ARMLinux中断处理过程分析

1、ARM Linux中断处理过程分析(1) 原创 2007-06-09 21:43:26 发表者: jimmy_lee   Author:    jimmy.liDate:      2007-06-09 在我的上一篇文章(ARM linux的中断向量表初始化分析)中已经分析了ARM Linux中断向量表是如何建立的，在这篇文章中，我将分析一下Linux内核的ARM体系下，中断处理是如何响应的一个过程。在ARM体系架构下，定义了7种异常，每一种异常都有自己的入口地址，即异常向量

2、表，当异常发生时，处理器会自动跳转到相应的入口处执行。对于ARMv4及其以上的版本，异常向量表的起始位置由协处理器15（cp15）的控制寄存器(c1)里的V位(bit13)有关，当V=时，异常向量表的起始位置在0x00000000，而当V=时，异常向量表就起始于0xffff0000位置。在上一篇文章中，我们已经分析知道异常向量表放置于0xffff0000起始位置，而IRQ中断处理入口地址为：0xffff0018，所以当发生一IRQ中断异常时，处理器会自动跳转到0xffff0018这个虚拟地址上。0xffff0018这个虚拟地址上是一条跳转指令：b_real_stubs_start + (vec

3、tor_IRQ - _stubs_start)   所以对于IRQ的处理就是从vector_IRQ标号处开始的。在linux内核中相应代码如下：1 vector_IRQ:2 save mode specific registers34ldrr13, .LCsirq5sublr, lr, #46strlr, r13 save lr_IRQ7mrslr, spsr8strlr, r13, #4 save spsr_IRQ910 now branch to the relevent MODE handling routine1112mrsr13, cpsr13bicr1

4、3, r13, #MODE_MASK14orrr13, r13, #I_BIT | MODE_SVC15msrspsr_c, r13 switch to SVC_32 mode1617andlr, lr, #1518ldrlr, pc, lr, lsl #219movspc, lr Changes mode and branches2021.LCtab_irq:.word_irq_usr 0 (USR_26 / USR_32)22.word_irq_invalid 1 (FIQ_26 / FIQ_32)23.word_irq_invalid 2 (IRQ_26 / IRQ_32)24.word

5、_irq_svc 3 (SVC_26 / SVC_32)25.word_irq_invalid 426.word_irq_invalid 527.word_irq_invalid 628.word_irq_invalid 729.word_irq_invalid 830.word_irq_invalid 931.word_irq_invalid a32.word_irq_invalid b33.word_irq_invalid c34.word_irq_invalid d35.word_irq_invalid e36.word_irq_invalid f首先，行48是保存进入IRQ模式之前的p

6、c指针（在lr_IRQ）和CPSR（在SPSR_IRQ）到.LCsirq所指向的地址中。.LCsirq相关代码也是位于entry-armv.S中：.LCsirq:.word_temp_irq_temp_irq:.word0 saved lr_irq.word0 saved spsr_irq.word-1 old_r0在这里补充一下ARM对于异常的处理过程，可以用下面的一段伪码来表示：r14_<异常模式> = return linkSPSR_<异常模式> = CPSRCPSR4:0 = 异常模式编码CPSR5 = 0;运行于ARM状态If<异常模式> = Re

7、set or FIQ then;当复位或响应FIQ异常时，禁止新的fiq和irq异常CPSR6 = 1;CPSR7 = 1;else if<异常模式> = IRQ then;当响应IRQ异常时，禁止新的IRQ异常CPSR7 = 1;PC = 异常向量地址所以在运行到行48之前时，lr为进入IRQ之前的pc指针，spsr为进入IRQ之前的cpsr指针。接着，行1215更新spsr寄存器为SVR模式，并关闭IRQ，为从IRQ模式切换到SVR模式做准备。行17，根据进入IRQ模式之前的psr（因为在行7，lr已经被置以spsr_irq），获取之前的处理器模式（psr &0b111

8、1）。行18，根据获取的进入IRQ之前的处理器模式，查找相应的跳转入口（_irq_usr对应于之前是USR模式，_irq_svc对于之前是SVC模式，对于其它模式均跳转到_irq_invalid，在linux系统中处理器进入IRQ之前只有usr和svc两种模式，其它模式均不允许开启IRQ）。此行实际上是：lr = pc+lr<<2，pc指向当前指令地址值加8个字节的地址，即pc指向当前指令的下两条指令的地址，所以pc在此时指向的是.LCtab_irq地址。行19，跳转到相应入口，并且ARM寄存器r13和r14则切换到了SVC模式下的寄存器。ARM Linux中断处理过程分析(2)

9、原创 2007-06-10 20:51:14 发表者: jimmy_lee   Author:    jimmy.liDate:      2007-06-10- 续前文，让我们先分析进入IRQ之前的处理器模式为SVC时的情况，程序会跳转到_irq_svc继续运行，其相应代码如下：20_irq_svc:subsp, sp, #S_FRAME_SIZE21stmiasp, r0 - r12 save r0 - r1222ldrr7, .LCirq23addr5, sp, #S_

10、FRAME_SIZE24ldmiar7, r7 - r925addr4, sp, #S_SP26movr6, lr27stmiar4, r5, r6, r7, r8, r9 save sp_SVC, lr_SVC, pc, cpsr, old_ro28 1:get_irqnr_and_base r0, r6, r5, lr29movner1, sp3031 routine called with r0 = irq number, r1 = struct pt_regs *3233adrsvcne, lr, 1b34bneasm_do_IRQ35ldrr0, sp, #S_PSR irqs ar

11、e already disabled36msrspsr, r037ldmiasp, r0 - pc load r0 - pc, cpsr行2027：保存进入中断之前的寄存器，把它们放在堆栈中。其中#S_FRAME_SIZE和#S_SP的定义在arch/arm/kernel/entry-header.S中：#ifdef CONFIG_CPU_32#define S_FRAME_SIZE72#define S_OLD_R068#define S_PSR64#else#define S_FRAME_SIZE68#define S_OLD_R064#define S_PSR60#endif#defin

12、e S_PC60#define S_LR56#define S_SP52#define S_IP48#define S_FP44#define S_R1040#define S_R936#define S_R832#define S_R728#define S_R624#define S_R520#define S_R416#define S_R312#define S_R28#define S_R14#define S_R00#define S_OFF8.LCirq在entry-armv.S中是这样定义的：.LCirq:.word_temp_irq这与行4处的.LCsirq定义是一样的，可见

13、整个过程利用_temp_irq作为中转，把进入中断之前的CPSR和PC（中断处理结束后要返回的地址）放入堆栈，以便中断返回时直接恢复。行2027执行的结果是：r5->old_r0cpsrpclr_svcr4->sp_svcr12r11r1sp->r0行28的get_irqnr_and_base，它是一个宏定义，作用是获取中断号（irq number），它将被保存在r0中。另外，get_irqnr_and_base还会改变cpsr寄存器中的Z位，如果确实找到了发生的中断号，则Z位被清除，否则Z位被置位。get_irqnr_and_base这个宏定义的实现是依赖具体的硬件的，对于

14、pxa270 cpu，其实现如下：.macroget_irqnr_and_base, irqnr, irqstat, base, tmpmovbase, #io_p2v(0x40000000) IIR Ctl = 0x40d00000addbase, base, #0x00d00000ldrirqstat, base, #0 ICIPldrirqnr, base, #4 ICMRandsirqstat, irqstat, irqnrbeq1001f/* 没找到中断，跳转*/rsbirqnr, irqstat, #0andirqstat, irqstat, irqnrclzirqnr, irqs

15、tatrsbirqnr, irqnr, #(31 - PXA_IRQ_SKIP)#ifdef CONFIG_CPU_BULVERDE b 1002f#endif1001:#ifdef CONFIG_CPU_BULVERDE add base, base, #0x9c ldr irqstat, base, #0 ICIP2 ldr irqnr, base, #4 ICMR2 ands irqstat, irqstat, irqnr beq 1002f rsb irqnr, irqstat, #0 and irqstat, irqstat, irqnr clz irqnr, irqstat rsb

16、 irqnr, irqnr, #31 add irqnr, irqnr, #(32 - PXA_IRQ_SKIP)1002:#endif.endm关于这段get_irqnr_and_base的实现代码比较简单，这里不作解释。行2934：如果在行28找到中断号，Z=0，则这些指令的条件都满足，则执行把sp指针赋予r1；标号1(行28)的相对地址赋予lr，以便处理完该中断后，再查询是否还有未处理的中断号；跳转到asm_do_IRQ处理相应中断。asm_do_IRQ是用C语言编码的函数，它在arch/arm/kernel/irq.c中被定义，其原型为：asmlinkage void asm_do_I

17、RQ(int irq, struct pt_regs *regs);这里牵扯到一个问题就是，在汇编中如何调用语言的函数，参数是如何传递的？为了让ARM的汇编代码可与代码一起连接，在编写ARM汇编时，应遵循一套标准，这就是ATPCS(The ARM-Thumb Procedure Call Standard)。ATPCS定义r0r3为参数传递和结果返回寄存器；若参数超过4个字型（32bit），则使用堆栈进行传递；头4个参数依次存于r0.r3，大于4个的后续字型参数通过栈传送。关于栈的使用，是使用满递减的堆栈标准，也就是栈是从高地址向低地址方向增长的(递减堆栈），栈指针寄存器指向的数据是最后压入堆栈内的有效数据（满堆栈）。所以在跳转到asm_do_IRQ函数之前，r0就必须设置为中断号（行2