S3C2440中斷代碼的深層次分析

異常處理的基本過程如下：異常產(chǎn)生（在指令的臨界中檢測CPU的狀態(tài)，一般實(shí)質(zhì)在這條指令被執(zhí)行完成，但是還沒有執(zhí)行下一條指令之前檢測）——>保存狀態(tài)寄存器，切換狀態(tài)寄存器，保存LR=PC-4,強(qiáng)制PC跳轉(zhuǎn)到對應(yīng)異常向量（以上的過程都是CPU自動(dòng)完成）——》調(diào)整返回地址，在棧中保存寄存器，便于恢復(fù)寄存器的值——》異常處理函數(shù)——》退出異常。

以上的分析和處理在上一次中已經(jīng)分析，這次分析中斷的處理過程，中斷只是異常的一種特殊情況，對異常的處理得到了好的理解，那么對中斷的處理也就比較方便了。

在ARM內(nèi)核中只支持IRQ和IFQ兩種類型的中斷，但是不同的廠商提供不同類型的中斷控制器實(shí)現(xiàn)對中斷的擴(kuò)展，使得實(shí)際的芯片更加適合我們的使用。但是中斷控制器的差別也使得不同廠商的中斷處理也有差別，但是基本的思想是一致的。

 

S3C2440的中斷控制器一個(gè)支持60種中斷源，基本的實(shí)現(xiàn)如上圖所示�；�本的寄存器包括SRCPND、INTPND（有且僅有1bit會(huì)被置位，可以通過這個(gè)寄存器判斷中斷源，找出那個(gè)IRQ源發(fā)生中斷）、INTMOD、INTMSK、PRIORITY（用來改變中斷的優(yōu)先級(jí)順序，但是其中還是存在一些固有的順序，具體的參看手冊）、INTOFFSET（用來表示IRQ中INTPND的那個(gè)bit被置位，這樣每一類的中斷源都存在一個(gè)固定的偏移量，這個(gè)寄存器可以用來用來計(jì)算偏移量以及通過這個(gè)偏移量找到對應(yīng)的中斷處理函數(shù)地址存儲(chǔ)位置等），當(dāng)然也存在一些關(guān)于多個(gè)中斷源構(gòu)成的子中斷寄存器,SUBSRCPND、INTSUBMSK。

 

在S3C2440的啟動(dòng)代碼中描述了關(guān)于中斷處理過程的基本過程和原理。

首先需要搞清楚下面的一個(gè)宏定義：

 

1、搞清楚ARM中的MACRO偽指令，這個(gè)偽指令就是我們在匯編中的宏定義，我們都知道宏的實(shí)現(xiàn)能夠避免代碼的重復(fù)型以及代碼的可修復(fù)性。關(guān)于ARM匯編中的宏定義基本的形式如下：

       其中$label 宏指令被展開時(shí)，label可被替換為相應(yīng)的符號(hào)，一般為一個(gè)標(biāo)號(hào)

       macroname 所定義的宏的名稱

       $parameter 宏指令的參數(shù)，當(dāng)宏指令被展開時(shí)被替換成對應(yīng)的值。

2、依據(jù)上面的定義我們可以知道當(dāng)前這段代碼定義了一個(gè)宏指令，HANDLER,其中標(biāo)號(hào)為$HandlerLabel，參數(shù)為$HandleLabel

基本的實(shí)現(xiàn)代碼分析如下：

sub sp,sp,#4;               在棧中預(yù)留一個(gè)區(qū)域，用來保存PC的值

stmfd      sp!,{r0} ;      由于r0還需要被使用，因此需要被壓棧

ldr     r0,=$HandleLabel ;這里的ldr是一個(gè)偽指令，主要是將標(biāo)號(hào)$HandleLabel的地址加載到r0中，這也是壓棧r0的原因。

ldr     r0,[r0]            ;這是ARM的ldr指令，主要是將$HandleLabel對應(yīng)地址中的內(nèi)容加載到r0中。如果在$HandleLabel中保存的是一個(gè)中斷處理函數(shù)的地址，那么只需要將這個(gè)值加載到PC即可實(shí)現(xiàn)了中斷任務(wù)跳轉(zhuǎn)，實(shí)際上這個(gè)過程就是采用了異常處理的第二種方式：

即加載PC的方式，而不是簡單的跳轉(zhuǎn)方式。

 

str     r0,[sp,#4]      ;store the contents(ISR) of HandleXXX to stack

ldmfd   sp!,{r0,pc}     ;POP the work register and pc(jump to ISR)

這兩句代碼正是這段代碼的精髓。基本形式如下：

str     r0,[sp,#4]，是指將r0的內(nèi)容，也就是異常處理函數(shù)的地址保存到棧中的SP-4位置處，這個(gè)位置也恰好是之前sub       sp,sp,#4; 用來預(yù)留給保存PC值的位置，這時(shí)將異常處理函數(shù)的地址保存在這個(gè)地址處，接下來的ldmfd   sp!,{r0,pc}剛好就是將棧中的內(nèi)容加載到R0和PC中，這樣也就實(shí)現(xiàn)了將異常處理函數(shù)地址加載到PC.實(shí)現(xiàn)了跳轉(zhuǎn)過程。

 

	高地址
SP_0/SP_3	…
SP_1	Handle_addr
SP_2	R0
	低地址

從上面的分析可以知道這種中斷處理的方式，并不是中斷處理中的簡單跳轉(zhuǎn)方式（因?yàn)樘�轉(zhuǎn)范圍的局限性）而是采用更新PC值的形式實(shí)現(xiàn)的。

 

接下來分析IRQ，這種在我們實(shí)際開發(fā)中使用比較多的中斷形式進(jìn)行分析。

首先可以發(fā)現(xiàn)存在:

這種情況下發(fā)生在中斷產(chǎn)生過程中，是在IRQ向量中執(zhí)行的，也就是在0x18處執(zhí)行，其中HandlerIRQ實(shí)質(zhì)上是一個(gè)標(biāo)號(hào)，對應(yīng)一個(gè)具體的地址。其中保存的內(nèi)容就是對應(yīng)IRQ處理函數(shù)的地址。但是在代碼中只有一個(gè)HandlerIRQ，形式如下：

根據(jù)上面的宏定義，可以將這句代碼進(jìn)行擴(kuò)展，得到如下的形式：

3、關(guān)于HandleIRQ其中存放的內(nèi)容可以從下面的代碼中得到。

其中可以看到，在HandleIRQ中保存的內(nèi)容是IsrIRQ的地址，而IsrIRQ我們可以知道是一個(gè)中斷服務(wù)函數(shù)，因?yàn)樵趯懘�碼的過程中進(jìn)程會(huì)遇到這個(gè)特殊字符__ISR，這段代碼是在啟動(dòng)代碼中執(zhí)行的。

4、IsrIRQ實(shí)現(xiàn)問題

還是一句一句的分析：

       sub sp,sp,#4        ;為保存PC值預(yù)留一個(gè)棧區(qū)域，這個(gè)區(qū)域與上面的處理過程是異曲同工的。

       stmfd      sp!,{r8-r9}     ;保存r8,r9中的值，因?yàn)榻酉聛韺⑹褂眠@兩個(gè)寄存器

ldr   r9,=INTOFFSET; 這是一個(gè)偽指令操作，實(shí)質(zhì)上是將寄存器INTOFFSET的地址加載到r9中。

ldr   r9,[r9];得到寄存器中的值，這個(gè)寄存器中的值恰好保存了當(dāng)前最高優(yōu)先級(jí)中斷的中斷號(hào)（優(yōu)先級(jí)是可以調(diào)節(jié)的，而中斷號(hào)是一個(gè)固定值，因此選擇中斷號(hào)比較恰當(dāng)），這樣也就知道了具體是那個(gè)中斷源產(chǎn)生了中斷。

 

ldr   r8,=HandleEINT0;這句的ldr是偽指令，意思是將標(biāo)號(hào)的地址加載到r8中

add r8,r8,r9,lsl #2;從指令的意義分析：r8 = r8 + r9>>2 = r8+r9*4;

其實(shí)這兩句結(jié)合一下S3C2440的中斷資料就不難分析得出，因?yàn)镠andleEINT0實(shí)質(zhì)上是指存儲(chǔ)外部中斷0處理函數(shù)地址的地方，那么我們可以將這一塊內(nèi)存地址看做是一個(gè)IRQISR中斷向量表，而EINT0恰好是中斷優(yōu)先級(jí)最高的中斷，那么可以將這個(gè)地址HandleEINT0作為IRQ中斷向量表的入口地址，其他中斷號(hào)的地址，只需要通過偏移地址就能得到，由于指針的大小恰好為4個(gè)字節(jié)，因此得到的相應(yīng)中斷號(hào)的入口地址是

這些地址中都保存了對應(yīng)中斷處理函數(shù)的函數(shù)地址。

       ldr   r8,[r8]是指將r8的內(nèi)容加載到r8中，也就是將對應(yīng)中斷處理函數(shù)的地址加載到r8中。

       str   r8,[sp,#8]；這句代碼的作用實(shí)質(zhì)上就是和上面的分析一樣，也就是將r8的值保存到之前為PC預(yù)留的區(qū)域中。

ldmfd      sp!,{r8-r9,pc};這句也恰好驗(yàn)證了上面的分析，PC中的值恰好就是之前的sp+8處的內(nèi)容，這樣中斷處理函數(shù)的地址就到了PC中。

小結(jié)：

我們可以將ARM中采用2級(jí)向量表的形式實(shí)現(xiàn)異常的中斷處理，其中第一級(jí)是CPU中定義好的向量表，也就是異常向量表。在這一級(jí)的向量表中，實(shí)現(xiàn)跳轉(zhuǎn)到對應(yīng)的異常公共處理函數(shù)，另外每一種異常問題都存在自己的子問題，這時(shí)候采用第二級(jí)的向量表就可以解決各種子問題。第一級(jí)的向量表一般來說都是CPU定義好的，而第二級(jí)向量表則是我們在程序設(shè)計(jì)中人工實(shí)現(xiàn)的。

 

5、那么又是如何得到C語言中的函數(shù)呢，實(shí)質(zhì)上已經(jīng)很簡單了，具體的分析如下：

//S3c2440init.s

 

同時(shí)在s3c2440addr.h中又可以找到下面的定義：

//s3c2440addr.h

#define pISR_RESET           (*(unsigned *)(_ISR_STARTADDRESS+0x0))

#define pISR_UNDEF           (*(unsigned *)(_ISR_STARTADDRESS+0x4))

#define pISR_SWI        (*(unsigned *)(_ISR_STARTADDRESS+0x8))

#define pISR_PABORT         (*(unsigned *)(_ISR_STARTADDRESS+0xc))

#define pISR_DABORT        (*(unsigned *)(_ISR_STARTADDRESS+0x10))

#define pISR_RESERVED     (*(unsigned *)(_ISR_STARTADDRESS+0x14))

#define pISR_IRQ         (*(unsigned *)(_ISR_STARTADDRESS+0x18))

#define pISR_FIQ         (*(unsigned *)(_ISR_STARTADDRESS+0x1c))

#define pISR_EINT0            (*(unsigned *)(_ISR_STARTADDRESS+0x20))

#define pISR_EINT1            (*(unsigned *)(_ISR_STARTADDRESS+0x24))

#define pISR_EINT2            (*(unsigned *)(_ISR_STARTADDRESS+0x28))

#define pISR_EINT3            (*(unsigned *)(_ISR_STARTADDRESS+0x2c))

#define pISR_EINT4_7 (*(unsigned *)(_ISR_STARTADDRESS+0x30))

…

#define pISR_SPI1        (*(unsigned *)(_ISR_STARTADDRESS+0x94))

#define pISR_RTC        (*(unsigned *)(_ISR_STARTADDRESS+0x98))

#define pISR_ADC        (*(unsigned *)(_ISR_STARTADDRESS+0x9c))

從上面的代碼中我們可以知道pISR_EINT0之類的實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)地址，如果我們在這個(gè)地址中填充處理函數(shù)的地址值也就形成了函數(shù)指針，實(shí)際上只需要將函數(shù)名賦值給對應(yīng)的中斷向量即可。這樣也就找到了適當(dāng)?shù)奶幚矸绞?基本的形式如下所示：

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