ARM Linux中斷分析

        ARM體系結構中，把復位、中斷、快速中斷等都看作‘異常’，當這些‘異常’發生時，CPU會到固定地址處去找指令，他們對應的地址如下：
　

　　首先要明確的一點就是，無論內存地址空間是如何映射的，以上這些地址都不會變，比如當有快速中斷發生時，ARM將鐵定到0X0000001C這個地址處取指令。這也是BOOTLOADER把操作系統引導以后，內存必須重映射的原因！否則操作系統不能真正接管整套系統！
　　

        LINUX啟動以后要初始化這些區域，初始化代碼在main.c中的start_kernel()中，具體是調用函數trap_ini（）來實現的。如下面所示（具體可參照entry-armv.S）：

.LCvectors: swi SYS_ERROR0
b __real_stubs_start + (vector_undefinstr - __stubs_start)
ldr pc, __real_stubs_start + (.LCvswi - __stubs_start)
b __real_stubs_start + (vector_prefetch - __stubs_start)
b __real_stubs_start + (vector_data - __stubs_start)
b __real_stubs_start + (vector_addrexcptn - __stubs_start)
b __real_stubs_start + (vector_IRQ - __stubs_start)
b __real_stubs_start + (vector_FIQ - __stubs_start)

ENTRY(__trap_init)
stmfd sp!, {r4 - r6, lr}
adr r1, .LCvectors @ set up the vectors
ldmia r1, {r1, r2, r3, r4, r5, r6, ip, lr}
stmia r0, {r1, r2, r3, r4, r5, r6, ip, lr}
add r2, r0, #0x200
adr r0, __stubs_start @ copy stubs to 0x200
adr r1, __stubs_end
1: ldr r3, [r0], #4
str r3, [r2], #4
cmp r0, r1
blt 1b
LOADREGS(fd, sp!, {r4 - r6, pc})

　　以上可以看出這個函數初始化了中斷向量，實際上把相應的跳轉指令拷貝到了對應的地址。
　　

        當發生中斷時，不管是從用戶模式還是管理模式調用的，最終都要調用do_IRQ()：

__irq_usr: sub sp, sp, #S_FRAME_SIZE
stmia sp, {r0 - r12} @ save r0 - r12
ldr r4, .LCirq
add r8, sp, #S_PC
ldmia r4, {r5 - r7} @ get saved PC, SPSR
stmia r8, {r5 - r7} @ save pc, psr, old_r0
stmdb r8, {sp, lr}^
alignment_trap r4, r7, __temp_irq
zero_fp
1: get_irqnr_and_base r0, r6, r5, lr
movne r1, sp
adrsvc ne, lr, 1b
@
@ routine called with r0 = irq number, r1 = struct pt_regs *
@
bne do_IRQ @ 調用do_IRQ來實現具體的中斷處理
mov why, #0
get_current_task tsk
b ret_to_user

　　對于以上代碼，在很多文章中都有過分析，這里不再贅述。

　　Linux每個中斷通過一個結構irqdesc來描述，各中斷的信息都在這個結構中得以體現：

struct irqdesc {
unsigned int nomask : 1; /* IRQ does not mask in IRQ */
unsigned int enabled : 1; /* IRQ is currently enabled */
unsigned int triggered: 1; /* IRQ has occurred */
unsigned int probing : 1; /* IRQ in use for a probe */
unsigned int probe_ok : 1; /* IRQ can be used for probe */
unsigned int valid : 1; /* IRQ claimable */
unsigned int noautoenable : 1; /* don't automatically enable IRQ */
unsigned int unused :25;
void (*mask_ack)(unsigned int irq); /* Mask and acknowledge IRQ */
void (*mask)(unsigned int irq); /* Mask IRQ */
void (*unmask)(unsigned int irq); /* Unmask IRQ */
struct irqaction *action;
/*
* IRQ lock detection
*/
unsigned int lck_cnt;
unsigned int lck_pc;
unsigned int lck_jif;
};

　　在具體的ARM芯片中會有很多的中斷類型，每一種類型的中斷用以上結構來表示：
　　

　　struct irqdesc irq_desc[NR_IRQS]; /* NR_IRQS根據不同的MCU會有所區別*/

　　在通過request_irq()函數注冊中斷服務程序的時候，將會把中斷向量和中斷服務程序對應起來。
　　

　　我們來看一下request_irq的源碼：

int request_irq(unsigned int irq, void (*handler)(int, void *, struct pt_regs *),
unsigned long irq_flags, const char * devname, void *dev_id)
{
unsigned long retval;
struct irqaction *action;
if (irq >= NR_IRQS || !irq_desc[irq].valid || !handler ||
(irq_flags & SA_SHIRQ && !dev_id))
return -EINVAL;
action = (struct irqaction *)kmalloc(sizeof(struct irqaction), GFP_KERNEL);
if (!action) /* 生成action結構*/
return -ENOMEM;
action->handler = handler;
action->flags = irq_flags;
action->mask = 0;
action->name = devname;
action->next = NULL;
action->dev_id = dev_id;
retval = setup_arm_irq(irq, action); /*把中斷號irq和action 對應起來*/
if (retval)
kfree(action);
return retval;
}
　　其中第一個參數irq就是中斷向量，第二個參數即是要注冊的中斷服務程序。很多同仁可能疑惑的是，我們要注冊的中斷向量號是怎么確定的呢？這要根據具體芯片的中斷控制器，比如三星的S3C2410，需要通過讀取其中的中斷狀態寄存器，來獲得是哪個設備發生了中斷：

if defined(CONFIG_ARCH_S3C2410)
#include
.macro disable_fiq
.endm
.macro get_irqnr_and_base, irqnr, irqstat, base, tmp
mov r4, #INTBASE @ virtual address of IRQ registers
ldr irqnr, [r4, #0x8] @ read INTMSK 中斷掩碼寄存器
ldr irqstat, [r4, #0x10] @ read INTPND 中斷寄存器
bics irqstat, irqstat, irqnr
bics irqstat, irqstat, irqnr
beq 1002f
mov irqnr, #0
1001: tst irqstat, #1
bne 1002f @ found IRQ
add irqnr, irqnr, #1
mov irqstat, irqstat, lsr #1
cmp irqnr, #32
bcc 1001b
1002:
.endm
.macro irq_prio_table
.endm

　　以上代碼也告訴了我們，中斷號的確定，其實是和S3C2410手冊中SRCPND寄存器是一致的，即：

/* Interrupt Controller */
#define IRQ_EINT0 0 /* External interrupt 0 */
#define IRQ_EINT1 1 /* External interrupt 1 */
#define IRQ_EINT2 2 /* External interrupt 2 */
#define IRQ_EINT3 3 /* External interrupt 3 */
#define IRQ_EINT4_7 4 /* External interrupt 4 ~ 7 */
#define IRQ_EINT8_23 5 /* External interrupt 8 ~ 23 */
#define IRQ_RESERVED6 6 /* Reserved for future use */
#define IRQ_BAT_FLT 7
#define IRQ_TICK 8 /* RTC time tick interrupt */
#define IRQ_WDT 9 /* Watch-Dog timer interrupt */
#define IRQ_TIMER0 10 /* Timer 0 interrupt */
#define IRQ_TIMER1 11 /* Timer 1 interrupt */
#define IRQ_TIMER2 12 /* Timer 2 interrupt */
#define IRQ_TIMER3 13 /* Timer 3 interrupt */
#define IRQ_TIMER4 14 /* Timer 4 interrupt */
#define IRQ_UART2 15 /* UART 2 interrupt */
#define IRQ_LCD 16 /* reserved for future use */
#define IRQ_DMA0 17 /* DMA channel 0 interrupt */
#define IRQ_DMA1 18 /* DMA channel 1 interrupt */
#define IRQ_DMA2 19 /* DMA channel 2 interrupt */
#define IRQ_DMA3 20 /* DMA channel 3 interrupt */
#define IRQ_SDI 21 /* SD Interface interrupt */
#define IRQ_SPI0 22 /* SPI interrupt */
#define IRQ_UART1 23 /* UART1 receive interrupt */
#define IRQ_RESERVED24 24
#define IRQ_USBD 25 /* USB device interrupt */
#define IRQ_USBH 26 /* USB host interrupt */
#define IRQ_IIC 27 /* IIC interrupt */
#define IRQ_UART0 28 /* UART0 transmit interrupt */
#define IRQ_SPI1 29 /* UART1 transmit interrupt */
#define IRQ_RTC 30 /* RTC alarm interrupt */
#define IRQ_ADCTC 31 /* ADC EOC interrupt */
#define NORMAL_IRQ_OFFSET 32

　　這些宏定義在文件irqs.h中，大家可以看到它的定義取自S3C2410的文檔。

　　總結

       linux在初始化的時候已經把每個中斷向量的地址準備好了！就是說添加中斷服務程序的框架已經給出，當某個中斷發生時，將會到確定的地址處去找指令，所以我們做驅動程序時，只需要經過request_irq來掛接自己編寫的中斷服務程序即可。

　　對于快速中斷，linux在初始化時是空的，所以要對它掛接中斷處理程序，就需要單獨的函數set_fiq_handler來實現，此函數在源文件fiq.c中，有興趣的讀者可進一步研究。