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linux-2.6.26内核中ARM中断实现详解(1)
时间:2016-12-28作者:华清远见

看了一些网络上关于linux中断实现的文章,感觉有一些写的非常好,在这里首先感谢他们的无私付出,然后也想再补充自己对一些问题的理解。先从函数注册引出问题吧。

一、中断注册方法

在linux内核中用于申请中断的函数是request_irq(),函数原型在Kernel/irq/manage.c中定义:

int request_irq(unsigned int irq, irq_handler_t handler,
                         unsigned long irqflags, const char *devname, void *dev_id)

irq是要申请的硬件中断号。

handler是向系统注册的中断处理函数,是一个回调函数,中断发生时,系统调用这个函数,dev_id参数将被传递给它。

irqflags是中断处理的属性,若设置了IRQF_DISABLED (老版本中的SA_INTERRUPT,本版zhon已经不支持了),则表示中断处理程序是快速处理程序,快速处理程序被调用时屏蔽所有中断,慢速处理程序不屏蔽;若设置了IRQF_SHARED (老版本中的SA_SHIRQ),则表示多个设备共享中断,若设置了IRQF_SAMPLE_RANDOM(老版本中的SA_SAMPLE_RANDOM),表示对系统熵有贡献,对系统获取随机数有好处。(这几个flag是可以通过或的方式同时使用的)

dev_id在中断共享时会用到,一般设置为这个设备的设备结构体或者NULL。

devname设置中断名称,在cat /proc/interrupts中可以看到此名称。

request_irq()返回0表示成功,返回-INVAL表示中断号无效或处理函数指针为NULL,返回-EBUSY表示中断已经被占用且不能共享。

关于中断注册的例子,大家可在内核中搜索下request_irq。

在编写驱动的过程中,比较容易产生疑惑的地方是:

1、中断向量表在什么位置?是如何建立的?
        2、从中断开始,系统是怎样执行到我自己注册的函数的?
        3、中断号是如何确定的?对于硬件上有子中断的中断号如何确定?
        4、中断共享是怎么回事,dev_id的作用是?

本文以2.6.26内核和S3C2410处理器为例,为大家讲解这几个问题。

二、异常向量表的建立

在ARM V4及V4T以后的大部分处理器中,中断向量表的位置可以有两个位置:一个是0,另一个是0xffff0000。可以通过CP15协处理器c1寄存器中V位(bit[13])控制。V和中断向量表的对应关系如下:

V=0        ~        0x00000000~0x0000001C
        V=1        ~        0xffff0000~0xffff001C

arch/arm/mm/proc-arm920.S中

.section ".text.init", #alloc, #execinstr
        __arm920_setup:
        …… orr       r0, r0, #0x2100              @ ..1. ...1 ..11 ...1

//bit13=1 中断向量表基址为0xFFFF0000。R0的值将被付给CP15的C1.

在linux中,向量表建立的函数为:

init/main.c->start_kernel()->trap_init()

void __init trap_init(void)
        { 
                 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);
                 ....
        }

在2.6.26内核中CONFIG_VECTORS_BASE最初是在各个平台的配置文件中设定的,如:

arch/arm/configs/s3c2410_defconfig中

CONFIG_VECTORS_BASE=0xffff0000

__vectors_end 至 __vectors_start之间为异常向量表。

位于arch/arm/kernel/entry-armv.S

.globl __vectors_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:
        b vector_addrexcptn + stubs_offset        //保留:
        b vector_irq + stubs_offset        //普通中断异常:
        b vector_fiq + stubs_offset        //快速中断异常:
        .globl __vectors_end:
__vectors_end:

__stubs_end 至 __stubs_start之间是异常处理的位置。也位于文件arch/arm/kernel/entry-armv.S中。vector_und、vector_pabt、vector_irq、vector_fiq都在它们中间。

stubs_offset值如下:

.equ stubs_offset, __vectors_start + 0x200 - __stubs_start

stubs_offset是如何确定的呢?(引用网络上的一段比较详细的解释)

当汇编器看到B指令后会把要跳转的标签转化为相对于当前PC的偏移量(±32M)写入指令码。从上面的代码可以看到中断向量表和stubs都发生了代码搬移,所以如果中断向量表中仍然写成b vector_irq,那么实际执行的时候就无法跳转到搬移后的vector_irq处,因为指令码里写的是原来的偏移量,所以需要把指令码中的偏移量写成搬移后的。我们把搬移前的中断向量表中的irq入口地址记irq_PC,它在中断向量表的偏移量就是irq_PC-vectors_start, vector_irq在stubs中的偏移量是vector_irq-stubs_start,这两个偏移量在搬移前后是不变的。搬移后 vectors_start在0xffff0000处,而stubs_start在0xffff0200处,所以搬移后的vector_irq相对于中断 向量中的中断入口地址的偏移量就是,200+vector_irq在stubs中的偏移量再减去中断入口在向量表中的偏移量,即200+ vector_irq-stubs_start-irq_PC+vectors_start = (vector_irq-irq_PC) + vectors_start+200-stubs_start,对于括号内的值实际上就是中断向量表中写的vector_irq,减去irq_PC是由汇编器完成的,而后面的 vectors_start+200-stubs_start就应该是stubs_offset,实际上在entry-armv.S中也是这样定义的。

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