ARM-Linux 中断分析

finetan

保定慧通科技  garyguo
                                        http://www.witech.com.cn
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     ARM体系结构中，把复位、中断、快速中断等都看作‘异常’，当这些‘异常’发生时，CPU会到固定地址处去找指令，他们对应的地址如下：
          地址                异常类型      进入时的工作模式
          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
     首先要明确的一点就是，无论内存地址空间是如何映射的，以上这些地址都不会变，比如当有快速中断发生时，ARM将铁定到0X0000001C这个地址处取指令。这也是BOOTLOADER把操作系统引导以后，内存必须重映射的原因！否则操作系统不能真正接管整套系统！
     LINUX启动以后要初始化这些区域，初始化代码在main.c中的start_kernel()中，具体是调用函数trap_ini（）来实现的。如下面所示（具体可参照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})

     以上可以看出这个函数初始化了中断向量，实际上把相应的跳转指令拷贝到了对应的地址。
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当发生中断时，不管是从用户模式还是管理模式调用的，最终都要调用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    @ 调用do_IRQ来实现具体的中断处理
                   mov  why, #0
                   get_current_task tsk
                   b       ret_to_user

     对于以上代码，在很多文章中都有过分析，这里不再赘述。
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     Linux每个中断通过一个结构irqdesc来描述，各中断的信息都在这个结构中得以体现：
  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;
     };

     在具体的ARM芯片中会有很多的中断类型，每一种类型的中断用以上结构来表示：
struct irqdesc irq_desc[NR_IRQS];   /* NR_IRQS根据不同的MCU会有所区别*/
     在通过request_irq()函数注册中断服务程序的时候，将会把中断向量和中断服务程序对应起来。
     我们来看一下request_irq的源码：
     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结构*/
                   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);   /*把中断号irq和action 对应起来*/

         if (retval)
                   kfree(action);
         return retval;
     }
     其中第一个参数irq就是中断向量，第二个参数即是要注册的中断服务程序。很多同仁可能疑惑的是，我们要注册的中断向量号是怎么确定的呢？这要根据具体芯片的中断控制器，比如三星的S3C2410，需要          通过读取其中的中断状态寄存器，来获得是哪个设备发生了中断：
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     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   中断掩码寄存器
                   ldr     \irqstat, [r4, #0x10]   @ read INTPND  中断寄存器
                   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                  
     以上代码也告诉了我们，中断号的确定，其实是和S3C2410手册中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
     这些宏定义在文件irqs.h中，大家可以看到它的定义取自S3C2410的文档。
     （慧通科技低价提供ARM开发板，欢迎来电咨询洽谈，03123113161）
     总结： linux在初始化的时候已经把每个中断向量的地址准备好了！就是说添加中断服务程序的框架已经给出，当某个中断发生时，将会到确定的地址处去找指令，所以我们做驱动程序时，只需要经过request_irq（）来挂接自己编写的中断服务程序即可。

     另：对于快速中断，linux在初始化时是空的，所以要对它挂接中断处理程序，就需要单独的函数set_fiq_handler（）来实现，此函数在源文件fiq.c中，有兴趣的读者可进一步研究。

harbincampus

好帖子为何没人顶？

tongliangl

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有点高深，也说明了俺的修炼还远远不够哦