超詳細的2440中斷機制分析!
至于具體怎么跳轉的?
首先,我們說了,HandleEINT0 開始的一段內存里面,存放的就是中斷服務函數的函數指針,ARM的體系的話,每個指針變量就是占4個字節,這里就解釋了,為什么這里為每個標號分配了4個字節的空間,里面放的就是函數指針!??!下面再看看怎么跳轉,繼續看 IsrIRQ 里面就實現了跳轉了
str r8,[sp,#8]
ldmfd sp!,{r8-r9,pc}
其實最核心就是這兩句了,先查找到當前中斷服務程序的地址,將他放到 R8 里面,然后出棧,彈出給PC那么PC很自然就跳到中斷服務程序了。至于這里的堆棧問題又是一個非常棘手的,需要好好的參透ARM的中斷架構,需要了解的可以自己仔細的閱讀 《ARM體系結構與編程》里面說的很詳細。我們這里的重點是研究怎么跳轉。
最后,我們看看在C代碼中是怎么安裝終端向量的,例如看 按鍵的外部中斷,是怎么具體設置的,參看/src/keyscan.c 里面的代碼很簡單,里面只有3個函數
KeyScan_Test 是按鍵測試的主函數
Key_ISR 是按鍵中斷服務函數
在 KeyScan_Test里面,我們發現了有這么一句
pISR_EINT0 = pISR_EINT2 = pISR_EINT8_23 = (U32)Key_ISR;
可以理解否? Key_ISR就是上面提到的按鍵中斷服務函數,函數的名字,代表的就是函數的地址!!??!
將中斷服務函數的地址,注意了,是地址,這是一個 U32型的變量。送到幾個變量,我們以pISR_EINT0 作為例子,查看頭文件定義,在 2440addr.h 里面找到
// Interrupt vector
#define pISR_EINT0 (*(unsigned *)(_ISR_STARTADDRESS+0x20))
_ISR_STARTADDRESS有沒有似曾相識的感覺?沒錯,剛才分析的匯編代碼里面就提到了
^ _ISR_STARTADDRESS ; _ISR_STARTADDRESS=0x33FF_FF00
HandleReset # 4
HandleUndef # 4
......
對,地址就是這里,然后 _ISR_STARTADDRESS+0x20 就是跳過前面的異常向量,進入IRQ中斷向量的入口,所以說到尾
pISR_EINT0 = (U32)Key_ISR;
完成的操作就是,將 Key_ISR 的地址存放到
HandleEINT0 # 4
這個IRQ向量表里面!?。?!
當按鍵中斷發生的時候,發生IRQ異常中斷當前PC值-4 保存到LR_IRQ里面,然后執行
b HandlerIRQ
然后是執行
HandlerIRQ
sub sp,sp,#4 ; 預留一個用來存放PC地址
stmfd sp!,{r0} ; 保存R0,因為下面使用了
ldr r0,=HandleIRQ ; 將HandleIRQ(服務程序)的地址裝載到R0
ldr r0,[r0]
str r0,[sp,#4] ; 保存到剛才預留的地方
ldmfd sp!,{r0,pc} ; 彈出堆棧,恢復R0,并且將剛才計算好的 HandleIRQ 地址彈出到 PC堆棧是向下生長的,所以 SUB SP,SP,#4 就相當于 PUSH XX,但是這個XX這個時候并沒有用,因為這里用的是強制移動 SP 指針實現的。然后得到服務程序的地址,再將這個值放回剛才預留的棧的空位上面,最后就是POP出R0恢復,并且將剛才得到的服務程序的地址送到 PC,那么實現的效果就是跳轉到 HandleIRQ 里面了。
接著看剛才是怎么安裝的HandleIRQ 的
; Setup IRQ handler
ldr r0,=HandleIRQ ;This routine is needed
ldr r1,=IsrIRQ ;if there is not subs pc,lr,#4 at 0x18, 0x1c
str r1,[r0]
可以看出,這里將 IsrIRQ 的地址的值保存到 HandleIRQ 中,也就是說,上面的 IRQ 服務程序,這個時候實際上就是指 IsrIRQ !
所以接著的事情就是轉移到 IsrIRQ 中執行:
IsrIRQ
sub sp,sp,#4 ; 預留一個值來保存PC
stmfd sp!,{r8-r9}
ldr r9,=INTOFFSET ; 計算偏移量,下面解釋
ldr r9,[r9]
ldr r8,=HandleEINT0
add r8,r8,r9,lsl #2
ldr r8,[r8]
str r8,[sp,#8] ; 因為保存了2個寄存器R8 R9 ,所以SP下移了8位
ldmfd sp!,{r8-r9,pc} ; 恢復寄存器,彈出到PC,同上面的一樣怎么保存,操作SP,跟最后彈出到PC的部分和上面的例子一樣,下面說說中間的計算部分計算偏移量,其實原理很簡單,首先 INTOFFSET 保存著當前是哪個IRQ中斷,例如 0代表著 HandleEINT0,1代表HandleEINT1 ..... 等等,這不是亂來,有一個表的,這個是由 S3C2440 的datasheet說的,自己可以去查看。
然后得到 中斷處理函數的向量表,這個表的首地址就是 HandleEINT0,那么很自然的想到,怎么查表?那還不簡單?HandleEINT0 + INTOFFSET 不就完了?基地址加偏移量就得到表中某項了,當然,因為這里是中斷處理向量
每一項占用4個字節,所以用lsl #2處理一下,左移2位相當于乘以4,偏移量乘以4,這應該很好理解的。
我們這個例子找到的就是 HandleEINT0 ,將里面的值讀出來,里面放的是 HandleEINT0 服務函數的地址,這個地址怎么來的?是在C程序里面設置的。我們看 keyscan.c 程序,找到一個 void KeyScan_Test(void) 函數,
里面有這么一句:
pISR_EINT0 = pISR_EINT2 = pISR_EINT8_23 = (U32)Key_ISR;
這里是安裝了3個按鍵中斷服務程序,我們只關注 0號中斷,也就是
pISR_EINT0 = (U32)Key_ISR;
這句話什么意思?先看看pISR_EINT0的定義,在 2440addr.h 中定義
#define pISR_EINT0 (*(unsigned *)(_ISR_STARTADDRESS+0x20))
看到沒有?_ISR_STARTADDRESS 不就是剛才說的那個異常向量的入口地址?加上一個 0x20 之后實際上指向的,就是 HandleEINT0 ?。。∵@么說來,上面的意思就是,將 Key_ISR 處理函數的入口地址,送到 HandleEINT0 中。
再來看 Key_ISR ,這是一個典型的服務程序,加了_irq 作為編譯關鍵字,告訴編譯器,這個函數是中斷服務程序
得保存需要的寄存器,免得被破壞。具體可以參考 《ARM體系結構與編程》P283 頁的描述。
static void __irq Key_ISR(void)
{
.......
}
加上 _irq 關鍵字之后,編譯器就會處理好所有的保存動作了,并不需要多關心。但是這個是 ARM-CC 編譯器的關鍵字,GCC中并沒有這個東西,所以GCC處理中斷的時候最好還是自己保存一下。
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