1、ARM9（以 S3C2410 为例）中断机制一、ARM 异常机制介绍ARM9 处理器有 7 种工作模式。分别是用户模式(usr) ： ARM 处理器正常的程序执行状态。快速中断模式(fiq)：用于高速数据传输或通道处理。外部中断模式(irq)：用于通用的中断处理。管理模式(svc)：操作系统使用的保护模式。数据访问终止模式(abt)：当数据或指令预取终止时进入该模式。系统模式(sys)：运行具有特权的操作系统任务。未定义指令中止模式(und)：当未定义的指令执行时进入该模式。每种模式通过 5 位二进制编码进行标示：用户模式 10000快速中断模式 10001外部中断模式 10010管理模式 1
2、0011数据访问终止模式 10111未定义指令中止模式 11011系统模式 11111模式编码存放在 CPSR（程序当前状态寄存器）中的4:0。快速中断模式、外部中断模式、数据访问终止模式、未定义指令中止模式、管理模式称为异常模式。异常类型 具体含义复位 当处理器的复位电平有效时，产生复位异常，程序跳转到复位异常处理程序处执行。未定义指令 遇到不能处理的指令时，产生未定义指令异常。软件中断 该异常由执行 SWI 指令产生，可用于用户模式下的程序调用特权操作指令。可使用该异常机制实现系统功能调用。指令预取中止若处理器预取指令的地址不存在，或该地址不允许当前指令访问，存储器会向处理器发出中止信号，
3、但当预取的指令被执行时，才会产生指令预取中止异常。数据中止 若处理器数据访问指令的地址不存在，或该地址不允许当前指令访问时，产生数据中止异常。IRQ（外部中断请求）当处理器的外部中断请求引脚有效，且 CPSR 中的 I 位为 0 时，产生 IRQ 异常。系统的外设可通过该异常请求中断服务。FIQ（快速中断请求）当处理器的快速中断请求引脚有效，且 CPSR 中的 F 位为 0 时，产生 FIQ异常。当多个异常发生时，处理器根据优先级进行处理。优先级 1（最高） 复位2 数据中止3 FIQ4 IRQ5 预取指令中止6（最低） 未定义指令、SWI异常中断发生时，处理器执行完当前的指令，需要保存当前执
4、行现场，切换到相应的异常模式，并跳转到相应的异常中断处理程序。中断处理完成后，处理器返回现场执行下条指令。异常处理一般过程如下：（1）把当前工作模式中的下一条即将运行的指令地址保存到 R14 中；（2）保存当前 CPSR 到 SPSR（保存程序状态寄存器） ；（3）改写 CPSR 中的工作模式为当前产生异常的工作模式；（4）禁止 IRQ（如果进入 FIQ 则禁止 FIQ） ；（5）跳转到相应异常向量表入口；如果是复位异常处理会禁止所有中断，另外由于不用返回，因此不需要作（1） （2）步。以上的异常处理操作都是由处理器自动完成的。二、异常向量表Linux 内核启动时，向量表的创建过程为：init
5、/main.c-start_kernel()-trap_init()。trap_init 函数位于 /arch/$(ARCH)/kernel/traps.c 中。trap_init 函数中向量表创建的相关代码如下：unsigned long vectors = CONFIG_VECTORS_BASE;memcpy(void *)vectors, _vectors_start, _vectors_end - _vectors_start);memcpy(void *)vectors + 0x200, _stubs_start, _stubs_end - _stubs_start);其中 CONF
6、IG_VECTORS_BASE 是向量表的基地址。在 ARM V4 及 V4T 以后的大部分处理器中，向量表可以有两个位置：一个是 0，另一个是 0xffff0000。通过 CP15 协处理器 c1 寄存器中 V 位(bit13)控制。V 和异常向量表的对应关系如下：V=0 0x000000000x0000001CV=1 0xffff00000xffff001CCONFIG_VECTORS_BASE 的值在内核的相关配置文件中定义。比如在/arch/arm/configs/s3c2410_defconfig 中 CONFIG_VECTORS_BASE=0xffff0000。异常向量表存放在_v
7、ectors_start 至_vectors_end 定义的空间内。异常向量表的逻辑结构（8*4 个字节）为：异常类型 工作模式 地址复位 管理模式 0x00000000未定义指令 未定义指令中止模式 0x00000004软件中断 管理模式 0x00000008中止（预取指令） 数据访问终止模式 0x0000000C中止（数据） 数据访问终止模式 0x00000010保留 0x00000014IRQ 外部中断模式 0x00000018FIQ 快速中断模式 0x0000001C异常向量表的物理结构位于 arch/arm/kernel/entry-armv.S 中，如下所示：.globl _vec
8、tors_start_vectors_start:swi SYS_ERROR0:b vector_und + stubs_offset /复位异常:ldr pc, .LCvswi + stubs_offset /未定义指令异常 :b vector_pabt + stubs_offset /软件中断异常:b vector_dabt + stubs_offset /数据异常（预取指令中止、数据中止）:b vector_addrexcptn + stubs_offset /保留:b vector_irq + stubs_offset /普通中断异常:b vector_fiq + stubs_offs
9、et /快速中断异常:.globl _vectors_end:_vectors_end:异常向量表中各种异常对应位置上放置了一条跳转指令，用于指向相应异常的处理程序。_stubs_start 至_stubs_end 之间是异常处理程序的位置。stubs_offset 的值为：.equ stubs_offset, _vectors_start + 0x200 - _stubs_start三、中断处理中断发生后，处理器执行向量表中的 b vector_irq + stubs_offset 指令。接着根据进入中断前的具体工作模式，执行 irq_handler 处理过程。irq_handler 处理过
10、程位于/arch/arm/kernel/entry-armv.S 中，如下所示：.macro irq_handler1: get_irqnr_and_base r0, r6, r5, lr 判断中断号，通过 R0 返回 bne asm_do_IRQ 进入中断处理。 .endm中断号的值是在和平台相关的文件中决定的。比如 IRQ_EINT0 在 include/asm/arch-s3c2410/irqs.h 中定义。这说明中断号的具体值和硬件中断挂起寄存器中的中断号是不等的。asm_do_IRQ 位于 arch/arm/kernel/irq.c，如下所示：asmlinkage void _exc
11、eption 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。irq_desc 是外部中断描述符表，用于存储中断的相关信息desc_handle_irq(irq, desc);/ 根据中断号和 desc 进入中断处理 irq_finish(irq);irq_exit();set_irq_regs(old_regs);static i
12、nline void desc_handle_irq(unsigned int irq, struct irq_desc *desc)desc-handle_irq(irq, desc); /中断处理 在 include/linux/interrupt.h 中定义了 irqaction 结构体，如下所示：struct irqaction irq_handler_t handler; /中断处理函数，注册时提供unsigned long flags; /中断标志，注册时提供cpumask_t mask; /中断掩码const char *name; /中断名称void *dev_id; /设备
13、id，本文后面部分介绍中断共享时会详细说明这个参数的作用struct irqaction *next; /如果有中断共享，则继续执行，int irq; /中断号，注册时提供struct proc_dir_entry *dir; /指向 IRQn 相关的/proc/irq/n 目录的描述符;在注册中断号为 irq 的中断服务程序时，系统会根据注册参数封装相应的 irqaction 结构体。并把中断号为 irq 的 irqaction 结构体写入 irq_desc irq-action。这样就把设备的中断请求号与该设备的中断服务例程 irqaction 联系在一起了。当 CPU 接收到中断请求后，就可以根据中断号通过 irq_desc 找到该设备的中断服务程序。
