linux-2.6.26内核中ARM中断实现详解（2）

时间：2009-06-29

　　作者：刘洪涛，华清远见嵌入式学院讲师，ARM公司ATC授权培训讲师。

　　作者：刘洪涛，华清远见嵌入式学院讲师，ARM公司ATC授权培训讲师。

　　三、中断处理过程

　　这一节将以S3C2410为例，描述linux-2.6.26内核中，从中断开始，中断是如何一步一步执行到我们注册函数的。

　　3.1 中断向量表 arch\arm\kernel\entry-armv.S

　　__vectors_start:

　　swi SYS_ERROR0

　　b vector_und + stubs_offset

　　ldr pc, .LCvswi + stubs_offset

　　b vector_pa^ + stubs_offset

　　b vector_da^ + stubs_offset

　　b vector_addrexcptn + stubs_offset

　　b vector_IRq + stubs_offset

　　b vector_fiq + stubs_offset

　　.globl __vectors_end

　　__vectors_end:

　　中断发生后，跳转到b vector_irq + stubs_offset的位置执行。注意现在的向量表的初始位置是0xffff0000。

　　3.2 中断跳转的入口位置 arch\arm\kernel\entry-armv.S

　　.globl __stubs_start

　　__stubs_start:

　　* Interrupt dispatcher

　　vector_stub irq, IRQ_MODE, 4 @IRQ_MODE在include\asm\ptrace.h中定义：0x12

　　.lONg __irq_usr @ 0 (USR_26 / USR_32)

　　.long __irq_invalid @ 1 (FIQ_26 / FIQ_32)

　　.long __irq_invalid @ 2 (IRQ_26 / IRQ_32)

　　.long __irq_svc @ 3 (SVC_26 / SVC_32)

　　.long __irq_invalid @ 4

　　.long __irq_invalid @ 5

　　.long __irq_invalid @ 6

　　.long __irq_invalid @ 7

　　.long __irq_invalid @ 8

　　.long __irq_invalid @ 9

　　.long __irq_invalid @ a

　　.long __irq_invalid @ b

　　.long __irq_invalid @ c

　　.long __irq_invalid @ d

　　.long __irq_invalid @ e

　　.long __irq_invalid @ f

　　上面代码中vector_stub宏的定义为：

　　.macro vector_stub, nAME, mode, correction=0

　　.align 5

　　vector_\name:

　　.if \correction

　　sub lr, lr, #\correction

　　.endif

　　@ Save r0, lr_<exception> (parent PC) and spsr_<exception>

　　@ (parent CPSR)

　　stmia sp, {r0, lr} @ save r0, lr

　　mrs lr, spsr

　　str lr, [sp, #8] @ save spsr

　　@ Prepare for SVC32 mode. IRQs remain disabled.

　　mrs r0, cpsr

　　eor r0, r0, #(\mode ^ SVC_MODE)

　　msr spsr_cxsf, r0 @为后面进入svc模式做准备

　　@ the branch table must immediately follow this code

　　and lr, lr, #0x0f @进入中断前的mode的后4位

　　@#define USR_MODE 0x00000010

　　@#define FIQ_MODE 0x00000011

　　@#define IRQ_MODE 0x00000012

　　@#define SVC_MODE 0x00000013

　　@#define ABT_MODE 0x00000017

　　@#define UND_MODE 0x0000001b

　　@#define SYSTEM_MODE 0x0000001f

　　mov r0, sp

　　ldr lr, [pc, lr, lsl #2] @如果进入中断前是usr，则取出PC+4*0的内容，即__irq_usr @如果进入中断前是svc，则取出PC+4*3的内容，即__irq_svc

　　movs pc, lr @ 当指令的目标寄存器是PC，且指令以S结束，则它会把@ spsr的值恢复给cpsr branch to handler in SVC mode

　　.endm

　　.globl __stubs_start

　　__stubs_start:

　　* Interrupt dispatcher

　　vector_stub irq, IRQ_MODE, 4

　　.long __irq_usr @ 0 (USR_26 / USR_32)

　　.long __irq_invalid @ 1 (FIQ_26 / FIQ_32)

　　.long __irq_invalid @ 2 (IRQ_26 / IRQ_32)

　　.long __irq_svc @ 3 (SVC_26 / SVC_32)

　　用“irq, IRQ_MODE, 4”代替宏vector_stub中的“name, mode, correction”，找到了我们中断处理的入口位置为vector_irq（宏里面的vector_\name）。

　　从上面代码中的注释可以看出，根据进入中断前的工作模式不同，程序下一步将跳转到_irq_usr 、或__irq_svc等位置。我们先选择__irq_usr作为下一步跟踪的目标。

　　3.3 __irq_usr的实现 arch\arm\kernel\entry-armv.S

　　__irq_usr:

　　usr_entry @后面有解释

　　kuser_cmpxchg_check

　　#ifdef CONFIG_TRACE_IRQFLAGS

　　bl trace_hardirqs_off

　　#endif

　　get_thread_info tsk @获取当前进程的进程描述符中的成员变量thread_info的地址，并将该地址保存到寄存器tsk等于r9（在entry-header.S中定义）

　　#ifdef CONFIG_PREEMPT//如果定义了抢占，增加抢占数值

　　ldr r8, [tsk, #TI_PREEMPT] @ get preempt count

　　add r7, r8, #1 @ increment it

　　str r7, [tsk, #TI_PREEMPT]

　　#endif

　　irq_handler @中断处理，我们关心的地方，3.4节有实现过程。

　　#ifdef CONFIG_PREEMPT

　　ldr r0, [tsk, #TI_PREEMPT]

　　str r8, [tsk, #TI_PREEMPT]

　　teq r0, r7

　　strne r0, [r0, -r0]

　　#endif

　　#ifdef CONFIG_TRACE_IRQFLAGS

　　bl trace_hardirqs_on

　　#endif

　　mov why, #0

　　b ret_to_user @中断处理完成，返回中断产生的位置，3.7节有实现过程

　　上面代码中的usr_entry是一个宏，主要实现了将usr模式下的寄存器、中断返回地址保存到堆栈中。

　　.macro usr_entry

　　sub sp, sp, #S_FRAME_SIZE @ S_FRAME_SIZE的值在arch\arm\kernel\asm-offsets.c

　　@ 中定义 DEFINE(S_FRAME_SIZE, sizeof(struct pt_regs));实际上等于72

　　stmib sp, {r1 - r12}

　　ldmia r0, {r1 - r3}

　　add r0, sp, #S_PC @ here for interlock avoidance

　　mov r4, #-1 @ "" "" "" ""

　　str r1, [sp] @ save the "real" r0 copied

　　@ from the exception stack

　　@ We are now ready to fill in the remaining blanks on the stack:

　　@ r2 - lr_<exception>, already fixed up for correct return/restart

　　@ r3 - spsr_<exception>

　　@ r4 - orig_r0 (see pt_regs definition in ptrace.h)

　　@ Also, separately save sp_usr and lr_usr

　　stmia r0, {r2 - r4}

　　stmdb r0, {sp, lr}^

　　@ Enable the alignment trap while in kernel mode

　　alignment_trap r0

　　@ Clear FP to mark the first stack frame

　　zero_fp

　　.endm

　　上面的这段代码主要在填充结构体pt_regs ，这里提到的struct pt_regs，在include/asm/ptrace.h中定义。此时sp指向struct pt_regs。

　　struct pt_regs {

　　long uregs[18];

　　};

　　#define ARM_cpsr uregs[16]

　　#define ARM_pc uregs[15]

　　#define ARM_lr uregs[14]

　　#define ARM_sp uregs[13]

　　#define ARM_ip uregs[12]

　　#define ARM_fp uregs[11]

　　#define ARM_r10 uregs[10]

　　#define ARM_r9 uregs[9]

　　#define ARM_r8 uregs[8]

　　#define ARM_r7 uregs[7]

　　#define ARM_r6 uregs[6]

　　#define ARM_r5 uregs[5]

　　#define ARM_r4 uregs[4]

　　#define ARM_r3 uregs[3]

　　#define ARM_r2 uregs[2]

　　#define ARM_r1 uregs[1]

　　#define ARM_r0 uregs[0]

　　#define ARM_ORIG_r0 uregs[17]

　　3.4 irq_handler的实现过程，arch\arm\kernel\entry-armv.S

　　.macro irq_handler

　　get_irqnr_preamble r5, lr

　　@在include/asm/arch-s3c2410/entry-macro.s中定义了宏get_irqnr_preamble为空操作，什么都不做

　　1: get_irqnr_and_base r0, r6, r5, lr @判断中断号，通过R0返回，3.5节有实现过程

　　movne r1, sp

　　@ routine called with r0 = irq number, r1 = struct pt_regs *

　　adrne lr, 1b

　　bne asm_do_IRQ @进入中断处理。

　　……

　　.endm

　　3.5 get_irqnr_and_base中断号判断过程，include/asm/arch-s3c2410/entry-macro.s

　　.macro get_irqnr_and_base, irqnr, irqstat, base, tmp

　　mov \base, #S3C24XX_VA_IRQ

　　@@ try the interrupt offset register, since it is there

　　ldr \irqstat, [ \base, #INTPND ]

　　teq \irqstat, #0

　　beq 1002f

　　ldr \irqnr, [ \base, #INTOFFSET ] @通过判断INTOFFSET寄存器得到中断位置

　　mov \tmp, #1

　　tst \irqstat, \tmp, lsl \irqnr

　　bne 1001f

　　@@ the number specified is not a valid irq, so try

　　@@ and work it out for ourselves

　　mov \irqnr, #0 @@ start here

　　@@ work out which irq (if any) we got

　　movs \tmp, \irqstat, lsl#16

　　addeq \irqnr, \irqnr, #16

　　moveq \irqstat, \irqstat, lsr#16

　　tst \irqstat, #0xff

　　addeq \irqnr, \irqnr, #8

　　moveq \irqstat, \irqstat, lsr#8

　　tst \irqstat, #0xf

　　addeq \irqnr, \irqnr, #4

　　moveq \irqstat, \irqstat, lsr#4

　　tst \irqstat, #0x3

　　addeq \irqnr, \irqnr, #2

　　moveq \irqstat, \irqstat, lsr#2

　　tst \irqstat, #0x1

　　addeq \irqnr, \irqnr, #1

　　@@ we have the value

　　1001:

　　adds \irqnr, \irqnr, #IRQ_EINT0 @加上中断号的基准数值，得到终的中断号，注意：此时没有考虑子中断的具体情况，（子中断的问题后面会有讲解）。IRQ_EINT0在include/asm/arch-s3c2410/irqs.h中定义.从这里可以看出，中断号的具体值是有平台相关的代码决定的，和硬件中断挂起寄存器中的中断号是不等的。

　　1002:

　　@@ exit here, Z flag unset if IRQ

　　.endm

　　3.6 asm_do_IRQ实现过程，arch/arm/kernel/irq.c

　　asmlinkage void __exception asm_do_IRQ(unsigned int irq, struct pt_regs *regs)

　　{

　　struct pt_regs *old_regs = set_irq_regs(regs);

　　struct irq_desc *desc = irq_desc + irq;//根据中断号找到对应的irq_desc

　　* Some hardware gives randomly wrong interrupts. Rather

　　* than crashing, do something sensible.

　　if (irq >= NR_IRQS)

　　desc = &bad_irq_desc;

　　irq_enter();//没做什么特别的工作，可以跳过不看

　　desc_handle_irq(irq, desc);// 根据中断号和desc进入中断处理

　　/* AT91 specific workaround */

　　irq_finish(irq);

　　irq_exit();

　　set_irq_regs(old_regs);

　　}

　　static inline void desc_handle_irq(unsigned int irq, struct irq_desc *desc)

　　{

　　desc->handle_irq(irq, desc);//中断处理

　　}

　　上述asmlinkage void __exception asm_do_IRQ(unsigned int irq, struct pt_regs *regs)使用了asmlinkage标识。那么这个标识的含义如何理解呢？

　　该符号定义在kernel/include/linux/linkage.h中，如下所示：

　　#include <asm/linkage.h>//各个具体处理器在此文件中定义asmlinkage

　　#ifdef __cplusplus

　　#define CPP_ASMLINKAGE extern "C"

　　#else

　　#define CPP_ASMLINKAGE

　　#endif

　　#ifndef asmlinkage//如果以前没有定义asmlinkage

　　#define asmlinkage CPP_ASMLINKAGE

　　#endif

　　对于ARM处理器的<asm/linkage.h>，没有定义asmlinkage，所以没有意义（不要以为参数是从堆栈传递的，对于ARM平台来说还是符合ATPCS过程调用标准，通过寄存器传递的）。

　　但对于X86处理器的<asm/linkage.h>中是这样定义的：

　　#define asmlinkage CPP_ASMLINKAGE __attribute__((regparm(0)))

　　表示函数的参数传递是通过堆栈完成的。

　　3.7 描述3.3节中的ret_to_user 中断返回过程，/arch/arm/kernel/entry-common.S

　　ENTRY(ret_to_user)

　　ret_slow_syscall:

　　disable_irq @ disable interrupts

　　ldr r1, [tsk, #TI_FLAGS]

　　tst r1, #_TIF_WORK_MASK

　　bne work_pending

　　no_work_pending:

　　/* perform. architecture specific actions before user return */

　　arch_ret_to_user r1, lr

　　@ slow_restore_user_regs

　　ldr r1, [sp, #S_PSR] @ get calling cpsr

　　ldr lr, [sp, #S_PC]! @ get pc

　　msr spsr_cxsf, r1 @ save in spsr_svc

　　ldmdb sp, {r0 - lr}^ @ get calling r0 - lr

　　mov r0, r0

　　add sp, sp, #S_FRAME_SIZE - S_PC

　　movs pc, lr @ return & move spsr_svc into cpsr

　　第三章主要跟踪了从中断发生到调用到对应中断号的desc->handle_irq(irq, desc)中断函数的过程。后面的章节还会继续讲解后面的内容。

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