arm linux 下中斷流程簡(jiǎn)要分析中斷處理流程

首先在分析源碼之前，讓我們了解一些原理性的東西,我們都知道在處理中斷要保存當(dāng)前現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)，然后才能處理中斷，處理完之后還要把現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)恢復(fù)過(guò)來(lái)才能返回到被中斷的地方繼續(xù)執(zhí)行，這里要說(shuō)明的是在指令跳轉(zhuǎn)到中斷向量的地方開(kāi)始執(zhí)行之前，CPU幫我們做了哪些事情:

R14_irq =要執(zhí)行的下條指令地址+ 4//這里的下條指令是相對(duì)于被中斷指令的下條。即返回地址

SPSR_irq = CPSR//保存的現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)，r0到r12要由我們軟件來(lái)保存(如果需要的話)。

CPSR[4:0] = 0b10010//進(jìn)入中斷模式

CPSR[5] = 0//在ARM模式下執(zhí)行(不是Thumb下)

CPSR[7] = 1//關(guān)掉IRQ中斷，F(xiàn)IQ還是開(kāi)著

PC = 0Xffff0018/0x00000018//根據(jù)異常向量表的位置，跳轉(zhuǎn)到特定的中斷向量處去執(zhí)行。

更詳細(xì)的關(guān)于異常處理的細(xì)節(jié)可參考<>

接下來(lái)我們?cè)趤?lái)分析watchdog產(chǎn)生中斷后的處理流程：

當(dāng)watchdog超時(shí)時(shí)將會(huì)產(chǎn)生中斷，中斷號(hào)就是IRQ_WDT，當(dāng)產(chǎn)生中斷時(shí)，系統(tǒng)將從跳轉(zhuǎn)表中的中斷位置開(kāi)始運(yùn)行，對(duì)于我們這篇文章來(lái)說(shuō)：是從0xffff0000 + 24處開(kāi)始運(yùn)行。 這個(gè)地址的指令是：

bvector_irq + stubs_offset

即直接跳轉(zhuǎn)到vector_irq處去運(yùn)行。這些都在中斷初始化的時(shí)候分析過(guò)了。

我們來(lái)看vector_irq，它是通過(guò)宏vector_stub來(lái)定義的：

arch/arm/kernel/entry-armv.S:

/*

* Interrupt dispatcher

*/

vector_stubirq, IRQ_MODE, 4/*這是個(gè)宏定義*/

/*下面這些都是不同模式下的irq處理函數(shù)*/

.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)

.long__irq_invalid@4

.long__irq_invalid@5

.long__irq_invalid@6

.long__irq_invalid@7

.long__irq_invalid@8

.long__irq_invalid@9

.long__irq_invalid@a

.long__irq_invalid@b

.long__irq_invalid@c

.long__irq_invalid@d

.long__irq_invalid@e

.long__irq_invalid@f

來(lái)看宏vector_stub

arch/arm/kernel/entry-armv.S:

.macrovector_stub, name, mode, correction=0

.align5

vector_/name:

.if /correction

sublr, lr, #/correction

.endif

@

@ Save r0, lr_ (parent PC) and spsr_

@ (parent CPSR)

@

stmiasp, {r0, lr}@ save r0, lr

mrslr, spsr

strlr, [sp, #8]@ save spsr

@

@ Prepare for SVC32 mode.IRQs remain disabled.

@

mrsr0, cpsr

eorr0, r0, #(/mode ^ SVC_MODE)

msrspsr_cxsf, r0

@

@ the branch table must immediately follow this code

@

andlr, lr, #0x0f

movr0, sp

ldrlr, [pc, lr, lsl #2]

movspc, lr@ branch to handler in SVC mode

.endm

這樣展開(kāi)后vector_irq如下所示：

arch/arm/kernel/entry-armv.S:

vector_irq:

.if 4

@ lr保存的是被打斷指令處地址＋8的值，(看上面的分析,由PC得到)， 這里－4則就是中斷

@處理完后的返回地址,在中斷處理完后該值會(huì)賦給PC

sublr, lr, #4

.endif

@

@ Save r0, lr_ (parent PC) and spsr_

@ (parent CPSR)

@ r0后面會(huì)用到所以要保存。

stmiasp, {r0, lr}@ save r0, lr,保存r0,lr到棧上，這里的棧是中斷模式下的。

mrslr, spsr@獲取spsr的值，該值保存了被中斷處執(zhí)行環(huán)境的狀態(tài)(參考上面的分析)

strlr, [sp, #8]@ save spsr， 保存到棧上

@

@ Prepare for SVC32 mode.IRQs remain disabled.

@

mrsr0, cpsr

eorr0, r0, #( IRQ_MODE ^ SVC_MODE)

msrspsr_cxsf, r0@把spsr設(shè)置成管理模式

@

@ the branch table must immediately follow this code

@

andlr, lr, #0x0f

movr0, sp

ldrlr, [pc, lr, lsl #2]

movspc, lr@ branch to handler in SVC mode @ pc = lr, cpsr = spsr

.endm

movs的目的對(duì)象如果是pc的話，則還會(huì)把spsr賦值給cpsr,上面我們看到spsr被設(shè)成管理模式，因此這條語(yǔ)句過(guò)后的代碼也就跑在了管理模式下。

此時(shí)的棧情況如下：

S_FRAME_SIZE，S_PC在arch/arm/kernel/Asm-offsets.c:中定義

DEFINE(S_FRAME_SIZE,sizeof(struct pt_regs));

DEFINE(S_PC,offsetof(struct pt_regs, ARM_pc));

include/asm-arm/Ptrace.h:

struct pt_regs {

long uregs[18];

};

#define ARM_pcuregs[15]

，pt_regs中對(duì)應(yīng)的就是上面棧上的18個(gè)寄存器，ARM_pc是pc寄存器存放在這個(gè)數(shù)組中的偏移。

接著看get_thread_info， 它也是個(gè)宏,用來(lái)獲取當(dāng)前線程的地址。在我的一篇linux啟動(dòng)代碼分析里曾寫過(guò)線程的定義方式：

include/linux/Sched.h:

union thread_union {

struct thread_info thread_info;/*線程屬性*/

unsigned long stack[THREAD_SIZE/sizeof(long)];/*棧*/

};

由它定義的線程是8K字節(jié)對(duì)齊的， 并且在這8K的最低地址處存放的就是thread_info對(duì)象，即該棧擁有者線程的對(duì)象，而get_thread_info就是通過(guò)把sp低13位清0(8K邊界)來(lái)獲取當(dāng)前thread_info對(duì)象的地址。

arch/arm/kernel/entry-armv.S:

.macroget_thread_info, rd

mov/rd, sp, lsr #13

mov/rd, /rd, lsl #13

.endm

調(diào)用該宏后寄存器tsk里存放的就是當(dāng)前線程的地址了，tsk是哪個(gè)寄存器呢，我們?cè)诳矗?o:p>

arch/arm/kernel/entry-header.S:

tsk.reqr9@ current thread_info

，tsk只是r9的別名而已， 因此這時(shí)r9里保存的就是當(dāng)前線程的地址。

我們接著看irq_handler:

arch/arm/kernel/entry-armv.S:

.macroirq_handler

1:get_irqnr_and_base r0, r6, r5, lr@平臺(tái)相關(guān)，獲取中斷號(hào)

movner1, sp@如果r0(中斷號(hào))不等于0，則r1指向sp所在地址，即pt_regs對(duì)象地址(看上圖)

@

@ routine called with r0 = irq number, r1 = struct pt_regs *

@

adrnelr, 1b@如果r0(中斷號(hào))不等于0，lr(返回地址)等于標(biāo)號(hào)1處，即

@ get_irqnr_and_base r0, r6, r5, lr的那行,即循環(huán)處理所有的中斷。

bneasm_do_IRQ@處理該中斷

#ifdef CONFIG_SMP

/*

* XXX

*

* this macro assumes that irqstat (r6) and base (r5) are

* preserved from get_irqnr_and_base above

*/

test_for_ipi r0, r6, r5, lr

movner0, sp

adrnelr, 1b

bnedo_IPI

#ifdef CONFIG_LOCAL_TIMERS

test_for_ltirq r0, r6, r5, lr

movner0, sp

adrnelr, 1b

bnedo_local_timer

#endif

#endif

.endm

get_irqnr_and_base是平臺(tái)相關(guān)的，這里就不列出來(lái)了，對(duì)于s3c2410，代碼在include/asm-arm/s3c2410/entry-macro.S里，該宏處理完后，r0 =中斷號(hào),接下來(lái)r1賦值為sp地址（pt_regs對(duì)象地址）， 最后調(diào)用c函數(shù)asm_do_IRQ, r0, r1作為參數(shù)被傳遞進(jìn)去。asm_do_IRQ()處理完后將返回到lr指向的地址處即上面匯編部分標(biāo)號(hào)為1的地址處繼續(xù)執(zhí)行。

我們把__irq_usr的匯編部分分析完后再來(lái)分析asm_do_IRQ()等c函數(shù)。

Arch/arm/kernel/entry-armv.S:

__irq_usr:

……

……

mov why, #0@ why = 0, why是r8的別名，

b ret_to_user@返回到用戶模式下

我們看ret_to_user

arch/arm/kernel/entry-common.S:

ENTRY(ret_to_user)

ret_slow_syscall:

disable_irq@ disable interrupts@關(guān)中斷，

ldrr1, [tsk, #TI_FLAGS] @獲取thread_info中flags域的值

tstr1, #_TIF_WORK_MASK@判斷task是否被阻塞

bnework_pending@根據(jù)需要進(jìn)行進(jìn)程的切換。

no_work_pending:

@ slow_restore_user_regs

ldrr1, [sp, #S_PSR]@ get calling cpsr獲取被中斷代碼處的狀態(tài)(cpsp)

ldrlr, [sp, #S_PC]!@ get pc獲取返回地址(被中斷代碼的下條代碼處的地址)

msrspsr_cxsf, r1@ save in spsr_svc, spsr里保存好被中斷代碼處的狀態(tài)(cpsp)

ldmdbsp, {r0 - lr}^@ get calling r1 – lr從棧上獲取用戶態(tài)下的r0到lr的值

movr0, r0

addsp, sp, #S_FRAME_SIZE - S_PC@棧地址恢復(fù)，避免多個(gè)中斷后溢出

movspc, lr@ return & move spsr_svc into cpsr， 返回被中斷代碼處繼續(xù)執(zhí)行，并把spsr賦給cpsp，即恢復(fù)被中斷處的現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)。這樣CPU又可以從被中斷的地方繼續(xù)執(zhí)行了，而且這個(gè)時(shí)候所有的寄存器值(r0到r12)，包括狀態(tài)寄存器值（cpsr）都是源碼被中斷時(shí)的值。

我們順便看下work_pending

arch/arm/kernel/entry-common.S:

work_pending:

tstr1, #_TIF_NEED_RESCHED@判斷是否需要調(diào)度進(jìn)程

bnework_resched@進(jìn)程調(diào)度

tstr1, #_TIF_NOTIFY_RESUME | _TIF_SIGPENDING

beqno_work_pending@無(wú)需調(diào)度，返回

movr0, sp@ regs

movr2, why@ syscall

bldo_notify_resume

bret_slow_syscall@ Check work again

由該匯編可知，如果在用戶模式下產(chǎn)生中斷的話，在返回的時(shí)候，會(huì)根據(jù)需要進(jìn)行進(jìn)程調(diào)度，而從代碼可知，如果中斷發(fā)生在管理等內(nèi)核模式下的話是不會(huì)進(jìn)行進(jìn)程調(diào)度的。

Ok,中斷的流程大體就是這樣的，下面我們就開(kāi)始分析c函數(shù)里的中斷流程。

先來(lái)看asm_do_IRQ

arch/arm/kernel/Irq.c:

/*

* do_IRQ handles all hardware IRQs.Decoded IRQs should not

* come via this function.Instead, they should provide their

* own handler

*/

asmlinkage void asm_do_IRQ(unsigned int irq, struct pt_regs *regs)

{

struct irqdesc *desc = irq_desc + irq; /*獲取中斷描述符*/

/*

* Some hardware gives randomly wrong interrupts.Rather

* than crashing, do something sensible.

*/

if (irq >= NR_IRQS)/*參數(shù)檢查*/

desc = &bad_irq_desc;

irq_enter();

desc_handle_irq(irq, desc, regs);/*中斷處理*/

/* AT91 specific workaround */

irq_finish(irq);

irq_exit();

}

該函數(shù)的調(diào)用desc_handle_irq()來(lái)繼續(xù)處理中斷。

include/asm-arm/mach/Irq.h:

/*

* Obsolete inline function for calling irq descriptor handlers.

*/

static inline void desc_handle_irq(unsigned int irq, struct irq_desc *desc,

struct pt_regs *regs)

{

desc->handle_irq(irq, desc, regs);

}

調(diào)用中斷描述符的handler_irq函數(shù)來(lái)處理該中斷，對(duì)于IRQ_WDT就是do_edge_IRQ（前面分析過(guò)）。

include/asm-arm/mach/Irq.h:

#define do_edge_IRQhandle_edge_irq

kernel/irq/Chip.c:

/

*handle_edge_irq - edge type IRQ handler

*@irq:the interrupt number

*@desc:the interrupt description structure for this irq

*@regs:pointer to a register structure

*

*Interrupt occures on the falling and/or rising edge of a hardware

*signal. The occurence is latched into the irq controller hardware

*and must be acked in order to be reenabled. After the ack another

*interrupt can happen on the same source even before the first one

*is handled by the assosiacted event handler. If this happens it

*might be necessary to disable (mask) the interrupt depending on the

*controller hardware. This requires to reenable the interrupt inside

*of the loop which handles the interrupts which have arrived while

*the handler was running. If all pending interrupts are handled, the

*loop is left.

*/

void fastcall

handle_edge_irq(unsigned int irq, struct irq_desc *desc, struct pt_regs *regs)

{

const unsigned int cpu = smp_processor_id();

spin_lock(&desc->lock);

desc->status &= ~(IRQ_REPLAY | IRQ_WAITING);

/*

* If were currently running this IRQ, or its disabled,

* we shouldnt process the IRQ. Mark it pending, handle

* the necessary masking and go out

*/

/*

*如果該中斷正在處理或者該中斷被disable掉了的話，就不處理該中斷，并清掉pending

*寄存器里的相應(yīng)位

*/

if (unlikely((desc->status & (IRQ_INPROGRESS | IRQ_DISABLED)) ||

!desc->action)) {

desc->status |= (IRQ_PENDING | IRQ_MASKED);

mask_ack_irq(desc, irq);/*mask該中斷,清pending標(biāo)志位*/

goto out_unlock;

}

kstat_cpu(cpu).irqs[irq]++;/*統(tǒng)計(jì)中斷數(shù)量*/

/* Start handling the irq */

/*開(kāi)始處理中斷，先清掉pending標(biāo)志位*/

desc->chip->ack(irq);

/* Mark the IRQ currently in progress.*/

desc->status |= IRQ_INPROGRESS;/*標(biāo)上正在處理的標(biāo)記*/

do {

struct irqaction *action = desc->action;/*獲取該中斷的action*/

irqreturn_t action_ret;

if (unlikely(!action)) {

desc->chip->mask(irq)/*如果沒(méi)有注冊(cè)action，則mask該中斷*/;

goto out_unlock;

}

/*

* When another irq arrived while we were handling

* one, we could have masked the irq.

* Renable it, if it was not disabled in meantime.

*/

/*

*如果以前被mask掉的話，在這里把它打開(kāi)

*/

if (unlikely((desc->status &

(IRQ_PENDING | IRQ_MASKED | IRQ_DISABLED)) ==

(IRQ_PENDING | IRQ_MASKED))) {

desc->chip->unmask(irq); /*unmask該中斷*/

desc->status &= ~IRQ_MASKED;

}

desc->status &= ~IRQ_PENDING;

spin_unlock(&desc->lock);

action_ret = handle_IRQ_event(irq, regs, action);/*處理中斷事件*/

if (!noirqdebug)

note_interrupt(irq, desc, action_ret, regs);

spin_lock(&desc->lock);

/*如果有IRQ_PENDING狀態(tài)，則說(shuō)明又有中斷產(chǎn)生過(guò)，則繼續(xù)執(zhí)行*/

} while ((desc->status & (IRQ_PENDING | IRQ_DISABLED)) == IRQ_PENDING);

desc->status &= ~IRQ_INPROGRESS;

out_unlock:

spin_unlock(&desc->lock);

}

該函數(shù)的大體功能都在函數(shù)體內(nèi)解釋出來(lái)了，這里我們對(duì)調(diào)用的每個(gè)函數(shù)在進(jìn)行分析。

先看mask_ack_irq

kernel/irq/Chip.c:

static inline void mask_ack_irq(struct irq_desc *desc, int irq)

{

if (desc->chip->mask_ack)/*對(duì)于IRQ_WDT， 該函數(shù)沒(méi)定義*/

desc->chip->mask_ack(irq);

else {

desc->chip->mask(irq); /*對(duì)于IRQ_WDT，該函數(shù)就是s3c_irq_mask*/

desc->chip->ack(irq);/*對(duì)于IRQ_WDT，該函數(shù)就是s3c_irq_ack*/

}

}

可以看到它調(diào)用具體平臺(tái)相關(guān)的mask函數(shù)來(lái)處理該中斷。

我們來(lái)看s3c_irq_mask

arch/arm/mach-s3c2410/Irq.c:

static void

s3c_irq_mask(unsigned int irqno)

{

unsigned long mask;

irqno -= IRQ_EINT0;

mask = __raw_readl(S3C2410_INTMSK);

mask |= 1UL << irqno;/*mask掉對(duì)應(yīng)的中斷號(hào)*/

__raw_writel(mask, S3C2410_INTMSK);/*寫MASK寄存器*/

}

改函數(shù)僅僅是把MASK寄存器中對(duì)應(yīng)的中斷mask掉，即不再響應(yīng)該中斷

arch/arm/mach-s3c2410/Irq.c:

static inline void

s3c_irq_ack(unsigned int irqno)

{

unsigned long bitval = 1UL << (irqno - IRQ_EINT0);

/*清除pending寄存器的相應(yīng)位*/

__raw_writel(bitval, S3C2410_SRCPND);

__raw_writel(bitval, S3C2410_INTPND);

}

由上面這兩個(gè)函數(shù)可以看出來(lái)mask_ack_irq的作用是先mask掉該中斷，并清除pending位，中斷被mask掉后系統(tǒng)就不再響應(yīng)了， 而pending位被清掉說(shuō)明系統(tǒng)中該中斷沒(méi)有觸發(fā)。一般在中斷處理完后都要清pending位， 要不然系統(tǒng)會(huì)認(rèn)為該中斷又被觸發(fā)了。

handle_edge_irq()里調(diào)用的unmask函數(shù)，其實(shí)就是打開(kāi)相應(yīng)的中斷，讓系統(tǒng)響應(yīng)這個(gè)中斷，代碼就不列出來(lái)了。

接下來(lái)中斷看handle_IRQ_event(),它才是真正的中斷處理函數(shù)。

kernel/irq/handle.c:

/

* handle_IRQ_event - irq action chain handler

* @irq:the interrupt number

* @regs:pointer to a register structure

* @action:the interrupt action chain for this irq

*

* Handles the action chain of an irq event

*/

irqreturn_t handle_IRQ_event(unsigned int irq, struct pt_regs *regs,

struct irqaction *action)

{

irqreturn_t ret, retval = IRQ_NONE;

unsigned int status = 0;

handle_dynamic_tick(action);

/*下面這個(gè)if判斷：當(dāng)執(zhí)行action操作時(shí)是否可以打開(kāi)中斷*/

if (!(action->flags & IRQF_DISABLED))

local_irq_enable_in_hardirq();/*打開(kāi)中斷*/

do {

/*

*中斷handler，也就是我們通過(guò)request_irq注冊(cè)的中斷函數(shù)，對(duì)于IRQ_WDT就是

* s3c2410wdt_irq

*/

ret = action->handler(irq, action->dev_id, regs);

if (ret == IRQ_HANDLED)

status |= action->flags;

retval |= ret;

action = action->next; /*記得嗎，如果該中斷可以共享的話，它就不為NULL*/

} while (action);

if (status & IRQF_SAMPLE_RANDOM)

add_interrupt_randomness(irq);

local_irq_disable();

return retval;

}

該函數(shù)主要就是調(diào)用了action的handler函數(shù)，也就是我們用request_irq注冊(cè)的中斷例程。這里需要注意的是：如果我們注冊(cè)中斷的時(shí)候指明可以共享的話，則必須在我們的中斷例程里判斷當(dāng)前產(chǎn)生的中斷是否就是我們自己的中斷,這可以通過(guò)傳進(jìn)來(lái)的參數(shù)來(lái)判斷(該參數(shù)就是我們注冊(cè)時(shí)提供的)。

OK,到這里整個(gè)中斷的流程就大致分析完了。