vxWorks中断处理.doc

Vxworks作为一个实时嵌入式操作系统，通常采用中断的方式来满足系统实时性的要求，因此，熟悉其中断的处理过程对于VxWorks操作系统的开发是至关重要的.本文通过编写和调试基于AT91RM9200处理器的VxWorks嵌入式操作系统的BSP，来讨论VxWorks操作系统的中断机制。1 VxWorks中断处理机制及AIC AT91RM9200使用一个8优先级，可单独屏蔽中断的中断向量控制器AIC。在ARM体系结构中，有7种异常中断，对应有一个异常中断向量表。ARM体系结构要求这个异常中断向量表从0地址处开始，对于外部中断请求IRQ，系统又增加了一块由中断控制器控制的中断向量表。2 AT91RM9200 BSP的中断驱动的实现2.1 中断驱动中定义的函数STATUS at91rm9200LvlVecChk (int*,int*);STATUS at91rm9200LvlVecAck(int,int);STATUS at91rm9200LvlEnable(int);STATUS at91rm9200LvlDisable(int);2.2 高级中断控制器AIC的初始化 在usrInit()中excVecInit()函数对异常中断向量进行初始化.整个中断库，以及中断控制器的初始化都是在syslib.c中的sysHwInit2()函数中完成的.该函数在sysClkConnect()中被调用，因为系统时钟中断要在内核开放中断后就要使能，因此内核在初始化为一个多任务环境后，就产生一个usrRoot()的任务，在该任务中要建立系统时钟中断，因此调用了sysClkConnect()函数，中断库以及中断控制器的初始化也就完成了。 高级中断控制器必须进行初始化，其初始化是在板级支持包BSP的中断驱动程序中。具体的实现函数是void at91rm9200IntDevInit(void)。该函数在文件syslib.c的sysHwInit2()函数中调用。 at91rm9200IntDevInit(void)函数中主要是配置系统的钩子函数，然后对中断源向量寄存器和中断模式寄存器进行配置，同时要清除并禁止AIC中所有的中断。2.3 中断驱动中的回调函数 在intEnt中，程序很快就进入了特权模式(SVC32)，如果是中断可嵌套模式，要设置该模式下的堆栈，并且将中断深度intCnt值加1.然后跳转到intIntRtnPreempt中，在intIntRtnPreempt中为后来调用中断驱动中的函数开辟了32个字节的堆栈空间，并且将程序指针拉到at91rm9200LvlVecChk函数处执行，at91rm9200LvlVecChk函数是在中断驱动中定义的函数，是用来检测当前挂起的中断中，优先级最高的中断源。检测出最高优先级的中断后，首先要禁止该中断，因此要调用at91rm9200LvlDisable函数，该函数也在中断驱动中定义。在禁止中断的过程中，需要通过intLock和intUnLock函数来保护临界代码不被新的中断打断。 at91rm9200LvlVecChk()函数是通过读AIC_IVR寄存器来获取当前最高优先级的中断，将获得的中断号和中断向量赋给2个变量，并且禁止该中断。at91rm9200LvlVecAek()函数是在中断处理结束后，通过写AIC_EIOC寄存器来清除刚刚处理的中断，并将其使能。at91rm9200LvlEnable(int leve1)和at91rm9200LvlDisable(int level)来允许和禁止中断，从而保护临界代码不被新的中断所打断。2.4 中断驱动程序实现的流程图 中断驱动程序实现的流程图如图1所示。图1 中断驱动程序实现的流程图3 VxWorks中断模块实现机制3.1 异常中断向量表的生成及实现 在usrInit()函数中通过intVecBaseSet(FUNCPTR*)VEC_BASE_ADRS)函数对异常中断向量表的基址进行设置，VEC_BASE_ADRS在configall.h中定义为程序运行空间的起始地址，但是在ARM中并没有中断基址寄存器，由于ARM9有重影射机制，可以将程序运行空间的起始地址影射成0地址，这也符合ARM体系结构通常都是把异常中断向量表放在0地址处的惯例，异常中断向量表可以从反汇编bootrom_uncmp后的0地址处看到。当有内置的外设中断或外部中断产生时，系统首先跳转到异常中断向量表的0x18处，此处是IRQ中断向量的位置，该内存中放置的是一条跳转指令，因为excVecInit()对中断向量表初始化后，生成了一个exeEnterTbl，在这个表中列出了异常向量和对应入口函数的结构表，exeEnterTbl结构如图2所示。图2 excEnterTbl的结构 由于ARM9用了重影射机制，因此重影射之后，系统将LOCAL_MEM_LOCAL_ADRS影射成0地址，中断向量表从0地址处开始。从excVecInit()的反汇编代码可以看出，系统把指令ldr pc,pc,#244的反汇编代码放在了从0x00000004开始的每个异常中断向量地址处，也就是将excEnterTbl中每个异常处理函数的入口地址都放在了(0xF4+0x8+0x4+所对应异常相对于未定义指令异常(0x00000004)的偏移)的内存中，这样就将异常向量和异常处理入口函数关联起来了。3.2 中断向量表的结构及生成 那么当系统产生中断后，VxWorks是如何设置中断向量表，并且将中断向量和中断处理入口程序关联起来的呢?和异常向量表有点类似，但是中断向量表是VxWorks操作系统动态分配的一段连续的内存空间，这个空间的结构如图3所示。图3 VxWorks中断向量表的结构 因为是动态分配，所以在这段内存空间中，操作系统只给当前中断分配了中断号、中断处理函数的入口和被传递的参数。每个中断源按照中断号顺序排列，在为每个中断源分配的内存空间中头4个字节是中断向量表的初始化函数的入口，该函数对于每个中断源来说是通用的，然后顺序放置的是中断号、中断处理函数入口和被传递的参数.通过intconnect()函数可以将中断向量和中断处理函数关联起来，因此在系统获知了发生中断的中断号时，就可以找到相应的中断处理函数去处理该中断。当发生IRQ异常时，系统强制把程序指针拉到0x18处，在0x18处是这样一条指令ldrpc,pc,#244，IRQ异常相对于未定义指令异常的偏移是0x14，所以相当于把0x114地址处的内容赋给pc，而0x114处的内容正是IRQ异常向量处理的入口函数intEnt的地址，因此程序跳转到intent处去执行。4 中断处理跟踪调试的部分反汇编代码 通过使用ARM Developer Site仿真器，在0x18处设置断点后单步执行来分析中断处理的过程。中断处理函数的入口处代码如下：2070b1740xe59fb410 ldr r11,0x2070b58c; /*=#0x207a40c8,0x207a40c8是中断向量表的位置*/2070b1780xe59dc018 ldr r12,r13,#0x18 /*将0x207b1ce8中的内容给r12应该是中断号!*/2070b17c0xe59bb000 ldr r11,r11,#0 /*0x207a40c8处的内容是0x21ffbef8*/2070b1800xe08b318c add r3,r11,r12,lsl #3 /*将0x21ffbef8(内存地址)给r3，0x21ffbef8的内容是向量0x207064b0，这是debug口中断处理函数的入口*/2070b1840xe79ba18c ldr r10,r11,r12,lsl#32070b1880xe5930004 ldr r0,r3,#4 /*相应的参数传递给r0*/2070b18c0xe1a0e00f mov r14,pc2070b1900xe1a0f00a mov pc,r10 /* r10=0x207064b0，跳转到debug口中断处理函数处执行*/ 0x21ffbef8(中断向量表基址)处的情况是：21ffbef80x2070b434 dcd 0x2070b434 4.p21ffbefc0x00000000 dcd 0x00000000.21ffbf000x207064b0 dcd 0x207064b0.dp21ffbf040x207a9990 dcd 0x207a9990.z21ffbf080x2070b434 dcd 0x2070b434 4.p21ffbf0c0x00000002 dcd 0x00000002.21ffbf100x2070b434 dcd 0x2070b434 4.P21ffbf140x00000003 dcd 0x00000003.21ffbf180x2070b434 dcd 0x2070b434 4.P21ffbf1c0x00000004 dcd 0x00000004.5 结语 Vxworks操作系统首先调用excVecInit()生成一个异常中断向量表excEnterTbl，当有IRQ中断发生时，根据excEnterTbl中0x00000018处的指令ldr pc,pc,#244跳转到0x00000114处，即IRQ异常中断的入口处intEnt执行，随后通过读AIC_IVR寄存器得到当前优先级最高的中断，返回这个中断号，并跳转到intConnect()函数给该中断号关联的中断处理程序入口去执行。在这个过程中，中断向量表的生成是Vxworks动态分配的，在AT91RM9200中，为0到31号中断源在中断向量表中都分配了空间，该空间的格式固定。中断处理结束后，通过往AIC_EIOC寄存器中写任意值，从中断中返回。点灯调试S3C44B0 vxworks BSP1. romInit的调试方法：/*点亮0号端口的LED，验证内存配置是否成功 */LDR r1, L$_PCONCLDR r2, L$_PCONC_VALUESTR r2, r1LDR r1, L$_PUPCLDR r2, L$_PUPC_VALUESTR r2, r1LDR r1, L$_PDATCLDR r2, L$_PDATC_LED0STR r2, r1B . /*为了防止后面语句的影响，用该语句进行无限循环，使用ADS进行内存访问 */*/2. C函数的调试方法#define IOPDATA (*(volatile unsigned *)(0x1d20014)IOPDATA = 0xFFF8;while(1);/* 代码运行到此函数，20041010，9：39 */3. 中断处理函数的调试方法:验证时钟中断服务程序是否工作正常void sysClkInt (void)if(intTimers = 0)IOPDATA = 0xFFF2; /*点亮LED1*/intTimers = 1;elseIOPDATA = 0xFFF1; /* 熄灭LED1 */intTimers = 1;if (sysClkRoutine != NULL)(* sysClkRoutine) (sysClkArg);关于xworks中断的处理函数实现：STATUS intEnable ( int level /* level to be enabled */ )return (*sysIntLvlEnableRtn) (level); /*在自己的BSP中实现 */STATUS intDisable( int level /* level to be disabled */ )return (*sysIntLvlDisableRtn) (level);STATUS intConnect(VOIDFUNCPTR* vector, /* vector id */VOIDFUNCPTR routine, /* interrupt service routine */int argument /* argument for isr */)int vecNum;VEC_ENTRY *pVec;if (intVecTable = NULL)return ERROR; /* library not initialized */vecNum = IVEC_TO_INUM (vector);/* check vector specified is in range allocated */if (vecNum = intNumVectors)return ERROR;pVec = &intVecTablevecNum;if (routine = NULL)routine = intUninitVec;argument = vecNum;pVec-routine = routine;pVec-arg = argument;return OK;STATUS intLibInit(int numLevels, /* number of levels */int numVectors, /* number of vectors */int mode /* type of interrupt handling */)int i;if (intVecTable = NULL)/* Allocate and initialize the vector table */intVecTable = malloc (numVectors * sizeof (VEC_ENTRY);if (intVecTable != NULL)intNumVectors = numVectors;/* initialize table with uninitialized vec handler */for (i = 0; i numVectors; i+)intConnect (INUM_TO_IVEC(i), NULL, 0);/* connect architecture interrupt exception */if (mode & INT_PREEMPT_MODEL)EXC_CONNECT_INTR_RTN (intIntRtnPreempt);elseEXC_CONNECT_INTR_RTN (intIntRtnNonPreempt);return OK;return ERROR; /* malloc failure */return OK; /* already initialized */STATUS excVecInit (void)FAST int i;/* initialise ARM exception mode registers */armInitExceptionModes ();/* initialise hardware exception vectors */for (i = 0; i NUM_EXC_VECS; +i)/* Each vector contains a LDR PC,PC,#offset instruction to* load the PC from a table of addresses stored at* EXC_VEC_TABLE_BASE. This allows full 32 bit addressing rather* than 12 bit (MOV #) or 24 bit (B).*/*(UINT32 *)excEnterTbli.vecAddr = 0xE59FF000 |(EXC_VEC_TABLE_BASE - 8 - FIRST_VECTOR);*(VOIDFUNCPTR *)(excEnterTbli.vecAddr + EXC_VEC_TABLE_BASE - FIRST_VECTOR) =excEnterTbli.fn;/* Branch through zero has to be handled differently if it is* possible for address 0 to be be branched to in ARM and Thumb* states (no LDR pc,pc,#n in Thumb state). The following* instruction, installed at address 0, will cause an undefined* instruction exception in both ARM and Thumb states.*/*(UINT32 *)EXC_OFF_RESET = 0xE7FDDEFE;/* now sort out the instruction cache to reflect the changes */CACHE_TEXT_UPDATE(EXC_OFF_RESET, EXC_OFF_IRQ + 4);/* install default IRQ handler */_func_armIrqHandler = excIntHandle;return OK;中断的调试：1 验证romInit.s能否捕获中断，中断控制器能否正确产生中断，在romInit.s的IRQ中断处理入口处点灯：_romIRQ:SUB sp, sp, #4STMFD sp!, r1/*点亮1号端口的LED，验证是否捕获到中断 */LDR r1, L$_PDATCLDR r2, L$_PDATC_LED0STR r2, r1/*/LDR r1, L$_IRQVecLDR r1, r1STR r1, sp, #4LDMFD sp!, r1, pc为了验证中断发生时，是否可以跳转到intEnter中处理，写了如下测试代码替代intEnter:void sysKeyInt(void)FS44B0XIntLvlVecAck(21,21);if(IOPDATA&(0x08) != 0x08)IOPDATA = 0xFFF8; /*点亮LED*/elseIOPDATA = 0xFFF1; /* 熄灭LED */void FS44B0XExcVecSet(void)int i;i=(int)&excEnterUndef;*(volatile int *)(S3C_EXE_BASE+0x0) = i;i=(int)&excEnterSwi;*(volatile int *)(S3C_EXE_BASE+0x4) = i;i=(int)&excEnterPrefetchAbort;*(volatile int *)(S3C_EXE_BASE+0x8) = i; i=(int)&excEnterDataAbort;*(volatile int *)(S3C_EXE_BASE+0xC) = i;i=(int)&sysKeyInt; /* intEnt; */*(volatile int *)(S3C_EXE_BASE+0x14) = i;return;为了验证intEnter函数是否被执行，添加如下调试代码：STATUS FS44B0XIntL