Kernel里面的中断代码分析

原文地址http://blog.chinaunix.net/u/22617/showart.php?id=470098

具体的讨论我放在这里了：

 

大家当然也可以在我的blog里面讨论。

 

 

本来是用word写的， 粘了一些图， 可是弄到这里面有些麻烦， 还是看完整的pdf吧 。 

 

未完待续。

我真是天才， 想到了两个比方， 实在太恰当了：

 

打个比方： 一个傻子让妈妈喂饭： “妈妈， 我饿了”（SRCPND 对应bit 置1 ） ， 但是啥子不知道吃多少才能饱（脑子毁掉了，要不怎么啥呢？） 。 妈妈知道喂两碗就行了 。 所以当妈妈喂了两碗之后， 不再喂了（相当于中断处理完毕） 。

然后告诉啥子， 行了 ，饱了（相当于SRCPND 清0） ，啥子相信妈妈的话， only相信妈妈的话 。

否则 ，如果妈妈不说“行了， 吃饱了，不要再吃了”这样的话， 啥子就一个劲的问问“ 妈妈， 我饿，俄” ，结果妈妈（也是个傻妈妈，难怪啥子是遗传的） ，一个劲的喂 ， 结果什么活也干不了了，同时也把傻子儿子撑死了。

 

我怎么会突然想到这么一个比喻， 我真是个天才啊！   --bob

 

 最后一稿了：

文件:	Kernel里面的中断代码分析-最终版.pdf
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word档案：

 

  

 

1.3 s3c2410 里面的中断控制器的细节分析：

从这里：

可以看出： s3c2410a 可以接收56个中断源的请求。

这些中断源来自来自两部分：内部外设，比如DMA 控制器，uart ，i2c

第二部分是外部中断请求的pin脚。

流程是这样：

当中断控制器接收到中断请求后， 经过仲裁过程后（选择了一个优先级高的IRQ或者FIQ），然后才向CPU发出 IRQ或者FIQ的请求。

 

至于到底这个中断源产生的IRQ还是FIQ ， 这个要根据interrupt mode register设置了：

从这里我们也可以看出， IRQ和FIQ只是两种模式而已。 也就是说 ， 当一个中断源被配置成IRQ或者FIQ的时候 ， 中断控制器处理她的request的方式是不同的。

那是不是每个中断源可以随便设置自己的模式呢？显然不行。（想想， 如果发给大家的都是VIP卡， 那这个VIP卡显然就是普通的卡，被少数人拥有的才是VIP卡）

显然，只有紧急的中断才可以配置成FIQ ， 也就是只有一个中断源才可以配置成FIQ模式，也就是VIP只有一个。

翻译出来是这样：

过程很简单， 2410a两个中断未决寄存器 SRCPND 和 INTPND 。

过程这样：当中断源请求服务后， SRCPND对应set 1 ， 经过仲裁后， 对应的INTPND的bit 会被被置 1 （前提是没有mask这个中断源） ， 如果mask 了， INTPND的对应的bit就不会自动set 1  。

接下来，就取决于CPSR的 F-bit 和 I-bit了，如果他们置1 了，INTPND 也置1 ， 那么就调用中断服务routine ， 否则如果F-bit或者I-bit 是0 ，那么就不会调用中断服务routine 了。

所以 ，从这里就可以看出 SRCPND 和 INTPND 的 关系了： SRCPND set 1 表示中断源产生了request ，

而INTPND 仅仅表示这个中断源没有被mask掉 ，中断控制器可以向CPU发出request了，以上这些都是从interrupt controller的角度来说的， 至于CPU 处不处理（也就是是否调用中断处理routine）就得 看 CPSR 寄存器里面F-bit和I-bit了， 如果都被set成0了， 那么显然CPU是不会鸟 中断控制器的（从英文来看：（If the F-bit of PSR in ARM920T CPU is set to 1, the CPU does not accept the Fast Interrupt Request (FIQ) from the

interrupt controller. Likewise, If I-bit of the PSR is set to 1, the CPU does not accept the Interrupt Request (IRQ) from the interrupt controller. So, the interrupt controller can receive interrupts by clearing F-bit or I-bit of the PSR to 0 and setting the corresponding bit of INTMSK to 0 ， 这里用了 accept ，那就是说 interrupt发了request ，可是CPU 不能accept） 。

 

 

 

可以看出， 2410a的中断控制器 ，总共有5个寄存器 ：SRCPND ， INTMR ， MR ，PRI ，  INTPND

 

可以看出 ， FIQ是不需要仲裁的， 显然从这点可以看出 FIQ 的效率肯定比IRQ高 ，因为FIQ必须要仲裁。

来自中断源的中断请求必须首先在SRCPND 寄存器里面注册一下（即对应的bit 置1） 。

 

这些请求又分为两组， 至于怎么分，就得看 中断模式寄存器了。

 

关于SRCPND 这里面说的很明确了， 就是 只要触发了中断， SRCPND对应的bit就会被自动置1 ， 仅仅表示产生了中断， 等待着被服务（kernel调用interrupt service） 。 而无论INTMASK对应的bit 是否是1 ， SRCPND都会被自动置1 。

这一点 ，上面已经说的很清楚了。

 

 

 

这个说的就是 关于如何清除 SRCPND ， 以及何时清除的问题了， 还有就是如果 你不clear SRCPND相应的bit会导致什么后果：

显然上面说的很清楚了， SRCPND 仅仅表示 中断请求的状态， 如果 kernel都处理了这个中断（调用了中断处理函数） ，就应该告诉 中断控制器（我已经处理完了， 你tmd别烦了）  。

如果没有清除会有什么样的后果： 我想， 中断控制器可不知道kernel已经处理完了这个中断， 还在那里等着kernel去处理呢， 这样kernel也傻了， 就会去反复的处理的这个中断）。

 

打个比方： 一个傻子让妈妈喂饭： “妈妈， 我饿了”（SRCPND 对应bit 置1 ） ， 但是啥子不知道吃多少才能饱（脑子毁掉了，要不怎么啥呢？） 。 妈妈知道喂两碗就行了 。 所以当妈妈喂了两碗之后， 不再喂了（相当于中断处理完毕） 。

然后告诉啥子， 行了 ，饱了（相当于SRCPND 清0） ，啥子相信妈妈的话， only相信妈妈的话 。

否则 ，如果妈妈不说“行了， 吃饱了，不要再吃了”这样的话， 啥子就一个劲的问问“ 妈妈， 我饿，俄” ，结果妈妈（也是个傻妈妈，难怪啥子是遗传的） ，一个劲的喂 ， 结果什么活也干不了了，同时也把傻子儿子撑死了。

 

我怎么会突然想到这么一个比喻， 我真是个天才啊！   --bob

 

 

？对于CPU都是这样的吗？ 就是 interrupt service routine 里面必须清楚中断的标志bit吗？

 

 

又想到一个比喻： 古代奸臣误国，好多正直大臣的奏折并不能被直接传递到皇帝手中 ，比如大奸臣魏忠贤。

魏忠贤好比是中断控制器 ，  皇帝好比是CPU 。

奏章要首先经过魏忠贤的手， 如果魏忠贤屏蔽掉某个大臣的奏章（mask），那么皇帝肯定没有机会看了。

但是假使奏章通过魏忠贤（interrupt controller）传给皇帝了， 可是皇帝是个糊涂蛋， 只知玩乐，误了朝政， 奏折堆积如山（就相当于 F-bit=1，I-bit=1）了。

所以封建国家， 既要有好大臣（狄仁杰，什么奏章都敢上奏，不管是否是弹劾自己的）， 又要有好皇帝（唐太宗，勤于政事）啊。

 

 

当一个中断控制器连接了128个中断源的时候， CPU怎么知道哪个中断源产生了中断呢？继而调用对应的中断处理函数呢？

 

一般的原理都是这样的：

显然，要回答这个问题， 必须要搞清楚， CPU是肯定不知道哪个中断源产生了中断的， 谁知道呢？只有中断控制器才知道的， 那么，CPU就要查询中断控制器就好了。 问题是中断控制器的那个register 的标志bit 被置1 ， 肯定是硬件做的，

知道这些就足够了。

当中断源触发了一个中断的时候， 中断控制器要提供一个寄存器来标志哪个源产生中断， 类似2410 就提供INTPND（32个bit，bit置1 就表示对应的source产生了中断） ，  那么CPU就会读取这个寄存器，以确定中断号（get_irqnr_and_base这是个汇编宏）。 问题在于CPU怎么知道要去读呢？ 显然要中断控制器给CPU发一个IRQ的request ， 这样CPU才会去读（实际上是一段汇编代码）  。

 继而才会调用asm_do_IRQ(irq_number)来处理中断, 继而可以通过irq号找到对应中断的中断描述符（irq descriptor），找到了中断描述符，就找到了，handler ， 然后 调用 ->handler() 就可以处理中断了。

 

 

－－－－－－－－－－－－－－－－－－－未决的疑问  ------------------------

最后 ，回到最开始还有两个问题没搞明白：

2410 的interrupt controller：
1>

这句话“In these interrupt sources,
the UARTn and EINTn interrupts are 'OR'ed to the interrupt controller” 什么意思呢？

另 外， 2410 的中断控制器里面提到了外部中断（通过GPIO的pin脚连进去的， 内部的一些peripherals 也产生interrupt ， 比如DMA controller, the UART, IIC, and others ， 这里的others 指什么呢？

熟悉硬件的朋友， 这里简单说说， 内部的interrupt 外部的interrupt具体区别在哪里呢？

2>

这怎么还分 有sub－register 和没有sub－register的情况呢？ 具体懂硬件的人讲讲啊。

 

 

1.2 中断处理函数是如何被called ？

 

[自己的分析bob]

中断首先是一个硬件行为， 而处理中断呢， 显然又是一个软件行为，作为driver writer only 实现中断处理函数， 并与中断号进行关联也就ok了。那么就引出一个问题？ 当硬件触发中断的时候，怎么调用到中断处理函数的呢？

 

要搞清楚这个问题，就要搞清楚，发生中断的时候 CPU做了什么

 

以arm为例，当产生IRQ请求的时候， CPU做了什么：

1>     处理器切换到特定的中断请求模式（IRQ模式），表明产生了中断。

2>     前一个模式的cpsr被保存到新的模式下的spsr。

3>     PC 指针被保存到新的模式的lr 寄存器

4>     关中断----在cpsr中禁止I-bit ，会立即阻止其他的IRQ产生。

5>     处理器跳转到异常向量表中相应的入口（对于IRQ ， 显然pc=0x18） 。

 

说道这里，就涉及到了异常向量表，这个异常向量表就是软件和CPU的接口。 CPU知道一个source触发了中断，怎么调用执行一些函数（汇编，或者c语言），就是靠异常向量表（事实上，exception vector table 也是由汇编组成的）

 

异常	模式	向量表偏移
复位（reset）	SVC	+0x00
未定义指令	UND	+0x04
软件中断（SWI）	SVC	+0x08
欲取指终止	ABT	+0x0c
数据终止	ABT	+0x10
未分配	--	+0x14
IRQ	IRQ	+0x18
FIQ	FIQ	+0x1c

 

表 arm异常，对应模式及向量表偏移（摘自arm体系结构与编程一书）

 

从这表中， 我们很清楚了， 当触发IRQ的时候， CPU会最后跳入0x18 这个入口 ， 那我们做kernel的人， 只需在这个入口填入自己的指令（当然是汇编语句） ， 来调用 中断处理函数，可能这样。

 

中断-à cpu jump 到0x18 ，同时要把irqno传入相应的寄存器  à  调用一个中断通用处理函数比如叫 asm_do_IRQ(unsigned int irqno)  à asm_do_IRQ() 这个函数根据irqno 就可以找到对应的中断描述符  à 然后调用中断描述符里面的handler（） 了 。

 

 

 

那具体的kernel里面的细节是什么样的呢？ 具体看下面这篇转载的文章即可。代码分析的就比较透彻了， 事实上我们只要上面说的流程，对于driver writer已经足够了。

 

【转载】

那么 当硬件触发中断的时候，  kernel里面的 asm_do_IRQ() 是如何被调用到呢？  

遭到一篇很好的文章：

http://hi.baidu.com/wudx05/blog/item/5314935c834f4e41fbf2c0dc.html