arm linux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，ARMATC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,unsignedlongirqflags,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），则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_SHARED（老版本中的SA_SHIRQ），则表示多个设备共享中断，若设置了IRQF_SAMPLE_RANDOM（老版本中的SA_SAMPLE_RANDOM），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。二、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0xffff0000。可以通过CP15协处理器c1寄存器中V位(bit[13])控制。V和中断向量表的对应关系如下：V=0～0x00000000~0x0000001CV=1～0xffff0000~0xffff001Carch/arm/mm/proc-arm920.S中.section.text.init,#alloc,#execinstr__arm920_setup:……orrr0,r0,#0x2100@..1....1..11...1//bit13=1中断向量表基址为0xFFFF0000。R0的值将被付给CP15的C1.在linux中，向量表建立的函数为：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+0x200,__stubs_start,__stubs_end-__stubs_start);....}在2.6.26内核中CONFIG_VECTORS_BASE最初是在各个平台的配置文件中设定的，如：arch/arm/configs/s3c2410_defconfig中CONFIG_VECTORS_BASE=0xffff0000__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（±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。三、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_ERROR0bvector_und+stubs_offsetldrpc,.LCvswi+stubs_offsetbvector_pabt+stubs_offsetbvector_dabt+stubs_offsetbvector_addrexcptn+stubs_offsetbvector_irq+stubs_offsetbvector_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_stubirq,IRQ_MODE,4@IRQ_MODE在include\asm\ptrace.h中定义：0x12.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)[e-mail][e-mail][e-mail][e-mail][e-mail][e-mail][e-mail][e-mail][e-mail][e-mail][e-mail]__irq_invalid@f上面代码中vector_stub宏的定义为：.macrovector_stub,name,mode,correction=0.align5vector_\name:.if\correctionsublr,lr,#\correction.endif@@Saver0,lr_exception(parentPC)andspsr_exception@(parentCPSR)@stmiasp,{r0,lr}@saver0,lrmrslr,spsrstrlr,[sp,#8]@savespsr@@PrepareforSVC32mode.IRQsremaindisabled.@mrsr0,cpsreorr0,r0,#(\mode^SVC_MODE)msrspsr_cxsf,r0@为后面进入svc模式做准备@@thebranchtablemustimmediatelyfollowthiscode@andlr,lr,#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_MODE0x0000001fmovr0,spldrlr,[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_svcmovspc,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_MODE,4”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