’,當(dāng)這些‘異常’發(fā)生時,CPU會到固定地址處去找指令,他們對應(yīng)的地址如下:
             

            本文引用地址:http://www.biyoush.com/article/80447.htm

            地址 異常類型 進(jìn)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(diǎn)就是,無論內(nèi)存地址空間是如何映射的,以上這些地址都不會變,比如當(dāng)有快速中斷發(fā)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(tǒng)引導(dǎo)以后,內(nèi)存必須重映射的原因!否則操作系統(tǒng)不能真正接管整套系統(tǒng)!
              

                    LINUX啟動以后要初始化這些區(qū)域,初始化代碼在main.c中的start_kernel()中,具體是調(diào)用函數(shù)trap_ini()來實(shí)現(xiàn)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(shù)初始化了中斷向量,實(shí)際上把相應(yīng)的跳轉(zhuǎn)指令拷貝到了對應(yīng)的地址。
              

                    當(dāng)發(fā)生中斷時,不管是從用戶模式還是管理模式調(diào)用的,最終都要調(diào)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(diào)用do_IRQ來實(shí)現(xiàn)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(jié)構(gòu)irqdesc來描述,各中斷的信息都在這個結(jié)構(gòu)中得以體現(xiàn):

            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(jié)構(gòu)來表示:
              

              struct irqdesc irq_desc[NR_IRQS]; /* NR_IRQS根據(jù)不同的MCU會有所區(qū)別*/

              在通過request_irq()函數(shù)注冊中斷服務(wù)程序的時候,將會把中斷向量和中斷服務(wù)程序?qū)?yīng)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(jié)構(gòu)*/
            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(yīng)起來*/
            if (retval)
            kfree(action);
            return retval;
            }
              其中第一個參數(shù)irq就是中斷向量,第二個參數(shù)即是要注冊的中斷服務(wù)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(jù)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(tài)寄存器,來獲得是哪個設(shè)備發(fā)生了中斷:

            if defined(CONFIG_ARCH_S3C2410)
            #include
            .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(shí)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(jié)

                   linux在初始化的時候已經(jīng)把每個中斷向量的地址準(zhǔn)備好了!就是說添加中斷服務(wù)程序的框架已經(jīng)給出,當(dāng)某個中斷發(fā)生時,將會到確定的地址處去找指令,所以我們做驅(qū)動程序時,只需要經(jīng)過request_irq來掛接自己編寫的中斷服務(wù)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(dú)的函數(shù)set_fiq_handler來實(shí)現(xiàn),此函數(shù)在源文件fiq.c中,有興趣的讀者可進(jìn)一步研究。

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