2020年02月03日 | s5pv210中断体系

一、什么是中断？

1、中断的发明是用来解决宏观上的并行需要的。宏观就是从整体上来看，并行就是多件事情都完成了。

2、微观上的并行，就是指的真正的并行，就是精确到每一秒甚至每一刻，多个事情都是在同时进行的。宏观上面的并行并不等于围观的并行，有时候宏观上是并行的，微观上

是串行的。

3、为什么需要中断？因为单核CPU实际无法并行的，但是通过中断机制，可以实现假并行（宏观上的并行，微观上实际还是串行的）。

二、异常和中断的区别和联系

1、针对SoC来说，发生复位、软中断、中断、快速中断、取指令异常、数据异常等，我们都统一叫异常。所以说：中断其实是异常的一种。

2、异常的定义就是突发事件，打断了CPU的正常常规业务，CPU不得不跳转到异常向量表中去执行异常处理程序；中断是异常的一种，一般特指SoC内的内部外设产生的打断SoC

常规业务，或者外部中断（SoC的GPIO引脚传回来的中断）。

三、SoC对中断的实现机制：异常向量表

(1)异常向量表是CPU中某些特定地址的特定定义。当中断发生的时候，中断要想办法通知CPU去处理中断，怎么做到？这就要靠异常向量表。

(2)在CPU设计时，就事先定义了CPU中一些特定地址作为特定异常的入口地址（譬如定义0x00000000地址为复位异常向量地址，则发生复位异常时CPU会自动跳转到0x00000000地

址去执行指令。又譬如外部中断对应的异常向量地址为0x30000008，则发生外部中断后，CPU会硬件自动跳转到0x30000008地址去执行指令。）

(3)以上讲的是CPU硬件设计时对异常向量表的支持，下来就需要软件支持了。硬件已经决定了发生什么异常CPU自动跳转PC到哪个地址去执行，软件需要做的就是把处理这个异

常的代码的首地址填入这个异常向量地址。

(4)异常向量表中各个向量的相对位置是固定的，但是他们的起始地址是不固定的，各种SoC可以不一样，而且复杂ARM中还可以让用户来软件设置这个异常向量表的基地址。

(5)扩展到所有架构的CPU中：所有架构（譬如51单片机、PIC单片机）的CPU实现中断都是通过异常向量表实现的，这个机制是不变的；但是不同CPU异常向量表的构造和位置是

不同的。

四、s5pv210异常向量表的编程处理

1、像内存一样去访问异常向量表

(1)S5PV210的异常向量表可以改变（在CP15协处理器中），以适应操作系统的需求。但是目前系统刚启动时，此时DRAM尚未初始化，程序都在SRAM中运行。210在iRAM中设置了

异常向量表，供暂时性使用。

(2)查210的iROM application note文档中iRAM的地址分配，可知，iRAM中的异常向量表起始地址为0xD0037400。知道了异常向量表的起始地址后，各个异常对应的入口就很好

知道了。

总结：当我们将异常处理程序的首地址和异常向量表绑定起来后，异常处理初步阶段就完成了。到目前可以保证相应异常发生后，硬件自动跳转到对应异常向量表入口去执行

时，可以执行到我们事先绑定的函数。

2、为什么中断处理要先在汇编中进行

(1)中断处理要注意保护现场（中断从SVC模式来，则保存SVC模式下的必要寄存器的值）和恢复现场（中断处理完成后，准备返回SVC模式前，要将保存的SVC模式下的必要寄存

器的值恢复回去，不然到了SVC模式后寄存器的值乱了，SVC模式下原来正在进行的常规任务就被你搞坏了）。

(2)保存现场包括：第一：设置IRQ栈；第二，保存LR；第三，保存R0～R12

(3)为什么要保存LR寄存器？要考虑中断返回的问题。中断ISR执行完后如何返回SVC模式下去接着执行原来的代码。中断返回其实取决于我们进入中断时如何保存现场。中断返

回时关键的2个寄存器就是PC和CPSR。所以我们在进入IRQ模式时，应该将SVC模式下的下一句指令的地址（中断返回地址）和CPSR保存起来，将来恢复时才可以将中断返回地址

给PC，将保存的CPSR给CPSR。

(4)中断返回地址就保存在LR中，而CPSR（自动）保存在（IRQ模式下的）SPSR中。

3、汇编保存现场和恢复现场

(1)保护现场关键是保存：中断处理程序的返回地址，r0-r12（cpsr是自动保存的）

(2)恢复现场主要是恢复：r0-r12，pc，cpsr

五、s5pv210的向量中断控制寄存器

1、异常处理的2个阶段

可以将异常处理分为2个阶段来理解。第一个阶段是异常向量表跳转；第二个阶段就是进入了真正的异常处理程序irq_handler之后的部分。

(1)第一个阶段之所以能够进行，主要依赖于CPU设计时提供的异常向量表机制。第一个阶段的主要任务是从异常发生到响应异常并且保存/恢复现场、跳转到真正的异常处理程序处。

(2)第二个阶段的目的是识别多个中断源中究竟哪一个发生了中断，然后调用相应的中断处理程序来处理这个中断。

2、S3C2440的第二阶段处理过程

(1)第一个问题，怎么找到具体是哪个中断：S3C2440的中断控制器中有一个寄存器（32位的），寄存器的每一个位对应一个中断源（为了解决支持更多中断源，2440又设计了

一个子中断机制。在一级中断寄存器中有一些中断是共用的一个bit位，譬如AC97和WDT。对于共用中断，用子中断来区分究竟是哪一个发生了中断）

(2)第二个问题，怎么找到对应的isr的问题：首先给每个中断做了个编号，进入isr_handler之后先通过查阅中断源寄存器和子中断寄存器（中哪一位为1）确定中断的编号，然后

用这个编号去isr数组（isr数组是中断初始化时事先设定好的，就是把各个中断的isr的函数名组成一个数组，用中断对应的编号作为索引来查询这个数组）中查阅得到isr地址。

评价：2440的中断处理设计不是特别优秀：第一个过程中使用子中断搞成2级的很麻烦；第二个过程中计算中断编号是个麻烦事，很耗费时间。而中断处理的时间是很宝贵的（

系统有一个性能指标，叫实时性。实时性就是中断发生到响应的时间，这个时间越短越好。）

3、S5PV210的第二阶段处理过程

(1)第一个问题，怎么找到具体是哪个中断：S5PV210中因为支持的中断源很多，所以直接设计了4个中断寄存器，每个32位，每位对应一个中断源。（理论上210最多支持128个

中断，实际支持不足128个，有些位是空的）；210没有子中断寄存器，每个中断源都是并列的。当中断发生时，在irq_handler中依次去查询4个中断源寄存器，看哪一个的哪

一位被置1，则这个位对应的寄存器就发生了中断，即找到了中断编号。

(2)第二个问题，怎么找到对应的isr的问题：210中支持的中断源多了很多，如果还使用2440的那一套来寻找isr地址就太慢了，太影响实时性了。于是210开拓了一种全新的寻

找isr的机制。210提供了很多寄存器来解决每个中断源对应isr的寻找问题，具体寻找过程和建立过程见下节，实现的效果是当发生相应中断时，硬件会自动的将相应isr推入一

定的寄存器中，我们软件只要去这个寄存器中执行函数就行了。

4、总结：第一阶段都相同，第二阶段各不同

(1)第一阶段（异常向量表阶段）2440和210几乎是完全相同的。实际上几乎所有的CPU在第一阶段都是相同的。

(2)第二阶段就彼此不同了。各个SoC根据自己对实时性的要求，和支持的中断源的多少，各自发明了各自处理中断，找到中断编号，进一步找到对应isr地址的方式。

五、S5PV210中断处理的主要寄存器

1、VICnINTENABLE和VICnINTENCLEAR
(1)VICnINTENABLE 对应interrupt enable，INTENCLEAR对应interrupt enable clear
(2)INTENABLE寄存器负责相应的中断的使能，INTENCLEAR寄存器负责相应的中断的禁止。
(3)当我们想使能（意思就是启用这个中断，意思就是当硬件产生中断时CPU能接收的到）某个中断时，只要在这个中断编号对应的VICnINTENABLE的相应bit位写1即可

（注意这个位写1其他位写0对其他位没有影响）；如果我们想禁止某个中断源时，只要向VICnINTENCLEAR中相应的位写1即可。注意：这里的设计一共有2种：有些CPU

是中断使能和禁止是一个寄存器位，写1就使能写0就进制（或者反过来写1就进制写0就使能），这样的中断使能设计就要非常小心，要使用我们之前说过的读改写三部曲来操作；

另一种就是使能和禁止分开为2个寄存器，要使能就写使能寄存器，要禁止就写禁止寄存器。这样的好处是我们使能/禁止操作时不需要读改写，直接写即可。

2、VICnINTSELECT
(1)设置各个中断的模式为irq还是fiq。一般都设置成irq

(2)IRQ和FIQ究竟有何区别。210中支持2种中断，irq和fiq。irq是普通中断，fiq是快速中断。快速中断提供一种更快响应处理的中断通道，用于对实时性要求很高的中断源。

fiq在CPU设计时预先提供了一些机制保证fiq可以被快速处理，从而保证实时性。fiq的限制就是只能有一个中断源被设置为fiq，其他都是irq。
(3)CPU如何保证fiq比irq快？有2个原因：第一，fiq模式有专用的r8～r12，因此在fiq的isr中可以直接使用r8-r12而不用保存，这就能节省时间；第二，异常向量表中fiq是最

后一个异常向量入口。因此fiq的isr不需要跳转，可以直接写在原地，这样就比其他异常少跳转一次，省了些时间。

3、VICnIRQSTATUS和VICnFIQSTATUS
(1)中断状态寄存器，是只读的。当发生了中断时，硬件会自动将该寄存器的对应位置为1，表示中断发生了。软件在处理中断第二阶段的第一阶段，就是靠查询这个寄存器来得到中断编号的。

4、VICnVECTPRIORITY0～VICnVECTPRIORITY31
(1)中断优先级设置寄存器，设置多个中断同时发生时先处理谁后处理谁的问题。一般来说高优先级的中断可以打断低优先级的中断，从而嵌套处理中断。当然了有些硬件/软件可以

设置不支持中断嵌套。

5、VICnVECTADDR0～VICnVECTADDR31、VICnADDR

(1)这三个寄存器和210中断处理第二阶段的第二阶段有关。
(2)VICnVECTADDR0到31这32个寄存器分别用来存放真正的各个中断对应的isr的函数地址。相当于每一个中断源都有一个VECTADDR寄存器，程序员在设置中断的时候，把这个

中断的isr地址直接放入这个中断对应的VECTADDR寄存器即可。
(3)VICnADDR这个寄存器是只需要读的，它里面的内容是由硬件自动设置的。当发生了相应中断时，硬件会自动识别中断编号，并且会自动找到这个中断的VECTADDR寄存器，然

后将其读出复制到VICnADDR中，供我们使用。这样的设计避免了软件查找中断源和isr，节省了时间，提高了210的中断响应速度。

六、s5pv210中断处理编程实践

本代码并没有提供完整的源文件

/*************************************************************************************/

汇编代码： start.S文件

 1 #define WTCON        0xE2700000

 2 #define SVC_STACK    0xd0037d80

 3 #define IRQ_STACK    0xd0037f80

 4 #define SOFT_KEY    0xE010E81C

 5 

 6 .global _start

 7 .global IRQ_handle

 8 .extern main

 9 .extern irq_handler

10 

11 _start:

12     /*0 : 软开关设置*/

13     ldr r0, =SOFT_KEY

14     ldr r1, [r0]

15     ldr r2, =0x301

16     orr r1, r1, r2

17     str r1, [r0]

18 

19     /*1 : 关看门狗*/

20     ldr r0, =WTCON

21     ldr r1, [r0]

22     bic r1, r1, #0x20

23     str r1, [r0]    

24 

25     /*2 : 设置栈指针*/   

26     ldr sp, =SVC_STACK

27 

28     /*3 : 开启icache*/

29     mrc p15,0,r0,c1,c0,0

30     orr r0, r0, #0x1000

31     mcr p15,0,r0,c1,c0,0 

32 

33     /*4 : 调用C语言中main函数*/

34     bl main

35 

36 main_loop:

37     b main_loop

38 

39 IRQ_handle:

40     ldr sp, =IRQ_STACK     //设置中断模式下的栈地址

41     sub lr, lr, #4         //因为ARM的流水线机制的原因:中断返回来之后应该是要执行当前指令的下一条指令

42                            //而此时的PC值等于当前正在执行的指令在内存中地址 + 8

43                            //所以此时的PC-4就是我们当前正在执行的指令的下一条执行的内存地址

44                          

45     stmfd sp!, {r0-r12, lr}  //将寄存器中的数据写入栈中

46     bl irq_handler            //调用处理函数

47     ldmfd sp!, {r0-r12, pc}^ //恢复现场

48     

49     

50 #endif 

interrupt.c文件

 1 #define  INTERRUPT   1

 2 #if  INTERRUPT

 3 

 4 #include "interrupt.h"

 5 #include "include.h"

 6 

 7 void interrupt_init(void)

 8 {

 9     //将中断函数与异常向量表绑定 

10     r_EXCEPTION_IRQ = (unsigned int)IRQ_handle;   //注意这里的类型转换

11     

12     //首先禁止所有的中断

13     VIC0INTENCLEAR = 0xffffffff;     //向相应位写入1

14     VIC1INTENCLEAR = 0xffffffff;

15     VIC2INTENCLEAR = 0xffffffff;

16     VIC3INTENCLEAR = 0xffffffff;

17 

18     //选择中断类型

19     VIC0INTSELECT  = 0x00;           //写入0表示 IRQ中断类型

20     VIC1INTSELECT  = 0x00;

21     VIC2INTSELECT  = 0x00;

22     VIC3INTSELECT  = 0x00;

23 

24     //清除VICxADDR  保险的做法 不一定非要这么做

25     VIC0ADDR = 0x0;

26     VIC1ADDR = 0x0;

27     VIC2ADDR = 0x0;

28     VIC3ADDR = 0x0;

29 

30     //将GPIO设为外部中断模式

31     GPH0CON |= (0xff << 8);       //EXIT[2] EXIT[3]

32     GPH2CON |= (0xffff << 0);     //EXIT[16] - EXIT[19]

33 

34     //选择中断触发模式  本实验采用下降沿触发 010

35     EXT_INT_0_CON |= ((1 << 9)|(1 << 13));

36     EXT_INT_0_CON &= ~((1 << 8)|(1 << 10)|(1 << 12)|(1 << 14));

37     EXT_INT_2_CON |= ((1 << 1)|(1 << 5)|(1 << 9)|(1 << 13));

38     EXT_INT_2_CON &= ~((1 << 0)|(1 << 2)|(1 << 4)|(1 << 6)|(1 << 8)|(1 << 10)|(1 << 12)|(1 << 14));

39      

40     //绑定中断处理函数到VIC2VECTADDR0寄存器

41     VIC0VECTADDR2  = (unsigned int)exit_2;

42     VIC0VECTADDR3  = (unsigned int)exit_3;

43     VIC0VECTADDR16 = (unsigned int)exit_16_19;

44 

45     //清除中断挂起  PEND寄存器  读这个寄存器0表示没有发生  1 表示发生中断

46     //需要我们 写如 1 清除中断挂起

47     EXT_INT_0_PEND |= ((1 << 2)|(1 << 3));

48     EXT_INT_2_PEND |= ((1 << 0)|(1 << 1)|(1 << 2)|(1 << 3));

49     

50     //开启相应中断使能

51     VIC0INTENABLE |= ((1 << 2)|(1 << 3)|(1 << 16)|(1 << 17)|(1 << 18)|(1 << 19)); //中断控制器中的中断使能控制开关

52     EXT_INT_0_MASK &= ~((1 << 2)|(1 << 3));     //GPIO相关模块的中断使能控制的开关  写0开启

53     EXT_INT_2_MASK &= ~((1 << 0)|(1 << 1)|(1 << 2)|(1 << 3));

54 }

55 

56 void irq_handler(void)

57 {

58     //VICxADDR寄存器虽然是一个函数地址  但是在寄存器中是以整形数据存放

59     unsigned int vicaddr[4] = {VIC0ADDR, VIC1ADDR, VIC2ADDR, VIC3ADDR};

60     unsigned int vicstat[4] = {VIC0IRQSTATUS, VIC1IRQSTATUS, VIC2IRQSTATUS, VIC3IRQSTATUS};

61     int i = 0;

62     void (*isr)(void) = NULL;   //定义一个函数指针

63 

64     for(i = 0;i < 4;i++)