armlinux内核中arm中断实现详解.docx
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armlinux内核中arm中断实现详解
linux-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，ARMAT（授权培训讲师。
看了一些网络上关于linux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一些问题的理解。
先从函数注册引出问题吧。
一、中断注册方法
在linux内核中用于申请中断的函数是request_irq（），函数原型在Kernel/irq/manage.c中定义：
intrequest_irq（unsignedintirq,irq_handler_thandler,
unsignedlong
irqflags,constchar*devname,void*dev_id）
irq是要申请的硬件中断号。
handler是向系统注册的中断处理函数，是一个回调函数，中断发生时，系统调用这个函数，dev_id参数将被传递给它。
irqflags是中断处理的属性，若设置了IRQF_DISABLED（老版本中的
SA_INTERRUPT本版zhon已经不支持了），贝J表示中断处理程序是快速处理程序，快速处理程序被调用时屏蔽所有中断，慢速处理程序不屏蔽；若设置了IRQF_SHARE（老版本中的SA_SHIRQ，则表示多个设备共享中断，若设置了IRQF_SAMPLE_RAND老版本中的SA_SAMPLE_RANDQM表示对系统熵有贡献，对系统获取随机数有好处。
（这几个flag是可以通过或的方式同时使用的）dev_id在中断共享时会用到，一般设置为这个设备的设备结构体或者NULL。
devname设置中断名称，在cat/proc/interrupts中可以看到此名称。
request_irq（）返回0表示成功，返回-INVAL表示中断号无效或处理函数指针为NULL返回-EBUSY表示中断已经被占用且不能共享。
关于中断注册的例子，大家可在内核中搜索下request_irq。
在编写驱动的过程中，比较容易产生疑惑的地方是：
1、中断向量表在什么位置？
是如何建立的？
2、从中断开始，系统是怎样执行到我自己注册的函数的？
3、中断号是如何确定的？
对于硬件上有子中断的中断号如何确定？
4、中断共享是怎么回事，dev_id的作用是？
本文以2.6.26内核和S3C2410处理器为例，为大家讲解这几个问题
、异常向量表的建立在ARMV4及V4T以后的大部分处理器中，中断向量表的位置可以有两个位置：
一个是0,另一个是OxffffOOOO。
可以通过CP15协处理器cl寄存器中V位（bit[13]）控制。
V和中断向量表的对应关系如下：
OxOOOOOOOO~OxOOOOOO1C
OxffffOOOO~OxffffOO
arch/arm/mm/proc-arm92O.S中
.section".text.init",#alloc,#execinstr
__arm92O_setup:
orrrO,rO,
#Ox21OO@..1....1..11...1
〃bit13=1中断向量表基址为OxFFFFOOOOR0的值将被付给CP15的C1.
init/main.c->start_kernel（）->trap_init（）void__inittrap_init（void）
unsignedlongvectors=
{
CONFIG_VECTORS_BASE;
memcpy（（void*）vectors,vectors_start,__vectors_end-__vectors_start）;
memcpy（（void*）vectors+Ox2OO,stubs_start,__stubs_end-__stubs_start）;
在2.6.26
如：
}
内核中CONFIG_VECTORS_B最初是在各个平台的配置文件中设定的,
arch/arm/configs/s3c241O_defconfig中
CONFIG_VECTORS_BASE=OxffffOOOO
__vectors_end至__vectors_start之间为异常向量表。
位于arch/arm/kernel/entry-armv.S
.globl__vectors_start
__vectors_start:
swiSYS_ERROR0:
bvector_und+stubs_offset//复位异常:
ldrpc,.LCvswi+stubs_offset//未定义指
令异常:
bvector_pabt+stubs_offset//软件中断异
常:
bvector_dabt+stubs_offset//数据异常:
bvector_addrexcptn+stubs_offset//保留:
bvector_irq+stubs_offset//普通中断异
常:
bvector_fiq+stubs_offset//快速中断异
常:
.globl__vectors_end:
__vectors_end:
__stubs_end至__stubs_start之间是异常处理的位置。
也位于文件arch/arm/kernel/entry-armv.S中。
vector_und、vector_pabt、vector_irq、
vector_fiq都在它们中间。
stubs_offset值如下：
.equstubs_offset,__vectors_start+0x200-__stubs_startstubs_offset是如何确定的呢？
（引用网络上的一段比较详细的解释）
当汇编器看到B指令后会把要跳转的标签转化为相对于当前PC的偏移量（土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bvector_irq，那么实际执行的时候就无法跳转到搬移后的vector_irq处，因为指令码里写的是原来的偏移量，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irq_PC,它在中断向量表的偏移量就是irq_PC-vectors_start,vector_irq在stubs中的偏移量是vector_irq-stubs_start，这两个偏移量在搬移前后是不变的。
搬移后vectors_start在0xffff0000处，而stubs_start在0xffff0200处，所以搬移后的vector_irq相对于中断向量中的中断入口地址的偏移量就是，200+vector_irq在stubs中的偏移量再减去中断入口在向量表中的偏移量，即200+vector_irq-stubs_start-irq_PC+vectors_start=
（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vector_irq，减去irq_PC是由汇编器完成的，而后面的vectors_start+200-stubs_start就应该是stubs_offset，实际上在entry-armv.S中也是这样定义的。
、中断处理过程
这一节将以S3C2410为例，描述linux-2.6.26内核中，从中断开始，中断是如何一步一步执行到我们注册函数的。
3.1中断向量表arch\arm\kernel\entry-armv.S
vectors_start:
swiSYS_ERROR0
bvector_und+stubs_offset
ldrpc,.LCvswi+stubs_offsetbvector_pabt+stubs_offset
bvector_dabt+stubs_offset
bvector_addrexcptn+stubs_offset
bvector_irq+stubs_offset
bvector_fiq+stubs_offset
.globl__vectors_end
__vectors_end:
中断发生后，跳转到bvector_irq+stubs_offset的位置执行。
注意现在的向量表的初始位置是0xffff0000。
3.2中断跳转的入口位置arch\arm\kernel\entry-armv.S
.globl__stubs_start
__stubs_start:
/*
*Interruptdispatcher
*/vector_stub在include\asm\ptrace.h中定义：
0x12
.long
.long
FIQ_32）
.long
IRQ_32）
.long
.long
.long
.long
.long
.long
.long
irq,IRQ_MODE4,@IRQ_MODEirq_usr@0（USR_26/USR_32）irq_invalid@1（FIQ_26/
irq_invalid@2（IRQ_26/irq_svc@3（SVC_26/SVC_32）irq_invalid@4irq_invalid@5irq_invalid@6irq_invalid@7irq_invalid@8irq_invalid@9invalid@ainvalid@binvalid@cinvalid@d
.long__irq.long__irq.long__irq.long__irq
.long__irq_invalid@e
.long__irq_invalid@f
上面代码中vector_stub宏的定义为：
.macrovector_stub,name,mode,correction=0
.align5
vector_\name:
.if\correction
sublr,lr,#\correction
.endif
@
@Saver0,lr_（parentPC）andspsr_
@（parentCPSR）
@
stmiasp,{r0,lr}@saver0,lr
mrslr,spsr
strlr,[sp,#8]@savespsr
@
@PrepareforSVC32mode.IRQsremaindisabled.
@
mrsr0,cpsr
eorr0,r0,#（\modeASVC_MODE）
msrspsr_cxsf,r0@为后面进入svc模式做准备
@
@thebranchtablemustimmediatelyfollow
thiscode
@
andIr,Ir,#0x0f@进入中断前的mode的后4
位
@#defineUSR_MODE0x00000010
@#defineFIQ_MODE0x00000011
@#defineIRQ_MODE0x00000012
@#defineSVC_MODE0x00000013
@#defineABT_MODE0x00000017
@#defineUND_MODE0x0000001b
@#defineSYSTEM_MODE0x0000001f
movr0,sp
ldrlr,[pc,lr,lsl#2]@如果进入中断前是
usr，则取出PC+4*0的内容，即_irq_usr@如果进入中断前是svc,则取出PC+4*3的内容，即__irq_svc
movspc,lr@当指令的目标寄存器是PC且指
令以S结束，则它会把@spsr的值恢复给cpsrbranchtohandlerinSVCmode
.endm
.globl__stubs_start
__stubs_start:
/*
*Interruptdispatcher
*/
vector_stubirq,IRQ_MODE,4
.long__irq_usr@0（USR_26/USR_32）
.long__irq_invalid@1（FIQ_26/FIQ_32）
.long__irq_invalid@2（IRQ_26/IRQ_32）
.long__irq_svc@3（SVC_26/SVC_32）
用“irq,IRQ_M0DE4”代替宏vector_stub中的“name,mode,correction”，找到了我们中断处理的入口位置为vector_irq（宏里面的vector_\name）。
从上面代码中的注释可以看出，根据进入中断前的工作模式不同，程序下一步将跳转到_irq_usr、或__irq_svc等位置。
我们先选择__irq_usr作为下一步跟踪的目标。
3.3__irq_usr的实现arch\arm\kernel\entry-armv.S
__irq_usr:
usr_entry@后面有解释
kuser_cmpxchg_check
#ifdefC0NFIG_TRACE_IRQFLAGS
bltrace_hardirqs_off
#endif
get_thread_infotsk@获取当前进程的进程描述符中的成员变量thread」nfo的地址，并将该地址保存到寄存器tsk等于r9（在entry-header.S中定义）
#ifdefCONFIG_PREEMPT//如果定义了抢占，增加抢占数值
ldrr8,[tsk,#TI_PREEMPT@]getpreemptcountaddr7,r8,#1@incrementit
strr7,[tsk,#TI_PREEMPT]
#endif
irq_handler@中断处理，我们最关心的地方，3.4节有实现过程
#ifdefCONFIG_PREEMPT
ldrr0,[tsk,#TI_PREEMPT]
strr8,[tsk,#TI_PREEMPT]teqr0,r7strner0,[r0,-r0]
#endif
#ifdefCONFIG_TRACE_IRQFLAGS
bltrace_hardirqs_on
#endif
movwhy,#0bret_to_user@中断处理完成，返回中断产生的位置，3.7节有实现过程上面代码中的usr_entry是一个宏，主要实现了将usr模式下的寄存器、中断返回地址保存到堆栈中。
.macrousr_entry
subsp,sp,#S_FRAME_SIZE@S_FRAME_SIZ的值在arch\arm\kernel\asm-offsets.c
@中定义DEFINE（S_FRAME_SIZE,sizeof（structpt_regs））;实际上等于72
stmibsp,{r1
r12}ldmiar0,{r1-r3}addr0,sp,#S_PC@hereforinterlock
avoidance
movr4,#-1@""""""""
strr1,[sp]@savethe"real"r0copied@fromtheexceptionstack
@
@Wearenowreadytofillintheremaining
blanksonthestack:
@
@r2-lr_,alreadyfixedupfor
correctreturn/restart
@r3-spsr_
@r4-orig_r0（seept_regsdefinitionin
ptrace.h）
@
@Also,separatelysavesp_usrandlr_usr
@
stmiar0,{r2-r4}
stmdbr0,{sp,lr}A
@
@Enablethealignmenttrapwhileinkernel
mode
@
alignment_trapr0
@ClearFPtomarkthefirststackframe
@zero_fp.endm
上面的这段代码主要在填充结构体pt_regs，这里提到的structpt_regs，在include/asm/ptrace.h中定义。
此时sp指向structpt_regs。
structpt_regs{
longuregs[18];};
#defineARM_cpsruregs[16]#defineARM_pcuregs[15]#defineARM_lruregs[14]#defineARM_spuregs[13]#defineARM_ipuregs[12]#defineARM_fpuregs[11]#defineARM_r10uregs[10]#defineARM_r9uregs[9]#defineARM_r8uregs[8]#defineARM_r7uregs[7]#defineARM_r6uregs[6]#defineARM_r5uregs[5]#defineARM_r4uregs[4]#defineARM_r3uregs[3]#defineARM_r2uregs[2]#defineARM_r1uregs[1]#defineARM_r0uregs[0]#defineARM_ORIG_r0uregs[17]
3.4irq_handler的实现过程，arch\arm\kernel\entry-armv.S
.macroirq_handlerget_irqnr_preambler5,lr@在
include/asm/arch-s3c2410/entry-macro.s中定义了宏get_irqnr_preamble为空操作，什么都不做
1:
get_irqnr_and_baser0,r6,r5,lr@判断
中断号，通过RO返回，3.5节有实现过程--
movner1,sp@
@routinecalledwithrO=irqnumber,r1=structpt_regs*
@adrnelr,1bbneasm_do_IRQ@进入中断处理。
.endm
3.5get_irqnr_and_base中断号判断过程，include/asm/arch-s3c2410/entry-macro.s
.macroget_irqnr_and_base,irqnr,irqstat,base,tmp
mov\base,#S3C24XX_VA_IRQ
@@trytheinterruptoffsetregister,sinceitisthere
ldr\irqstat,[\base,#INTPND]
teq\irqstat,#0beq1002fldr\irqnr,[\base,#INTOFFSET]@通过判
断INTOFFSET寄存器得到中断位置
mov\tmp,#1
tst\irqstat,\tmp,lsl\irqnr
bne1001f
@@thenumberspecifiedisnotavalidirq,sotry
@@andworkitoutforourselvesmov\irqnr,#0@@starthere@@workoutwhichirq（ifany）wegotmovs\tmp,\irqstat,lsl#16addeq\irqnr,\irqnr,#16moveq\irqstat,\irqstat,lsr#16tst\irqstat,#0xffaddeq\irqnr,\irqnr,#8moveq\irqstat,\irqstat,lsr#8tst\irqstat,#0xfaddeq\irqnr,\irqnr,#4moveq\irqstat,\irqstat,lsr#4tst\irqstat,#0x3addeq\irqnr,\irqnr,#2moveq\irqstat,\irqstat,lsr#2tst\irqstat,#0x1addeq\irqnr,\irqnr,#1@@wehavethevalue1001:
adds\irqnr,\irqnr,#IRQ_EINT0@加上中断号的基准数值，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）。
IRQ_EINT0在include/asm/arch-s3c2410/irqs.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，和硬件中断挂起寄存器中的中断号是不等的。
1002:
@@exithere,ZflagunsetifIRQ
.endm
3.6asm_do_IRQ实现过程，arch/arm/kernel/irq.c
asmlinkagevoid__exceptionasm_do_IRQ（unsignedintirq,structpt_regs*regs）
{
structpt_regs*old_regs=set_irq_regs（regs）;
structirq_desc*desc=irq_desc+irq;//根据中断号找到对应的irq_desc
/*
*Somehardwaregivesrandomlywronginterrupts.Rather
*thancrashing,dosomethingsensible.
*/
if（irq>=NR_IRQS）desc=&bad_irq_desc;
irq_enter（）;//没做什么特别的工作，可以跳过不看
desc_handle_irq（irq,desc）;//根据中断号
和desc进入中断处理
/*AT91specificworkaround*/irq_finish（irq）;ir
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