arm linux内核中ARM中断实现详解.docx

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1、Iinux-2.6.26内核中ARM中断实现详解（1）作者：刘洪涛，华清远见嵌入式学院金牌讲师，ARMATC授权培训讲师。看了一些网络上关于IinUX中断实现的文章，感觉有一些写的非常好，在这里首先感谢他们的无私付出，然后也想再补充自己对些问题的理解,先从函数注册引出问感吧.一、中断注册方法在IinUX内核中用于申请中断的函数是requesiirqstarJkerne1.()-trapinit()voidinittrapiniI(void)(unsigned1.ongvectors=CONFIG_VECTORS_BASE：nemcpy(void*)vectors,vectorsstart,_v

2、ectors_end-_vectors_start)：memcpy(void*)vectors+0x200,_stubs_start,_stubs_end-_stubs_start);)在2.6.26内核中CONF1.GVECTORSBASE最初是在各个平台的配置文件中设定的,如:arch/arm/configss3c2410defconfi中CONFIGVECTORSBASE=OxffffOOOOvectorsend至_vectors_start之间为异常向量表。位于arch/arm/kerne1/entry-armv.S.g1.ob1._VeetOrS_starC_vectors_star

3、t:swiSYS_ERRORO:/未定义指令异常:软件中断异常：数据异常：保存：普通中断异常：快速中断异常：bvectorUnd+stubsoffset/复位异常:Idrpc,.1.Cvswi+stubs_offsetbvcctor_pabt+StUbS_OffSetbVeCtOJdabt+StUbS_OffSetbvectorHddrexcp1.n+stubsoffsetbVeCtoJirq+StUbS.offsetbvector_fiq+StUbS.offset.g1.ob1.vectorsend:_vectors_end:stubsend至SIUbSSIar1.之间是异常处理的位置。也位

4、于文件archarmkerne1.entry-a11nv.S,t,vectorUnd、VeCtOJPabt、vectorirq.VeCtor.fiq都在它们中间。stubsoffset值如下：.equStUbS.offset,_vectors_start+0x200-_StUbS_StartStUbS.offset是如何獭定的呢？(引用网络上的一段比较详细的解糅)当汇编器看到B指令后会把要跳转的标卷转化为相对于当前PC的偏移量(+32M)写入指令码。从上面的代码可以看到中断向量表和stubs都发生了代码搬移，所以如果中断向量表中仍然写成bvectorirq,那么实际执行的时候就无法跳转到搬移后

5、的VeCtorirq处，因为指令码里写的是原来的儡移垃，所以需要把指令码中的偏移量写成搬移后的.我们把搬移前的中断向量表中的irq入口地址记irqPC,它在中断向量表的偏移域就是irqPCrec1.orsstart,vectorirq在StUbS中的偏移量是VeCtorJrq-StUbS_start,这两个偏移量在搬移前后是不变的。搬移后YCCtOrS_Start在OXffffOOOO处，而StUbSStart在OXffff在00处，所以搬移后的VeetoJirq相对于中断向量中的中断入口地址的偏移坑就是，200+v。Ctorirq在StUbS中的偏移量再减去中断入口在向量表中的偏移量，即20

6、0+vectorirqstubss1.ar1.-irqPCvectorsstart=(vector_irq-irq_PC)+VeCtorS_start+200-StUbS_Start,对于括号内的值实际上就是中断向量表中写的VeCtorirq,她去irq_PC是由汇编器完成的，而后面的VeCtOrS_Start+200-StUbSstart就应该是stubsoffset,实际上在entry-arnv.S中也是这样定义的.三、中断处理过程这一节将以S3C2410为例,描述IinUX-2.6.26内核中，从中断开始,中断是如何步步执行到我们注册函数的。3. 1中断向量衰archarmkerne1.

7、entry-armv.S_VeCtorS_start:swiSYS_ERRORObVeCtoJUnd+stubs_offsot1.1.rpc,.1.Cvswi+stubsoffsetbvector_pabt+StUbS.offsetbvector_dabt+StUbS.offsetbVeCtOJaddreXCPtn+stubs_offsetbVeCtOjirq+stubs_offsetbvector_fiq+StUbS.offset.g1.ob1._vectors-endvectorsend:中断发生后，跳转到bvector_irq+st泌&oet的位置执行。注意现在的向：止表的初始位置是OX

8、fffTOO00。3.2 中断跳转的入I位置archarmkerne1.entry-armv.S.g1.ob1._StUbS_startstubsstart:*Interruptdispatcher*/.vector.stubirq,IRQ_MODE,4IRQ-MODEinc1.udenptrace.h中定义t0x12.1.ong_irq_usr0(USR_26/USR.32)1.ongirqiriva1.id91(FIQ26/FIQ32)1.ongirqiriva1.id92(IRQ26/IRQ32)1.ong_irq_svc3(SVC_267SVC_32).1.ong_irq_inva1.

9、id4.1.ong_irq_inva1.id51.ong_irq_inva1.id61.ong_irq_inva1.id97-1.ong_irq_inva1.id8.1.ong_irq_inva1.id09.1.ongirqinva1.ida1.ong_irq_inva1.ideb.1.ong.irq_inva1.idc.1.ong一irq_inva1.idd.1.ongirqinva1.ide1.ong.irq_inva1.idf上面代码中vectorstub宏的定义为：.macrovectorstub,mime,mode,Correction=O.a1.ign5vector-name:.i

10、fcorrectionsubIr,Ir,#correction.endifSaver,1.r_(parentPC)andspsr_蚀(parentCPS1.Ostmiasp.(r,Ir)saver.Irmrs1r,spsrsirIr,sp,即savespsrPrepareforSVC32mode.IRQsremaindisab1.ed.mrsr,cpsreorr,r,#(mode*SVjMODE)msrSPSJCXSf,r为后面进入SVC模式做准备thebranchtab1.emustimmediate1.yfo1.1.owthiscodeandIr,Ir,的XOf进入中断前的mod。的后4位

11、defineVSRMODE0x00000010鲫defineFIe1.MoDE0x00000011鲍defineIRQMODE0x00000012触defin。SYJM(2E0x00000013例defineABTMODE0x00000017购defineUM1.MODE0x000000Ib鲫defineSYSTEMMODE0x0000001fmovr,sp1.);实际上等于72stmibsp,(r1.-r1.21.1.miar,(r1.-r3addr,sp,#5PCehereforinter1.ockavoidance1.xa3.RA,”“.”movr4,5-10strr1.,spsavet

12、herea1.rcopiedfromtheexceptionstackWearenow-eadytofi1.1.intheremainingb1.anksonthestack:r2_Ir,a1.readyfixedupforcorrectreturnrestartr3-spsr-ar4-orig_rO(seept_regsdefinitioninptrace,h)A1.so,separate1.ysavesp_usrand1r_usrStmiar,(r2-r4)s1.mdbr,(sp,Ir),Enab1.ethea1.ignmenttrapwhi1.einkerne1.modea1.ignme

13、nttraprC1.earFPtomarkthefirststackframeZerO_fp.endmJt面的这段代码主要在填充结构体pt_regs,这里提到的StrUCtptregs,在inc1.ude/asm/ptrace.h中定义.此时sp指向structPtJegSostructpt_iegs1.onguregs18;；HdefineARM/psrUrCgSU6PdefineAMPCuregs15KdofineARMIruregs14HdefineARMspUregS(HdefineARMipuregs12IfdefincARMfpuregs11HdefineARMr1.uregs10

14、HdefineARMr9UregSHdefineARMr8regs8PdefineARMr7UregS7tidefineAR!ruregs6defineARMr5UregSdefineARMHuregs4PdefineARA1.r3uregs3tidefineARMr2uregs2tidefineARMr1.Uregs1.HdefineARi1.roUregS0tidefineARMORIG_iOuregs173.4 irqjand1.er的实现过程,archarBkrn1.entry-ar三v.S.macroirq-hand1.erget_irqnr_preamb1er5,Ir&在inc1u

15、deasmarch-s3c2410/entry-nacro.s中定义/宏getirqnrPreambIe为空操作,什么都不做1:get_irqnr_and_baser,r6,r5,Ir判断中断号,通过RO返回，3.5节有实现过程movner1.,SP9routineca1.1.edwithr=irqnumber,r1.=structptregs*adrneIr,Ibbneasm_do_IRQjtt入中新处理.er1.113.5get_irqnJandj)ase中断号判断过程，inc1udeasmarc-s3c2410en1.ry-macro.s.macrogetirqnr_and_base,i

16、rqnr,irqstat,base,impmovbase,#S3C24XXVIRQtrytheinterruptoffsetregister,sinceitisthereIdrirqstat,base,WNTPNDteqirqstat,#0beq1002fIdrirqnr,base,用NTOFFSETj蛆过判断INTOFFSET存放器得到中断位置movtnp,#11stirqsta1.,1.mp,Is1.irqnrbne1001.fthenumberspecifiedisnotava1.idirq,sotryandworkitoutforourse1.vesmovirqnr,#0颔starth

17、ereworkoutwhichirq(ifany)wegotmovstmp,irqstat11.s1.fi1.6addeqirqnr,irqnr,#1611oveqirqs1.at,irqsta1.,1.sr#16tstirqstat,SOxffaddeqirqnr,irqnr,48InOVeqirqstat,irqstat,1.sr#81stirqstat,#0Xfaddeqirqnr,irqnr,#4moveqirqstat,irqstat,IsrMtstirqstat,#0x3addeqirqnr,irqnr,42moveqirqstat,irqstat,1.sr#2tstirqstat

18、,#0x1addeqirqnr,irqnr,#19WehaveIheva1.ue1001:addsirqnr,irqnr,#1R（1.EINTO”加上中新号的基准数值，得到最终的中断号，注意：此时没有考虑子中断的具体情况，（子中断的问题后面会有讲解）.1鼠1.EINrO在inc1.udeas三arch-s3c2410irqs.h中定义.从这里可以看出，中断号的具体值是有平台相关的代码决定的，和硬件中断挂起存放器中的中断号是不等的.1002:的exithere,7.f1.agunsetifIRQ.er1.m3.6asm_do_IRQ实现过程，arch/arm/kerne1./irq.casm!i

19、nkagevoid_exceptionas-doIRQ(UnSignedintirq,structPtJegS*regs)(structpt_regs*o1.d_regs=set_irq_regs(regs);structirq_desc1Mesc=irq_desc+irq;根据中断号找到对应的irq_desc*Somehardwaregivesrandom1.ywronginterrupts.Rather*thancrashing,dosomethingsensib1.e./if(irq=NRIRQS)desc=&bad_irq_desc;irq_enter();没做什么特别的工作，可以跳过

20、不看desc_hand1.e_ixrq(irq,desc);/根据中断号和desc进入中断处理*AT91specificworkaround/irq_finish(irq);irq_exit();setirqregs(o1.dregs);staticin1.inevoiddesc_hand1.e_irq(unsignedintirq,structirqdesc*desc)(desc-hand1.e_irq(irq,desc);中断处理)上述asm1.inkag。void.exceptionasm_doIRQ(unsignedintirq,structptregs*regs)f用了HSmIink

21、age标识。那么这个标识的含义如何理解呢？该符号定义在kerne1.inc1.udeIinUX/1.inkage.h中，如F所示:inc1.ude各个具体处理器在此文件中定义asm1.inkageJtifdef_cp1.uspIusdefineCP1.1.ASM1.INKAGEexternC#e1.seWefineCPP_ASH!1.INKAGE-endifJtifndefasm1.inkage/如果以前没有定义asm1.inkageSdcfineasm1.inkagcCPP_ASM1.INKAGESendif对于ARM处理器的hand1.ejrq(irq,desc)中断函数的过程。后面的章节

22、还会继续讲解后面的内容。四、中断处理模型要想弄清楚desc-hand1.eirq(irq,desc)和我们注册的中断有什么关联，就要了解中断处理模型了。4.1 中断处理模型结构中断处理模型如下列图所示,NRIRQS-ImII1MQKtion其中NRIRQS表示酸大的中断号,在inc1.ude/asm/arch/irq.h中定义。irq_desc是一个指向irq_deSJt结构的数组，irq_desc_t结构是各个设备中断效劳例程的描述符。Irqdescj结构体中的成员action指向该中断号对应的irqacIion结构体链表。IrqaCtiOn结构体定义在inc1.ude/IinuxZinte

23、rrupt,h中,如下:Iruc1.irqacIion（irq_hand1.er_thand1.er：中断处理函数，注册时提供unsigned1.ongf1.ags;/中断标志，注册时提供cpumasktmask;/中断拖码constchar*name;中断名称void*devjd;设备id.本文后面局部介绍中断共享时会详细说明这个参数的作用structirqaction+next;如果有中断共享，则继续执行，intirq;中断号，注册时提供structproc_dir_entry*dir;/指向IRQn相关的procirqn目录的描述符）：在注册中断号为irq的中断效劳程序时,系统会根据注册

24、参数封装相应的irqaction结构体。并把断号为irq的irqaction结构体写入irq-descirq-action.这样就把设备的中断请求号与该设备的中断效劳例程iriucii,n联系在一就了。样当CPU接收到中断请求后，就可以根据中断号通过irqesc口找到该设备的中断效劳程序。4.2 中断共享的处理模型共享中断的不同设符的iqraction结构体都会添加进该中断号对应的irq_desc结构体的action成员所指向的irquc1.ion链表内。当内核发生中断时,它会依次调用该链表内所有的hand1.er函数。因此，若第动程序需要使用共享中断机制，其中断处理函数必须有能力识别是否是自

25、己的硬件产生了中断，通常是通过读取该硬件设备提供的中断f1.ag标志位进行判断。也就是说不是任何设备都可以做为中断共享源的，它必须能够通过的它的中断f1.ag判断出是否发生J中断。中断共享的注册方法是：intrequestirq(unsigne1.intirq,irhand1.er函数).因此irqaction-hand1.er函数有责任识别出是否是自己的俊件设备产生了中断，然后再执行该中断处理函数，通常是通过读取该硬件设备提供的中断f1.ag标志位进行判断。那既然kerne1.循环执行该中断线上注册的所有irqaction-hand1.er函数,把识别冗竟是哪个硬件设备产生了中断这件事交给中

26、断处理函数本身去做，那rcqucst_irq的devid参数究竟是做什么用的？很多资料中都建议将设备结构指针作为devid参数。在中断到来时，迅速地根据硬件存放落中的信息比照传入的devid参数判断是否是本设备的中断，若不是，应迅速返回。这样的说法没有问题，也是我们编程时都遵循的方法。但事实上并不能够说明为什么中断共享必须要设置dvid.下面解择一下dev_id参数为什么必须的，而且是必须唯一的.当调用freeirq注销中断处理函数时(通常卸载驱动时其中断处理函数也会被注销掉)，因为dev_id是唯一的，所以可以通过它来判断从共享中断线上的多个中断处理程序中出除指定的一个。如果没有这个参数，那

27、么kerne1.不可能知道给定的中断线上到底要删除哪一个处理程序。注销函数定义在Kerne1.irqmanage.c中定义：voidfreeirq(unsignedintirq,void*devid)五、S3C2410子中断的注册的实现5.1S3C2410子中断注册问题的提出参看3.5节中判断中断号的方法，可以看到只是通过S3C2410中断控制法中的INToFFSET存放罂来判断的。时下INTPND中的EINT47,EINT823、INTJJART0、IVrAi)C等带有子中断的向是，INToFFSET无法判断出具体的中断号。平4留给我们的注册方法如下：在inc1.udeasmarchirqs

28、.h中有类似如下定义：*interruptsgeneratedfromtheexterna1.interruptssources*/defineIRQE1NT4S3C241OIRQ(32)*48*/XdefineIRC1.E1.NT5S3C2410RQ(33)SdefinoIR(1.E1.NT6S3C2410_IRQ(34)SdefineIR(1.E1.NT7S3C2410IRQ(35)UdefineIRQEINT8S3C2410IRQ(36)WefineIRC1.EINT9S3C2410IRQ(37)MefineIRQ,EINT10S3C2410JRQ(38)SdefineIR(1.EINT

29、I1.S3C2410IRQ(39)#defineIRQEINT12S3C2410IRQ(40)-defineIR(1.E1.NT13S3C24IOJRQ(41)UdefineIRQEINT14S3C2410IRQ(42)WefineIRe1.EINT15S3C2410JRQ(43)SdofincIRQE1T16S3C2410.IRQ(44)SdefineIR(1.EINT17S3C2410.IRQ(45)WefineIRQEINTI8S3C2410IRQ(46)HdefineIR(1.E1.NT19S3C2410IRQ(47)SdcfincIR(1.EINT20S3C2410.IRQ(48)/

30、644defineIRQ_EINT21S3C2410IRQ(49)UdefineIRQE1NT22S3C2410IRQ(SO)WefineIR(1.EINT23S3C2410.IRQ(51)可以看到平台为每种子中断都定义了中断号，如果你想实现E1.M1.o的中断注册，直接按照IRQ.EINT10这个中断号注册都可以了。那么平台代码是如何实现这局部中断注册的呢？5.2S3C2410子中断注册问题的解决*archa11np1.at-s3c24xxirq.c*/voidinits3c24xx_init_irq(void)SCIjrq_Chained.hand1.eM1.RQ_E1.NT4t7,s3c

31、_irq_demuxextint4t7)：setirqchainedhandIer(IRQEINT8t23,s3cirqdemuxextint8);set_irq_chained_handIer(IRQJART0,s3c_irq_demux_uartO);sct_irq_chained_hand1er(1RQIART1,s3c.irq_demux_uart1);SeJirq_Chained_hand1.er(IRQjART2,s3c_irq_dcmux_uart2);setirqchainedhandIer(IRQADCPARENT,s3cirqdemuxtide);)平台在初始化时会调用到s

32、3c24xxiniIirq,在此函数中实现了对E1.NT47、EINT8.23JNT,UART0、INT_ADC等中断的注册。卜.面看看这些带有子中断的中断号对应的处理函数的内容。以IRQEINT4t7为例，其它情况类似。*archarmp1.at-s3c24xxirq.c*/s3c_irq_demux_extint4t7(unsignedintirq,structirq_desc*desc)(unsigned1.ongeintpnd=_rawread1.(S3C24XX_EINTPEND);unsigned1.ongeintmsk=rawread1.(S3C24XX-EINTMASK);ei

33、ntpnd&=eintmsk;eintpnd&=Oxff;*on1.y1.owerirqs/ein1.pnd中可以有多个位同时置1,这一点和in1.pnd的只能有1个位置1是不一样的*/whi1.e(eintpnd)(/循环执行所有置位的子中断irq=_ffs(eintpnd);/7算出第个不为0的位,类似armv5后的CIZ前导。的作用eintpnd&=(KCrq);/去除相应的位irq+=(IRQEINT4-4);算出对应的中断号desc_hand1e_irq(irq,irq_desc+irq);执行对应子中断的注册函数)从上面的函数可以看出子中断是如何注册及被调用到的.有人可能会问为何不在inc1udeasmarchs3c2410/enIry-nacro.s文件中getirqr11andbase函数判断中断号时,直接算出对应的子中断号，就可以直接找到了中断处理了呢？原因是：get/rqnjandbase是平台给系统提供的函数，对于多个子中断同时置位的情况无法通过个值返回(因为中断中，如eintpnd是可以多个位同时置位的)。而intpnd则没有这个问题。