2021年01月23日 | ARM Linux中断分析

简介：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。

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。

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。

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：

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。

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。

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。