armlinux内核中arm中断实现详解.docx

1、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， ARM AT（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：int request_irq（unsigned int irq, irq_handler_t handler

2、,unsigned longirqflags, const char *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 I

3、RQF_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

4、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ARM V4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 (bit13) 控制。V和中断向量表的对应关系如下：OxOOOOOOOOOxOOOOOO1COxffffOOOOOxffffOOarc

5、h/arm/mm/proc-arm92O.S 中.section .text.init, #alloc, #execinstr_arm92O_setup: orr rO, rO,#Ox21OO .1. .1 .11 .1bit13=1 中断向量表基址为 OxFFFFOOOO R0的值将被付给 CP15的C1.init/main.c-start_kernel()-trap_init() void _init trap_init(void)unsigned long vectors =CONFIG_VECTORS_BASE;memcpy(void *)vectors, vectors_start,

6、 _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

7、_start_vectors_start:swi SYS_ERROR0:b vector_und + stubs_offset / 复位异常:ldr pc, .LCvswi + stubs_offset / 未定义指令异常:b vector_pabt + stubs_offset / 软件中断异常:b vector_dabt + stubs_offset / 数据异常:b vector_addrexcptn + stubs_offset / 保留 :b vector_irq + stubs_offset / 普通中断异常:b vector_fiq + stubs_offset / 快速中断异常

8、:.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：.equ stubs_offset, _vectors_start + 0x200 - _stubs_start stubs_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

9、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 b vector_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 vec

10、tors_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，

11、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 archarmkernelentry-armv.Svectors_start:swi SYS_ERROR0b vector_und + stubs_offsetldr pc, .LCvswi + stubs_offset b vector_pabt + stubs_offsetb

12、vector_dabt + stubs_offsetb vector_addrexcptn + stubs_offsetb vector_irq + stubs_offsetb vector_fiq + stubs_offset.globl _vectors_end_vectors_end:中断发生后，跳转到 b vector_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 archarmkernelentry-armv.S.globl _stubs_start_stubs_start: /* Interrup

13、t dispatcher*/ vector_stub 在 includeasmptrace.h 中定义： 0x12.long.longFIQ_32).longIRQ_32).long.long.long.long.long.long.longirq, IRQ_MODE4, IRQ_MODE irq_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 4 irq_invalid 5 irq_invalid 6 irq_inval

14、id 7 irq_invalid 8 irq_invalid 9 invalid a invalid b invalid c invalid 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：.macro vector_stub, name, mode, correction=0.align 5vector_name:.if correctionsub lr, lr, #correction.endif Save r0, lr_

15、(parent PC) and spsr_ (parent CPSR)stmia sp, r0, lr save r0, lrmrs lr, spsrstr lr, sp, #8 save spsrPrepare for SVC32mode. IRQs remain disabled.mrs r0, cpsreor r0, r0, #(mode A SVC_MODE)msr spsr_cxsf, r0 为后面进入 svc 模式做准备 the branch table must immediately followthis codeand Ir, Ir, #0x0f 进入中断前的 mode的后4

16、位#define USR_MODE 0x00000010#define FIQ_MODE 0x00000011#define IRQ_MODE 0x00000012#define SVC_MODE 0x00000013#define ABT_MODE 0x00000017#define UND_MODE 0x0000001b#define SYSTEM_MODE 0x0000001fmov r0, spldr lr, 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_svcmo

17、vs pc, 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 cpsr branch to handler in SVCmode.endm.globl _stubs_start_stubs_start:/* Interrupt dispatcher*/vector_stub irq, 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 (

18、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 archarmkernelentry-armv.S_irq_usr:usr_entry 后面有解释kuser_cmpxchg_

19、check#ifdef C0NFIG_TRACE_IRQFLAGSbl trace_hardirqs_off#endifget_thread_info tsk 获取当前进程的进程描述 符中的成员变量threadnfo 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)#ifdef CONFIG_PREEMPT/如果定义了抢占，增加抢占数值ldr r8, tsk, #TI_PREEMPT get preempt count add r7, r8, #1 increment itstr r7, tsk, #TI_PREEMPT#endifirq_handle

20、r 中断处理，我们最关心的地方， 3.4 节有实现过程#ifdef CONFIG_PREEMPTldr r0, tsk, #TI_PREEMPTstr r8, tsk, #TI_PREEMPT teq r0, r7 strne r0, r0, -r0#endif#ifdef CONFIG_TRACE_IRQFLAGSbl trace_hardirqs_on#endifmov why, #0 b ret_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。.ma

21、cro usr_entrysub sp, sp, #S_FRAME_SIZE S_FRAME_SIZ的值在 archarmkernelasm-offsets.c中定义 DEFINE(S_FRAME_SIZE, sizeof(struct pt_regs); 实际上等于 72stmib sp, r1r12 ldmia r0, r1 - r3 add r0, sp, #S_PC here for interlockavoidancemov r4, #-1 str r1, sp save the real r0 copied from the exception stack We are now r

22、eady to fill in the remainingblanks on the stack: r2 - lr_, already fixed up forcorrect return/restart r3 - spsr_ r4 - orig_r0 (see pt_regs definition inptrace.h) Also, separately save sp_usr and lr_usrstmia r0, r2 - r4stmdb r0, sp, lrA Enable the alignment trap while in kernelmodealignment_trap r0

23、Clear FP to mark the first stack frame 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 struct pt_regs ，在 include/asm/ptrace.h 中定义。此时 sp 指向 struct pt_regs 。struct pt_regs long uregs18; ;#define ARM_cpsr uregs16 #define ARM_pc uregs15 #define ARM_lr uregs14 #define ARM_sp uregs13 #define ARM_ip uregs12 #d

24、efine ARM_fp uregs11 #define ARM_r10 uregs10 #define ARM_r9 uregs9 #define ARM_r8 uregs8 #define ARM_r7 uregs7 #define ARM_r6 uregs6 #define ARM_r5 uregs5 #define ARM_r4 uregs4 #define ARM_r3 uregs3 #define ARM_r2 uregs2 #define ARM_r1 uregs1 #define ARM_r0 uregs0 #define ARM_ORIG_r0 uregs173.4irq_h

25、andler 的实现过程 ， archarmkernelentry-armv.S.macro irq_handler get_irqnr_preamble r5, 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_base r0, r6, r5, lr 判断中断号，通过RO返回，3.5节有实现过程- -movne r1, sp routine called with rO = irq number, r1 = struct pt_regs * adrne

26、 lr, 1b bne asm_do_IRQ 进入中断处理。.endm3.5get_irqnr_and_base 中断号判断过程， include/asm/arch-s3c2410/entry-macro.s.macro get_irqnr_and_base, irqnr, irqstat, base, tmpmov base, #S3C24XX_VA_IRQtry the interrupt offset register, since it is thereldr irqstat, base, #INTPND teq irqstat, #0 beq 1002f ldr irqnr, bas

27、e, #INTOFFSET 通过判断INTOFFSET寄存器得到中断位置mov tmp, #1tst irqstat, tmp, lsl irqnrbne 1001f the number specified is not a valid irq, so try and work it out for ourselves mov irqnr, #0 start here work out which irq (if any) we got movs tmp, irqstat, lsl#16 addeq irqnr, irqnr, #16 moveq irqstat, irqstat, lsr#

28、16 tst irqstat, #0xff addeq irqnr, irqnr, #8 moveq irqstat, irqstat, lsr#8 tst irqstat, #0xf addeq irqnr, irqnr, #4 moveq irqstat, irqstat, lsr#4 tst irqstat, #0x3 addeq irqnr, irqnr, #2 moveq irqstat, irqstat, lsr#2 tst irqstat, #0x1 addeq irqnr, irqnr, #1 we have the value 1001:adds irqnr, irqnr,

29、#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: exit here, Z flag unset if IRQ.endm3.6asm_do_IRQ实现过程，arch/arm/kernel/irq.casmlinkage void _exception asm_do_IRQ(unsigned int irq,

30、 struct pt_regs *regs)struct pt_regs *old_regs = set_irq_regs(regs);struct irq_desc *desc = irq_desc + irq;/ 根据中断号找到对应的 irq_desc/*Some hardware gives randomly wrong interrupts. Rather*than crashing, do something sensible.*/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/* AT91 specific workaround */ irq_finish(irq); ir