ARM+Linux中断系统详细分析

ULK第四章里明确讲到“Linux实现了一种没有优先级的中断模型”，并且“Linux中断和异常都支持嵌套”。这个我不太理解了，这两种说法都与我以前的理解刚好相反，核对了原书，翻译没有错。

Linux中断系统到底是否支持优先级，可否嵌套，中断号又是怎么来确定的，中断产生时又是如何一步步执行到中断处理函数的。为了彻底搞懂Linux中断系统，我决定从最原始材料出发，一探究竟。（s3c2440+linux2.6.21）

先来看看ARM的硬件执行流程

异常是ARM处理器模式分类，ARM有七种运行模式USR,SYS,SVC,IRQ,FIQ,UND,ABT

五种异常模式：SVC,IRQ,FIQ,UND,ABT

中断模式是ARM异常模式之一（IRQ模式，FIQ模式），是一种异步事件，如外部按键产生中断，内部定时器产生中断，通信数据口数据收发产生中断等。

1.当一个异常产生时，以FIQ为例，CPU切入FIQ模式时，

①将原来执行程序的下一条指令地址保存到LR中，就是将R14保存到R14_fiq里面。

②拷贝CPSR到SPSR_fiq。

③改变CPSR模式位的值，改到FIQ模式。

④改变PC值，将其指向相应的异常处理向量表。

离开异常处理的时候，

①将LR（R14_fiq）赋给PC。

②将SPSR（SPSR_fiq）拷贝到CPSR。

③清除中断禁止标志（如果开始时置位了）。

ARM一般在某个固定地址中有一个异常向量表，比如0x0

当一个外部IRQ中断产生时

①处理器切换到IRQ模式

②PC跳到0x18处运行，因为这是IRQ的中断入口。

③通过0x18：LDR PC, IRQ_ADDR，跳转到相应的中断服务程序。这个中断服务程序就要确定中断源，每个中断源会有自己独立的中断服务程序。

④得到中断源，然后执行相应中断服务程序

⑤清除中断标志，返回

这就是一个外部中断完整的执行流程了，下面以具体寄存器来更具体的了解ARM的中断机制。

假设ARM核有两个中断引脚，一根是irq pin,一根是fiq pin，正常情况下，ARM核只是机械地随着PC指示去执行，当CPSR中的I位和F位都为1时，IRQ和FIQ都处于禁止状态，这时候无论发什么信号，ARM都不会理睬。

当I位或F位为0时，irq pin有中断信号过来时，ARM当前工作就会被打断，切换到IRQ模式，并且跳转到异常向量表的中断入口0x18，SRCPND中相应位置1，经过检查中断优先级寄存器以及屏蔽寄存器，确定中断源，INTPND相应位置1(经过仲裁，只有一位置1)，这过程由ARM自动完成。0x18存放的是总的中断处理函数，在这个函数里，可以建立一个二级中断向量表,先清除SRCPND相应位，然后根据中断源执行相应中断服务程序，清除INTPND，返回。

及时清除中断Pending寄存器的标志位是为了避免两个问题：①发生中断返回后，立即又被中断，不断的重复响应②丢失中断处理过程中发生的中断，返回后不响应。

在某个IRQ中断程序执行过程中，有另外一个外部IRQ中断产生，会将SRCPND相应位置1，等该中断服务执行完，经过仲裁决定下一个要响应的中断。但是假如当产生的是FIQ,则保存当前IRQ的现场，嵌套响应FIQ，FIQ服务程序执行完，再继续执行IRQ服务。那么当一个FIQ正在服务，产生另外一个FIQ，会怎样呢，答案是不会被打断，跟IRQ一样等当前中断服务完成，再仲裁剩余需要相应的中断。

所以得出这样的结论：

①关于中断嵌套：IRQ模式只能被FIQ模式打断，FIQ模式下谁也打不断。

②关于优先级：ARM核对中断优先级，有明确的可编程管理。

下面再来看看Linux对ARM是怎么处理的，记住一个前提：Linux对ARM的硬件特性可以取舍，但不可更改。

1.建立异常向量表：

系统从arch/arm/kernel/head.S的ENTRY(stext)开始执行，__lookup_processor_type检查处理器ID，__lookup_machine_type检查机器ID，__create_page_tables创建页表，启动MMU，然后由arch/arm/kernel/head_common.S跳到start_kernel()->trap_init()

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1. void __init trap_init(void)
2. {
3. unsigned long vectors=CONFIG_VECTORS_BASE;
4. …
5. memcpy((void*)vectors,__vectors_start,__vectors_end-__vectors_start);
6. memcpy((void*)vectors+0x200,__stubs_start,__stubs_end-__stubs_start);
7. memcpy((void*)vectors+0x1000-kuser_sz,__kuser_helper_start,kuser_sz);
8. …
9. }
10. #define CONFIG_VECTORS_BASE 0xffff0000

CONFIG_VECTORS_BASE在autoconf.h定义，在ARMV4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

__vectors_end至__vectors_start之间为异常向量表，