ARM異常中斷機(jī)制.doc

ARM9（以S3C2410為例）中斷機(jī)制一、ARM異常機(jī)制介紹ARM9處理器有7種工作模式。分別是用戶模式(usr)：ARM處理器正常的程序執(zhí)行狀態(tài)?？焖僦袛嗄Ｊ?fiq)：用于高速數(shù)據(jù)傳輸或通道處理。外部中斷模式(irq)：用于通用的中斷處理。管理模式(svc)：操作系統(tǒng)使用的保護(hù)模式。數(shù)據(jù)訪問(wèn)終止模式(abt)：當(dāng)數(shù)據(jù)或指令預(yù)取終止時(shí)進(jìn)入該模式。系統(tǒng)模式(sys)：運(yùn)行具有特權(quán)的操作系統(tǒng)任務(wù)。未定義指令中止模式(und)：當(dāng)未定義的指令執(zhí)行時(shí)進(jìn)入該模式。每種模式通過(guò)5位二進(jìn)制編碼進(jìn)行標(biāo)示：用戶模式10000快速中斷模式10001外部中斷模式10010管理模式10011數(shù)據(jù)訪問(wèn)終止模式10111未定義指令中止模式11011系統(tǒng)模式11111模式編碼存放在CPSR（程序當(dāng)前狀態(tài)寄存器）中的4:0?？焖僦袛嗄Ｊ健⑼獠恐袛嗄Ｊ?、數(shù)據(jù)訪問(wèn)終止模式、未定義指令中止模式、管理模式稱為異常模式。異常類型具體含義復(fù)位當(dāng)處理器的復(fù)位電平有效時(shí)，產(chǎn)生復(fù)位異常，程序跳轉(zhuǎn)到復(fù)位異常處理程序處執(zhí)行。未定義指令遇到不能處理的指令時(shí)，產(chǎn)生未定義指令異常。軟件中斷該異常由執(zhí)行SWI指令產(chǎn)生，可用于用戶模式下的程序調(diào)用特權(quán)操作指令?？墒褂迷摦惓C(jī)制實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能調(diào)用。指令預(yù)取中止若處理器預(yù)取指令的地址不存在，或該地址不允許當(dāng)前指令訪問(wèn)，存儲(chǔ)器會(huì)向處理器發(fā)出中止信號(hào)，但當(dāng)預(yù)取的指令被執(zhí)行時(shí)，才會(huì)產(chǎn)生指令預(yù)取中止異常。數(shù)據(jù)中止若處理器數(shù)據(jù)訪問(wèn)指令的地址不存在，或該地址不允許當(dāng)前指令訪問(wèn)時(shí)，產(chǎn)生數(shù)據(jù)中止異常。IRQ（外部中斷請(qǐng)求）當(dāng)處理器的外部中斷請(qǐng)求引腳有效，且CPSR中的I位為0時(shí)，產(chǎn)生IRQ異常。系統(tǒng)的外設(shè)可通過(guò)該異常請(qǐng)求中斷服務(wù)。FIQ（快速中斷請(qǐng)求）當(dāng)處理器的快速中斷請(qǐng)求引腳有效，且CPSR中的F位為0時(shí)，產(chǎn)生FIQ異常。當(dāng)多個(gè)異常發(fā)生時(shí)，處理器根據(jù)優(yōu)先級(jí)進(jìn)行處理。優(yōu)先級(jí) 1（最高）復(fù)位2數(shù)據(jù)中止3FIQ4IRQ5預(yù)取指令中止6（最低）未定義指令、SWI異常中斷發(fā)生時(shí)，處理器執(zhí)行完當(dāng)前的指令，需要保存當(dāng)前執(zhí)行現(xiàn)場(chǎng)，切換到相應(yīng)的異常模式，并跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的異常中斷處理程序。中斷處理完成后，處理器返回現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行下條指令。異常處理一般過(guò)程如下：（1）把當(dāng)前工作模式中的下一條即將運(yùn)行的指令地址保存到R14中；（2）保存當(dāng)前CPSR到SPSR（保存程序狀態(tài)寄存器）；（3）改寫CPSR中的工作模式為當(dāng)前產(chǎn)生異常的工作模式；（4）禁止IRQ（如果進(jìn)入FIQ則禁止FIQ）；（5）跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)異常向量表入口； 如果是復(fù)位異常處理會(huì)禁止所有中斷，另外由于不用返回，因此不需要作（1）（2）步。以上的異常處理操作都是由處理器自動(dòng)完成的。二、異常向量表Linux內(nèi)核啟動(dòng)時(shí)，向量表的創(chuàng)建過(guò)程為：init/main.c-start_kernel()-trap_init()。trap_init函數(shù)位于/arch/$(ARCH)/kernel/traps.c中。trap_init函數(shù)中向量表創(chuàng)建的相關(guān)代碼如下：unsigned long vectors = CONFIG_VECTORS_BASE;memcpy(void *)vectors, _vectors_start, _vectors_end - _vectors_start);memcpy(void *)vectors + 0x200, _stubs_start, _stubs_end - _stubs_start);其中CONFIG_VECTORS_BASE是向量表的基地址。在ARM V4及V4T以后的大部分處理器中，向量表可以有兩個(gè)位置：一個(gè)是0，另一個(gè)是0xffff0000。通過(guò)CP15協(xié)處理器c1寄存器中V位(bit13)控制。V和異常向量表的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下：V=0 0x000000000x0000001CV=1 0xffff00000xffff001CCONFIG_VECTORS_BASE的值在內(nèi)核的相關(guān)配置文件中定義。比如在/arch/arm/configs/s3c2410_defconfig中CONFIG_VECTORS_BASE=0xffff0000。異常向量表存放在_vectors_start至_vectors_end定義的空間內(nèi)。異常向量表的邏輯結(jié)構(gòu)（8*4個(gè)字節(jié)）為：異常類型工作模式地址復(fù)位管理模式0x00000000未定義指令未定義指令中止模式0x00000004軟件中斷管理模式0x00000008中止（預(yù)取指令）數(shù)據(jù)訪問(wèn)終止模式0x0000000C中止（數(shù)據(jù)）數(shù)據(jù)訪問(wèn)終止模式0x00000010保留0x00000014IRQ外部中斷模式0x00000018FIQ快速中斷模式0x0000001C 異常向量表的物理結(jié)構(gòu)位于arch/arm/kernel/entry-armv.S中，如下所示：.globl _vectors_start_vectors_start: swi SYS_ERROR0: b vector_und + stubs_offset /復(fù)位異常: ldr pc, .LCvswi + stubs_offset /未定義指令異常: b vector_pabt + stubs_offset /軟件中斷異常: b vector_dabt + stubs_offset /數(shù)據(jù)異常（預(yù)取指令中止、數(shù)據(jù)中止）: b vector_addrexcptn + stubs_offset /保留: b vector_irq + stubs_offset /普通中斷異常: b vector_fiq + stubs_offset /快速中斷異常: .globl _vectors_end:_vectors_end:異常向量表中各種異常對(duì)應(yīng)位置上放置了一條跳轉(zhuǎn)指令，用于指向相應(yīng)異常的處理程序。_stubs_start至_stubs_end之間是異常處理程序的位置。stubs_offset的值為：.equ stubs_offset, _vectors_start + 0x200 - _stubs_start三、中斷處理中斷發(fā)生后，處理器執(zhí)行向量表中的b vector_irq + stubs_offset指令。接著根據(jù)進(jìn)入中斷前的具體工作模式，執(zhí)行irq_handler處理過(guò)程。irq_handler處理過(guò)程位于/arch/arm/kernel/entry-armv.S中，如下所示：.macro irq_handler 1: get_irqnr_and_base r0, r6, r5, lr 判斷中斷號(hào)，通過(guò)R0返回 bne asm_do_IRQ 進(jìn)入中斷處理。 .endm中斷號(hào)的值是在和平臺(tái)相關(guān)的文件中決定的。比如IRQ_EINT0在include/asm/arch-s3c2410/irqs.h中定義。這說(shuō)明中斷號(hào)的具體值和硬件中斷掛起寄存器中的中斷號(hào)是不等的。asm_do_IRQ位于arch/arm/kernel/irq.c，如下所示：asmlinkage void _exception asm_do_IRQ(unsigned int irq, struct pt_regs *regs)struct pt_regs *old_regs = set_irq_regs(regs); struct irq_desc *desc = irq_desc + irq; /根據(jù)中斷號(hào)找到對(duì)應(yīng)的irq_desc。irq_desc 是外部中斷描述符表，用于存儲(chǔ)中斷的相關(guān)信息 desc_handle_irq(irq, desc);/ 根據(jù)中斷號(hào)和desc進(jìn)入中斷處理 irq_finish(irq); irq_exit(); set_irq_regs(old_regs);static inline void desc_handle_irq(unsigned int irq, struct irq_desc *desc) desc-handle_irq(irq, desc); /中斷處理 在include/linux/interrupt.h中定義了irqaction結(jié)構(gòu)體，如下所示：struct irqaction irq_handler_t handler; /中斷處理函數(shù)，注冊(cè)時(shí)提供 unsigned long flags; /中斷標(biāo)志，注冊(cè)時(shí)提供 cpumask_t mask; /中斷掩碼 const char *name; /中斷名稱 void *dev_id; /設(shè)備id，本文后面部分介紹中斷共享時(shí)會(huì)詳細(xì)說(shuō)明這個(gè)參數(shù)的作用 struct irqaction *next; /如果有中斷共享，則繼續(xù)執(zhí)行， int irq; /中斷號(hào)，注冊(cè)時(shí)提供 struct proc_dir_entry *dir; /指向IRQn相關(guān)的/p