ARM linux系统调用的实现原理

　　作者：刘洪涛，华清远见嵌入式培训中心讲师。

 

　　大家都知道linux的应用程序要想访问内核必须使用系统调用从而实现从usr模式转到svc模式。下面咱们看看它的实现过程。

　　系统调用是os操作系统提供的服务，用户程序通过各种系统调用，来引用内核提供的各种服务，系统调用的执行让用户程序陷入内核，该陷入动作由swi软中断完成。

　　at91rm9200处理器对应的linux2.4.19内核系统调用对应的软中断定义如下:

　　#if defined(__thumb__) //thumb模式

　　#define __syscall(nAME) \

　　"push {r7}\n\t" \

　　"mov r7， #" __sys1(__NR_##name) "\n\t" \

　　"swi 0\n\t" \

　　"pop {r7}"

　　#else //ARM模式

　　#define __syscall(name) "swi\t" __sys1(__NR_##name) "\n\t"

　　#endif

　　#define __sys2(x) #x

　　#define __sys1(x) __sys2(x)

　　#define __NR_SYSCALL_BASE 0x900000 //此为OS_NUMBER << 20运算值

　　#define __NR_open (__NR_SYSCALL_BASE+ 5) //0x900005

　　举一个例子来说:open系统调用，库函数终会调用__syscall(open)，宏展开之后为swi #__NR_open，即，swi #0x900005触发中断，中断号0x900005存放在[lr，#-4]地址中，处理器跳转到arch/arm/kernel/entry-common.S中vector_swi读取[lr，#-4]地址中的中断号，之后查询arch/arm/kernel/entry-common.S中的sys_call_table系统调用表，该表内容在arch/arm/kernel/calls.S中定义，__NR_open在表中对应的顺序号为

　　__syscall_start:

　　...

　　.long SYMBOL_NAME(sys_open) //第5个

　　...

　　将sys_call_table[5]中内容传给pc，系统进入sys_open函数，处理实质的open动作

　　注:用到的一些函数数据所在文件，如下所示

　　arch/arm/kernel/calls.S声明了系统调用函数

　　include/asm-arm/unistd.h定义了系统调用的调用号规则

　　vector_swi定义在arch/arm/kernel/entry-common.S

　　vector_IRQ定义在arch/arm/kernel/entry-armv.S

　　vector_FIQ定义在arch/arm/kernel/entry-armv.S

　　arch/arm/kernel/entry-common.S中对sys_call_table进行了定义:

　　.type sys_call_table， #object

　　ENTRY(sys_call_table)

　　#include "calls.S" //将calls.S中的内容顺序链接到这里

　　源程序：

　　ENTRY(vector_swi)

　　save_user_regs

　　zero_fp

　　get_scno //将[lr，#-4]中的中断号转储到scno(r7)

　　arm710_bug_check scno， ip

　　#ifdef CONFIG_ALIGNMENT_TRAP

　　ldr ip， __cr_alignment

　　ldr ip， [ip]

　　mcr p15， 0， ip， c1， c0        @ update control register

　　#endif

　　enable_irq ip

　　str r4， [sp， #-S_OFF]!        @ push fifth arg

　　get_current_task tsk

　　ldr ip， [tsk， #TSK_PTRACE]        @ check for syscall tracing

　　bic scno， scno， #0xff000000        @ mask off SWI op-code

　　//#define OS_NUMBER 9[entry-header.S]

　　//所以对于上面示例中open系统调用号scno=0x900005

　　//eor scno，scno，#0x900000

　　//之后scno=0x05

　　eor scno， scno， #OS_NUMBER << 20        @ check OS number

　　//sys_call_table项为calls.S的内容

　　adr tbl， sys_call_table        @ load syscall table pointer

　　tst ip， #PT_TRACESYS        @ are we tracing syscalls?

　　bne __sys_trace

　　adrsvc al， lr， ret_fast_syscall        @ return address

　　cmp scno， #NR_syscalls        @ check upper syscall limit

　　//执行sys_open函数

　　ldrcc pc， [tbl， scno， lsl #2]        @ call sys_* routine

　　add r1， sp， #S_OFF

　　2: mov why， #0        @ no longer a real syscall

　　cmp scno， #ARMSWI_OFFSET

　　eor r0， scno， #OS_NUMBER << 20        @ put OS number back

　　bcs SYMBOL_NAME(arm_syscall)

　　b SYMBOL_NAME(sys_ni_syscall)        @ not private func

　　/*

　　* This is the really slow path. We're going to be doing

　　* context switches， and waiting for our parent to respond.

　　*/

　　__sys_trace:

　　add r1， sp， #S_OFF

　　mov r0， #0        @ trace entry [IP = 0]

　　bl SYMBOL_NAME(syscall_trace)

　　/*

　　//2007-07-01 gliethttp [entry-header.S]

　　//Like adr， but force SVC mode (if required)

　　.macro adrsvc， cond， reg， label

　　adr\cond \reg， \label

　　.endm

　　//对应反汇编:

　　//add lr， pc， #16 ; lr = __sys_trace_return

　　*/

　　adrsvc al， lr， __sys_trace_return        @ return address

　　add r1， sp， #S_R0 + S_OFF        @ pointer to regs

　　cmp scno， #NR_syscalls        @ check upper syscall limit

　　ldmccia r1， {r0 - r3}        @ have to reload r0 - r3

　　ldrcc pc， [tbl， scno， lsl #2]        @ call sys_* routine

　　b 2b

　　__sys_trace_return:

　　str r0， [sp， #S_R0 + S_OFF]!        @ save returned r0

　　mov r1， sp

　　mov r0， #1        @ trace exit [IP = 1]

　　bl SYMBOL_NAME(syscall_trace)

　　b ret_disable_irq

　　.align 5

　　#ifdef CONFIG_ALIGNMENT_TRAP

　　.type __cr_alignment， #object

　　__cr_alignment:

　　.word SYMBOL_NAME(cr_alignment)

　　#endif

　　.type sys_call_table， #object

　　ENTRY(sys_call_table)

　　#include "calls.S"

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