嵌入式|ARM中断向量表与响应流程【转】嵌入式|c

转自：http://blog.csdn.net/honour2sword/article/details/40213417
一首先中断向量表定义在哪里？如何加载？
二中断向量表与中断服务程序
三处理流程

一首先中断向量表定义在哪里？__vectors_start
首先中断向量表定义的是什么？定义的就是中断服务程序的跳转指令，因为每个中断向量在向量表中只有一个字节的存储空间，只能存放一条指令，所以通常存放跳转指令，使程序跳转到存储器的其他地方，再执行中断处理。这里cpu就可以找中断服务程序，跳转指令如例如：
LDRPC, =ISR_HANDLER；
或者
指令与不同的cpu平台有关系。

1.1 vector表定义的方式：往往是变量地址：
如 .
.globl__vectors_start定义__vectors_start符号，这样外部程序可以访问到。entry-armv.S
__vectors_start:
swiSYS_ERROR0
bvector_und + stubs_offset
ldrpc, .LCvswi + stubs_offset
bvector_pabt + stubs_offset
bvector_dabt + stubs_offset
bvector_addrexcptn + stubs_offset
bvector_irq + stubs_offset
bvector_fiq + stubs_offset
ARM的异常处理向量表在entry-armv.S文件中：
1.2 中断向量表类型

文章图片

From ARM

.globl__vectors_start定义__vectors_start符号，这样外部程序可以访问到。
__vectors_start:定义异常(地址逻辑自上而下0x00----0x1c)跟具体的cpu特性有关
ARM(swiSYS_ERROR0)向量0：reset,但是这里被修改了,如果是cpu跑到了0地址,用软件中断SYS_ERROR0来处理.
THUMB(svc#0)向量1
THUMB(nop)向量2
W(b)vector_und+ stubs_offset向量3 #未定义指令异常
W(ldr)pc,.LCvswi + stubs_offset向量4#软中断
W(b)vector_pabt+ stubs_offset#向量5指令预取异常中断(Prefetch Abort)
W(b)vector_dabt+ stubs_offset#向量6数据中止
W(b)vector_addrexcptn+ stubs_offset#向量7地址异常Thesearen't too critical.
W(b)vector_irq+ stubs_offset#向量8.IRQ(一般中断)
W(b)vector_fiq+ stubs_offset#向量9FIQ(快速中断)

/*关于.globl指令：
.global/.globl 命令

.global symbol

.global 使得连接程序（ld）能够识别symbl
声明symbol是全局可见的。标号_start是GNU链接器用来指定第一个要执行指令所必须的,同样的是全局可见的(并且只能出现在一个模块中)

例如：
.global_start#定义_start为外部程序可以访问的标签

__vectors_start符号，又存放在哪里呢？
有不同的方式，可以指定加载的ram地址，如\kernel\arch\c6x\kernel平台
SECTIONS
{
/*
* Start kernel read only segment
*/
READONLY_SEGMENT_START

.vectors :
{
_vectors_start =.;
*(.vectors)
. = ALIGN(0x400);
_vectors_end = .;
}
指定好了vector在内核镜像加载到内存后的地址0x400；

但是arm就不指定，如下，在启动之后存放的地址:
//中断服务处理程序
c000b500 T__kuser_helper_start
c000b500 t__kuser_memory_barrier
c000b520 t__kuser_cmpxchg
c000b540 t__kuser_get_tls
c000b55c t__kuser_helper_version
c000b560 T__kuser_helper_end
c000b560 T __stubs_start //中断服务处理程序
c000b560 tvector_irq
c000b5e0 tvector_dabt
c000b660 tvector_pabt
c000b6e0 tvector_und
c000b760 tvector_fiq
c000b764 tvector_addrexcptn
c000b784 T__stubs_end
c000b784 T __vectors_start中断向量表的起始地址 32字节
c000b7a4 T__vectors_end

2.其次向量表在系统bootup的时候被链接在哪里？
/out/target/product/huaqin82_cwet_kk/obj/KERNEL_OBJ/arch/arm/kernel/entry-armv.o打包成build-in.o

3,最后内核建立向量表vector的拷贝
__trap_init函数填充后的向量表如下：

虚拟地址	异常	处理汇编代码
0xffff0000	reset swi	SYS_ERROR0
0xffff0004	undefined	b __real_stubs_start + (vector_undefinstr - __stubs_start)
0xffff0008	软件中断	ldr pc, __real_stubs_start + (.LCvswi - __stubs_start)
0xffff000c	取指令异常	b __real_stubs_start + (vector_prefetch - __stubs_start)
0xffff0010	数据异常	b __real_stubs_start + (vector_data - __stubs_start)
0xffff0014	reserved	b __real_stubs_start + (vector_addrexcptn - __stubs_start)
0xffff0018	irq	b __real_stubs_start + (vector_IRQ - __stubs_start)
0xffff001c	Fiq	b __real_stubs_start + (vector_FIQ - __stubs_start)

///
二中断向量表与中断服务程序
总的来说对于中断向量表的定义和存放（加载）和处理流程如下：
首先理解相关概念：

中断控制器	负责（1）屏蔽和过滤中断信号（2）唤醒cpu。分为向量中断模式和非向量中断模式： ---向量中断模式用于RESET、NMI、异常处理。当向量中断产生时，控制器直接将PC赋值，如IRQ异常跳到0x0000000d处，而在0x0000000d地址处通常放置ISR服务程序地址LDR PC, =ISR_HANDLER。 ---非向量中断模式，有一个寄存器标识位，跳转到统一的函数地址，此函数通过判别寄存器标识位和优先级关系进行中断-处理。
跳转指令：	我分为两种： 1是中断控制器的跳转指令（实际上编译好的机器码）：为何需要？因为当cpu在中断发生的时候，cpu如何知道把pc指针执行哪里去执行指令呢。所以通过中断控制器的跳转指令帮助把cpu的执行指针pc，执行相应的中断向量表。 2是cpu相关的跳转指令，如arm处理器：bbl ，ldr等：完成跳转到不同的中断服务处理程序。

1）中断服务程序定义在哪里？如arm的dataabort异常处理程序：
首先跳转指令：bvector_dabt + stubs_offset---->这个地址的指令定义也在entry-armv.S：
vector_stubdabt, ABT_MODE,8
----》__dabt_svc （内核模式发生dataabort）或者 __dabt_usr（用户模式发生dataabort）
-----》dabt_helper是一个宏--->blCPU_DABORT_HANDLER

2）存放（加载）的地址？中断向量表定义好了之后，存放了ram的哪里呢？也就是__vectors_start存在内存什么地址？

答案：可以定在你需要的任何可访问ram地址（这里指的虚拟地址，不是物理ram地址）。

例子1 ：单片机
非向量中断模式
假定非向量中断表定义在0x00400000开始的外部RAM空间：

文章图片

引用网络图2中断解析示例流程

图2中实线表示的流程都用ARM汇编语言编写，一般作为boot代码的一部分放在系统的底层模块中。
填写向量表的操作可以在上层应用程序中方便地实现，比如在C语言中： *( int *(0x00400018)) = (int) ISR_IRQ；
这样就将IRQ中断的服务程序入口地址（0x00300260）填写到中断向量表中的固定地址0x00400018开始的4字节空间了。

简单说就是：
在0x00000018的地址的跳转指令是：B0x00000600 ；
而0x00000600存放的指令是：ldr r0 =0x004000018；
而0x004000018 存放的是0x00300260:=中断的服务程序ISR_IRQ的入口地址（0x00300260）

例子2：
ARM 的vector表是存放在
c000b500 T__kuser_helper_start
c000b500 t__kuser_memory_barrier
c000b520 t__kuser_cmpxchg
c000b540 t__kuser_get_tls
c000b55c t__kuser_helper_version
c000b560 T__kuser_helper_end
c000b560 T __stubs_start
c000b560 tvector_irq
c000b5e0 tvector_dabt
c000b660 tvector_pabt
c000b6e0 tvector_und
c000b760 tvector_fiq
c000b764 tvector_addrexcptn
c000b784 T__stubs_end
c000b784 T __vectors_start中断向量表的起始地址
c000b7a4 T __vectors_end
内核建立vector的拷贝
__trap_init函数填充后的向量表如下：

虚拟地址	异常	处理汇编代码
0xffff0000	reset swi	SYS_ERROR0
0xffff0004	undefined	b __real_stubs_start + (vector_undefinstr - __stubs_start)
0xffff0008	软件中断	ldr pc, __real_stubs_start + (.LCvswi - __stubs_start)
0xffff000c	取指令异常	b __real_stubs_start + (vector_prefetch - __stubs_start)
0xffff0010	数据异常	b __real_stubs_start + (vector_data - __stubs_start)
0xffff0014	reserved	b __real_stubs_start + (vector_addrexcptn - __stubs_start)
0xffff0018	irq	b __real_stubs_start + (vector_IRQ - __stubs_start)
0xffff001c	Fiq	b __real_stubs_start + (vector_FIQ - __stubs_start)

---为何内核要拷贝到0xffff0000？这个是arm cpu的规定：对于ARMv4及其以上的版本，异常向量表的起始位置由协处理器15（cp15）的控制寄存器(c1)里的V位(bit13)有关，当V=０时，异常向量表的起始位置在0x00000000，而当V=１时，异常向量表就起始于0xffff0000位置。当有异常发生时，处理器会跳转到对应的0xffff0000起始的向量处取指令，然后，通过b指令散转到异常处理代码．因为ARM中b指令是相对跳转，而且只有+/-32MB的寻址范围，所以把__stubs_start~__stubs_end之间的异常处理代码复制到了0xffff0200起始处．这里可直接用b指令跳转过去，这样比使用绝对跳转（ldr)效率高。

三处理流程？cpu发生中断的时候，PC指针如何知道到0x000000-0x0000001c（linux内核copy到0xffff0000）的地址（也就是到中断向量表vector中哪一种异常：swi，数据异常，irq等）去执行中断跳转指令呢？
答案是：中断控制器完成。如下：

文章图片

上图（来自网络ppt）
向量中断模式用于RESET、NMI、异常处理。当向量中断产生时，控制器直接将PC赋值，如跳到0x0000000d处，而在0x0000000d地址处通常放置ISR服务程序地址。

处理流程分为两部分：如下

1。硬件部分：EINT orIRQ硬件信号-----》中断控制器跳转---到对应的异常----（硬件do it）-----》改变pc指针的地址------》
2。软件部分：中断向量表跳转指令（如b __real_stubs_start）-------》对应的中断处理程序，比如一般的irq流程 ---》entry-armv.S@-----》vector_stubirq,IRQ_MODE, 4
-).macrovector_stub, name, mode, correction=0（完成中断现场保护，CPU异常模式切换）
-) 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
.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)

----》__irq_usr定义如下：
__irq_usr:
usr_entry
kuser_cmpxchg_check
irq_handler
get_thread_infotsk
movwhy,#0
bret_to_user_from_irq
UNWIND(.fnend)
ENDPROC(__irq_usr)

-----》irq_handler定义如下：
.macroirq_handler
#ifdefCONFIG_MULTI_IRQ_HANDLER
ldrr1,=handle_arch_irq
movr0,sp
adrlr,BSYM(9997f)
ldrpc,[r1]
#else
arch_irq_handler_default
#endif

----》arm/include/asm/entry-macro-multi.S:6:@.macroarch_irq_handler_default：
.macroarch_irq_handler_default
get_irqnr_preambler6, lr
1:get_irqnr_and_base r0, r2, r6, lr
#get_irqnr_and_base函数完成获取IRQ中断号（irq number）,依赖不同的soc的中断控制器
movner1,sp
@
@ routine calledwith r0 = irq number, r1 = struct pt_regs *
@
adrnelr,BSYM(1b)
bneasm_do_IRQ

/*get_irqnr_and_base实现是依赖具体的硬件的，对于pxa270 cpu，其实现如下：
.macro get_irqnr_and_base, irqnr, irqstat, base, tmp
mov /base,#io_p2v(0x40000000) @ IIR Ctl = 0x40d00000
add /base, /base,#0x00d00000
ldr /irqstat,[/base, #0] @ ICIP
ldr /irqnr,[/base, #4] @ ICMR
ands /irqstat,/irqstat, /irqnr
beq 1001f /* 没找到中断，跳转*/
rsb /irqnr,/irqstat, #0
and /irqstat,/irqstat, /irqnr
clz /irqnr,/irqstat
rsb /irqnr,/irqnr, #(31 - PXA_IRQ_SKIP)
#ifdefCONFIG_CPU_BULVERDE
b 1002f
#endif
1001:
1002:
.endm
.macroirq_prio_table
.endm
*/

接着---》asm_do_IRQ：-->handle_IRQ（）------>执行request_irq()注册的中断。

补充，EINT 是共享一个IRQ，所以要到对应的IRQ handle里面，再处理不同的EINT handler，，如MTK
void mt_eint_registration(unsignedint eint_num, unsigned int flag,#eint注册到IRQ：MT_EINT_IRQ_ID
void(EINT_FUNC_PTR) (void), unsigned int is_auto_umask)
{
。。。。。。
EINT_FUNC.eint_func[eint_num] = EINT_FUNC_PTR;
spin_unlock(&eint_lock);
EINT_FUNC.eint_auto_umask[eint_num] = is_auto_umask;
mt_eint_ack(eint_num);

mt_eint_isr（）｛
...
...
if(EINT_FUNC.eint_func[index]) {
EINT_FUNC.eint_func[index] ();
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