ARM linux的中断处理过程

本文主要以ARM体系结构下的中断处理为例，讲述整个中断处理过程中的硬件行为和软件动作。具体整个处理过程分成三个步骤来描述：

1、第二章描述了中断处理的准备过程

2、第三章描述了当发生中的时候，ARM硬件的行为

3、第四章描述了ARM的中断进入过程

4、第五章描述了ARM的中断退出过程

本文涉及的代码来自3.14内核。另外，本文注意描述ARM指令集的内容，有些source code为了简短一些，删除了THUMB相关的代码，除此之外，有些debug相关的内容也会删除。

二、中断处理的准备过程

1、中断模式的stack准备

ARM处理器有多种process mode，例如user mode（用户空间的AP所处于的模式）、supervisor mode（即SVC mode，大部分的内核态代码都处于这种mode）、IRQ mode（发生中断后，处理器会切入到该mode）等。对于linux kernel，其中断处理处理过程中，ARM 处理器大部分都是处于SVC mode。但是，实际上产生中断的时候，ARM处理器实际上是进入IRQ mode，因此在进入真正的IRQ异常处理之前会有一小段IRQ mode的操作，之后会进入SVC mode进行真正的IRQ异常处理。由于IRQ mode只是一个过度，因此IRQ mode的栈很小，只有12个字节，具体如下：

struct stack {
u32 irq[3];
u32 abt[3];
u32 und[3];
} ____cacheline_aligned;

static struct stack stacks[NR_CPUS];

除了irq mode，linux kernel在处理abt mode（当发生data abort exception或者prefetch abort exception的时候进入的模式）和und mode（处理器遇到一个未定义的指令的时候进入的异常模式）的时候也是采用了相同的策略。也就是经过一个简短的abt或者und mode之后，stack切换到svc mode的栈上，这个栈就是发生异常那个时间点current thread的内核栈。anyway，在irq mode和svc mode之间总是需要一个stack保存数据，这就是中断模式的stack，系统初始化的时候，cpu_init函数中会进行中断模式stack的设定：

void notrace cpu_init(void)
{

unsigned int cpu = smp_processor_id();－－－－－－获取CPU ID
struct stack *stk = &stacks[cpu];－－－－－－－－－获取该CPU对于的irq abt和und的stack指针

……

#ifdef CONFIG_THUMB2_KERNEL
#define PLC "r"－－－－－－Thumb-2下，msr指令不允许使用立即数，只能使用寄存器。
#else
#define PLC "I"
#endif

__asm__ (
"msr cpsr_c, %1\n\t"－－－－－－让CPU进入IRQ mode
"add r14, %0, %2\n\t"－－－－－－r14寄存器保存stk->irq
"mov sp, r14\n\t"－－－－－－－－设定IRQ mode的stack为stk->irq
"msr cpsr_c, %3\n\t"
"add r14, %0, %4\n\t"
"mov sp, r14\n\t"－－－－－－－－设定abt mode的stack为stk->abt
"msr cpsr_c, %5\n\t"
"add r14, %0, %6\n\t"
"mov sp, r14\n\t"－－－－－－－－设定und mode的stack为stk->und
"msr cpsr_c, %7"－－－－－－－－回到SVC mode
:－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－上面是code，下面的output部分是空的
: "r" (stk),－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－对应上面代码中的%0
PLC (PSR_F_BIT | PSR_I_BIT | IRQ_MODE),－－－－－－对应上面代码中的%1
"I" (offsetof(struct stack, irq[0])),－－－－－－－－－－－－对应上面代码中的%2
PLC (PSR_F_BIT | PSR_I_BIT | ABT_MODE),－－－－－－以此类推，下面不赘述
"I" (offsetof(struct stack, abt[0])),
PLC (PSR_F_BIT | PSR_I_BIT | UND_MODE),
"I" (offsetof(struct stack, und[0])),
PLC (PSR_F_BIT | PSR_I_BIT | SVC_MODE)
: "r14");－－－－－－－－上面是input操作数列表，r14是要clobbered register列表
}

嵌入式汇编的语法格式是：asm(code : output operand list : input operand list : clobber list);大家对着上面的code就可以分开各段内容了。在input operand list中，有两种限制符（constraint），"r"或者"I"，"I"表示立即数（Immediate operands），"r"表示用通用寄存器传递参数。clobber list中有一个r14，表示在汇编代码中修改了r14的值，这些信息是编译器需要的内容。

2、SVC模式的stack准备

我们经常说进程的用户空间和内核空间，对于一个应用程序而言，可以运行在用户空间，也可以通过系统调用进入内核空间。在用户空间，使用的是用户栈，也就是我们软件工程师编写用户空间程序的时候，保存局部变量的stack。陷入内核后，当然不能用用户栈了，这时候就需要使用到内核栈。所谓内核栈其实就是处于SVC mode时候使用的栈。

Linux kernel在创建进程（包括用户进程和内核线程