2019年04月26日 | ARM中断向量表的简单分析

一般编写arm的裸机程序的时候，创建中断向量表就把它放在0x00000000~0x0000001c中，一般都放在这个位置上。但是中断向量表也可以放在0xffff0000~0xffff001c中，知道这是怎么设置的么？开始看到的时候真的有点奇怪，因为在学习arm的时候，根本没去看arm中的协处理器CP15中的c1控制寄存器中的v位来控制，我们一般都使用默认的值0，则必须将中断向量表放在0x00000000~0x0000001c中。 

在看Linux内核对arm中的中断的初始化的时候，就一直对0xffff0000的地址有点怀疑，果然在网上发现这个地址不是随便写的，当我看到arm的协处理器进行控制，中断向量表的地址的时候，真的是哭笑不得啊！！ 

有人肯定会问？v位是什么时候设置的呢？其实仔细的朋友就知道在head.S中，在创建完页表的时候，如add pc,r10,#PROCINFO_INITFUNC 

别急，r10保存在前面设置的procinfo的地址，但是很多人就觉得PROCINFO_INITFUNC的宏定义就不知道在哪找了，在include/asm/asm-offset.h中有定义。 

这些搞懂了，首先必须将中断向量表拷贝到0xffff0000的地址上去，把中断处理函数也拷贝到0xffff0200的地址上去，那么在中断向量表进行跳转的时候，如b vector_irq+stubs_offset，但是stubs_offset的偏移怎么设置呢？如果用b vector_irq的话，它就会跳转到原先的中断处理函数中去，因为它也拷贝到了0xffff0200的地址上去，所以将__vector_start-_stubs_start+0x200的话就转移到拷贝后的地址上去执行了。 

很多人应该会有点疑问吧，vector_irq好像找不到，别急，细心点，就在宏定义.macro vector_stubs,name,mode,correction中对各种处理函数有定义，所以很快就将中断向量表创建好了。

Linux Version : 2.6.29

1. start_kernel-->setup_arch-->early_trap_init

   1:  

    memcpy((void

 *)vectors, __vectors_start, __vectors_end - __vectors_start);

   2:  

    memcpy((void

 *)vectors + 0x200, __stubs_start, __stubs_end - __stubs_start);

   3:  

    memcpy((void

 *)vectors + 0x1000 - kuser_sz, __kuser_helper_start, kuser_sz);

对于第一行： 

__vectors_start 和 __vectors_end 定义在 arch/arm/kernel/entry-armv.S , 它们之间保存了中断向量表。

   1:  

    .globl    __vectors_start

   2:  

__vectors_start:

   3:  

    swi    SYS_ERROR0   

   4:  

    b    vector_und + stubs_offset

   5:  

    ldr    pc, .LCvswi + stubs_offset

   6:  

    b    vector_pabt + stubs_offset

   7:  

    b    vector_dabt + stubs_offset

   8:  

    b    vector_addrexcptn + stubs_offset

   9:  

    b    vector_irq + stubs_offset

  10:  

    b    vector_fiq + stubs_offset

  11:  

  12:  

    .globl    __vectors_end

  13:  

__vectors_end:

vectors 的地址为CONFIG_VECTORS_BASE ， 在.config中定义为0xffff0000 

所以 第1行就是把中断向量表拷贝到0xffff0000 

对于第二行： 

vector_stub是一个带参数的宏，第一个是name，第二个是arm excepiton mode，第三个是为了得到返回地址，lr需要减去的偏移

  1:  

    .macro    vector_stub, name, mode, correction=0

   2:  

    .align    5

   3:  

   4:  

vector_/name:

   5:  

    .if

 /correction

   6:  

    sub    lr, lr, #/correction          @得到正确的返回地址

   7:  

    .endif

   8:  

   9:  

    @

  10:  

    @ Save r0, lr_

  11:  

    @ (parent CPSR)

  12:  

    @

  13:  

    stmia    sp, {r0, lr}        @ save r0, lr

  14:  

    mrs    lr, spsr

  15:  

    str    lr, [sp, #8]        @ save spsr

  16:  

  17:  

    @

  18:  

    @ Prepare for

 SVC32 mode.  IRQs remain disabled.

  19:  

    @ 

  20:  

    mrs    r0, cpsr

  21:  

    eor    r0, r0, #(/mode ^ SVC_MODE) @把cpsr内容与(mode^SVC_mode)异或，即r0里为SVC_MODE      

  22:  

    msr    spsr_cxsf, r0  @把r0的值写入整个spsr寄存器(cxsf表示要往哪个字节写入)

  23:  

  24:  

    @

  25:  

    @ the branch table must immediately follow this

 code

  26:  

    @

  27:  

    and    lr, lr, #0x0f  @lr为spsr_

  28:  

    mov    r0, sp         @ 

  29:  

    ldr    lr, [pc, lr, lsl #2] @lr=pc+mode*4,其中pc为紧接着30的指令,即vector_stub后的第一条指令

  30:  

    movs    pc, lr            @ movs会把spsr的值赋给cpsr，所以branch to handler in

 SVC mode

  31:  

ENDPROC(vector_/name)

  32:  

    .endm

再来看下vector 跳转表

   1:  

    .long

    __irq_usr            @  0  (USR_26 / USR_32)

   2:  

    .long

    __irq_invalid            @  1  (FIQ_26 / FIQ_32)

   3:  

    .long

    __irq_invalid            @  2  (IRQ_26 / IRQ_32)

   4:  

    .long

    __irq_svc            @  3  (SVC_26 / SVC_32)

   5:  

    .long

    __irq_invalid            @  4

   6:  

    .long

    __irq_invalid            @  5

   7:  

    .long

    __irq_invalid            @  6

   8:  

    .long

    __irq_invalid            @  7

   9:  

    .long

    __irq_invalid            @  8

  10:  

    .long

    __irq_invalid            @  9

  11:  

    .long

    __irq_invalid            @  a

  12:  

    .long

    __irq_invalid            @  b

  13:  

    .long

    __irq_invalid            @  c

  14:  

    .long

    __irq_invalid            @  d

  15:  

    .long

    __irq_invalid            @  e

  16:  

    .long

    __irq_invalid            @  f

这里只有usr 和svc 有入口，而其他都是invalid ，是因为linux只会从usr(application) 和svc(kernel)两种mode跳转到exception来 

__stubs_start 和 __stubs_end 之间的代码简化后为：

   1:  

__stubs_start:

   2:  

   vector_irq:    @vector_stub    irq, IRQ_MODE, 4

   3:  

   vector_dabt:   @vector_stub    dabt, ABT_MODE, 8

   4:  

   vector_pabt:   @vector_stub    pabt, ABT_MODE, 4

   5:  

   vector_und:    @vector_stub    und, UND_MODE

   6:  

   vector_fiq:

   7:  

   vector_addrexcptn:

   8:  

   .LCvswi:

   9:  

__stubs_end:

由此可以知道 __stubs_start 和 __stubs_end 之间定义了各种异常的入口 

我们再来看为什么异常入口是“b vector_und + stubs_offset”， 同时为什么stubs_offset 的定义如下 

.equ stubs_offset, __vectors_start + 0x200 - __stubs_start 

arm 的跳转指令b 是跳转到相对于PC的一个偏移地址( offset )，汇编器在编译时会对label 减去PC 得到offset，同时vector 拷贝后是如下排列的

__vectors_start

B vector_

__vectors_end

+0x200

__stubs_start

vector_

__stubs_end

因此，”b vector_” 的label –PC = offset， 而offset 为 b 指令与vector的offset，即

                         vector_

                       = vector_

1

2

所以异常入口为“b vector_und + stubs_offset”, 同时stubs_offset= __vectors_start + 0x200 – __stubs_start 

我们可以通过objdump反汇编来验证：

00000060

    .globl    __stubs_start 

__stubs_start: 

/* 

* Interrupt dispatcher 

*/ 

    vector_stub    irq, IRQ_MODE, 4 

  60 :    e24ee004     sub    lr, lr, #4    ; 0x4 

  64:    e88d4001     stm    sp, {r0, lr}

…

1d4:    e1a00000     .word    0xe1a00000 

1d8:    e1a00000     .word    0xe1a00000 

1dc:    e1a00000     .word    0xe1a00000

000001e0

/* 

* Undef instr entry dispatcher 

* Enter in UND mode, spsr = SVC/USR CPSR, lr = SVC/USR PC 

*/

…

__vectors_start: 

    swi    SYS_ERROR0 

284:    ef9f0000     svc    0x009f0000 

    b    vector_und + stubs_offset 

 288:    ea0000dd     b    604

    ldr    pc, .LCvswi + stubs_offset 

28c:    e59ff410     ldr    pc, [pc, #1040]    ; 6a4

    b    vector_pabt + stubs_offset 

290:    ea0000bb     b    584

    b    vector_dabt + stubs_offset 

294:    ea00009a     b    504

    b    vector_addrexcptn + stubs_offset 

298:    ea0000fa     b    688

    b    vector_irq + stubs_offset 

29c:    ea000078     b    484

    b    vector_fiq + stubs_offset 

2a0:    ea0000f7     b    684