中断子系统1_中断子系统初始化

转：http://blog.csdn.net/nerdx/article/details/13612645

//  控制单元对中断信号的处理：
//      当cpu执行一条指令后，cs和eip包含下一条要执行的指令的逻辑地址，在处理那条指令之前，
//      控制单元会检查在运行前一条指令时是否发生了一个中断或异常，如果发生了一个中断或异常，
//      控制单元执行下列操作：
//          1.确定与中断或异常关联的向量i
//          2.读入由idtr寄存器指向的IDT表中的第i项
//          3.从gdtr寄存器获得GDT的基地址，并在GDT中查找，以读取IDT表项中的选择符所标识的段描述符。
//              这个描述符指定中断或异常处理程序的基地址
//          4.权限和安全性检查
//          5.检查是否发生了特权级的变化，也就是说，CPL是否不同于所选择的段描述符的DPL，如果是，
//          控制单元必须开始使用与新的特权级相关的栈。
//              5.1 读入tr寄存器，以访问运行进程的TSS段
//              5.2 用与新特权级相关的栈段和栈指针的正确值装在ss和esp，这些值可以在tss中找到。
//              5.3 在新的栈中保存ss和esp以前的值，这些值定义了与旧特权级相关的栈的逻辑地址。
//          6.如果故障已发生，用引起异常的指令地址装载cs和eip寄存器，从而使得这条指令能再次被执行。
//          7.在栈中保存eflags，cs，及eip的内容。
//          8.如果异常产生了一个硬件出错码，则将其保存在栈中。
//          9.装载cs和eip寄存器，其值分别时IDT表中第i项门描述符的段选择符和偏移量字段。这些值给出了
//          中断或者异常处理程序的第一条指令地址。
//          10.由中断处理程序，执行中断处理。
//          11.中断或异常处理完毕后，相应的处理程序必须产生一条iret指令，把控制权转交给被中断的程序，
//          迫使控制单元：
//              11.1 用保存在栈中的值装载cs、eip或eflags寄存器。
//              11.2 检查处理程序的CPL是否等于cs中最低两位的值(这意味着被中断的进程与处理程序运行在
//              同一特权级)，如果是，iret终止执行；否则，转入下一步
//              11.3 从栈中装载ss和esp寄存器，因此返回到与旧特权级相关的栈。


//  中断向量：
//      1.每个中断和异常是由0~255之间的一个数来标识的，intel将这个8位的无符号整数叫做一个向量。
//      2.中断向量是Intel从IA-32 CPU角度看到的中断信号划分；中断号则是Linux系统对外部中断的号码分配。
//          当外设把中断信号递送给PIC时，与之关联的是一个“中断号”（每个中断号对应一条中断线，从软件的角度来看，这两个术语可以混用）；
//          当PIC把这个中断信号发送给CPU时，与之关联的是一个“中断向量”。
//      3.通常，不可屏蔽中断和异常的中断向量是固定的，而可屏蔽中断的中断向量则可以对中断控制器进行编程来改变。
//      4.i386 CPU的256个中断向量是这样分配的:
//          4.1 0~31这一共32个向量用于异常和不可屏蔽中断。
//          4.2 32~47这一共16个向量用于可屏蔽中断，分别对应于主、从8259A中断控制器的IRQ输入线
//          4.3 剩余的48~255用于标识软中断
//      5.Linux全部使用了0~47之间的向量。但对于48－255之间的软中断向量，Linux只使用了其中的一个，即用于实现系统调用的中断向量128（0x80）。
//          当用户态下的进程执行一条int 0x80汇编指令时，CPU切换到内核态，以服务于系统调用。

//  i386的IDT
//      i386 CPU的IDT表一共有256项，分别对应每一个中断向量。每一个表项就是一个中断描述符，用以描述相对应的中断向量，中断向量就是该描述符
//      在IDT中的索引，每一个中断描述符的大小都是8个字节。根据INTEL的术语，中断描述符也称为“门（Gate）”。


//  IDT表
//      idt_table首地址保存在idt寄存器中
1.1 struct desc_struct idt_table[256] __attribute__((__section__(".data.idt"))) = { {0, 0}, };

//  CPU异常初始化
//  调用路径：   start_kernel->trap_init
//  函数主要任务：
//      1.初始化apic控制器
//      2.注册0~19号异常、中断的处理函数，128号系统调用处理程序
//      3.注册系统调用的处理函数
//      4.cpu的初始化

//  内核源码：arch/x86/kernel/traps.c
//            arch/x86/kernel/entry_32.S
1.2 void __init trap_init(void)
{
    //cpu内部apic控制器
    init_apic_mappings();
    //初始化中断、异常、陷阱门描述符
    set_trap_gate(0,÷_error);
    set_intr_gate(1,&debug);
    //不可屏蔽中断
    set_intr_gate(2,&nmi);
    //系统中断门
    set_system_intr_gate(3, &int3);
    //系统门
    set_system_gate(4,&overflow);
    set_system_gate(5,&bounds);
    //陷阱门
    set_trap_gate(6,&invalid_op);
    set_trap_gate(7,&device_not_available);
    set_task_gate(8,GDT_ENTRY_DOUBLEFAULT_TSS);
    set_trap_gate(9,&coprocessor_segment_overrun);
    set_trap_gate(10,&invalid_TSS);
    set_trap_gate(11,&segment_not_present);
    set_trap_gate(12,&stack_segment);
    set_trap_gate(13,&general_protection);
    //缺页中断
    set_intr_gate(14,&page_fault);
    set_trap_gate(15,&spurious_interrupt_bug);
    set_trap_gate(16,&coprocessor_error);
    set_trap_gate(17,&alignment_check);
    set_trap_gate(19,&simd_coprocessor_error);
    //系统调用描述符
    set_system_gate(SYSCALL_VECTOR,&system_call);
    //cpu相关的初始化
    cpu_init();
}


//  set_XXX_gate的设置异常处理函数地址
//      intr_gate、trap_gate区别在于DPL不同

//  设置中断门描述符
//  函数主要任务：
//      在IDT表的第n个表项插入一个中断门
//          1.1 门中的段选择子设置为内核代码段的段选择子
//          1.2 偏移量设置为中断处理程序的地址addr
//          1.3 DPL字段设置为0
1.3 void set_intr_gate(unsigned int n, void *addr)
{
    _set_gate(idt_table+n,14,0,addr,__KERNEL_CS);
}


//  第一个外设中断（即8259A的IRQ0）所对应的中断向量
#define FIRST_EXTERNAL_VECTOR 0x20
//  系统调用的中断向量
#define SYSCALL_VECTOR 0x80

//  中断初始化
//  调用路径：start_kernel->init_IRQ
//  函数主要任务：
//      1.初始化中断描述符的中断控制器
//      2.初始化20~255号中断的入口处理函数
//      3.添加体系结构特定的门
//      4.初始化时钟中断
//      5.初始化当前cpu的中断栈
2.1 void __init init_IRQ(void)
{
    int i;

    //建立中断描述符与中断控制器的联系
    pre_intr_init_hook();

    //设置20~255号中断的入口函数
    for (i = 0; i < (NR_VECTORS - FIRST_EXTERNAL_VECTOR); i++) {
        //从第一个外部中断开始
        int vector = FIRST_EXTERNAL_VECTOR + i;
        if (i >= NR_IRQS)
            break;
        //中断门描述符
        if (vector != SYSCALL_VECTOR)
            set_intr_gate(vector, interrupt[i]);
    }
    //添加体系结构特定的门
    intr_init_hook();
    //初始化时钟中断
    setup_pit_timer();
    //初始化当前cpu的中断栈
    irq_ctx_init(smp_processor_id());
}
//  中断描述符(IRQn描述符)
//      i8259a使用0~15号IRQ
2.2 struct irqdesc irq_desc[NR_IRQS];

//  中断描述符初始化
//  函数主要任务：
//      1.禁用所有IRQ
//      2.0~15号IRQ关联i8259a中断控制器
//  注：
//      中断关闭嵌套，当depth=0时，中断开启。
2.3 void __init init_ISA_irqs (void)
{
    int i;
    //初始化cpu的apic
    init_bsp_APIC();
    //初始化8259a中断控制器
    init_8259A(0);
    //8259使用的中断号(IRQn)
    for (i = 0; i < NR_IRQS; i++) {
        //初始化时，所有irq关闭
        irq_desc[i].status = IRQ_DISABLED;
        //没有驱动注册中断处理例程
        irq_desc[i].action = NULL;
        //嵌套深度为1的关闭状态
        irq_desc[i].depth = 1;
        //0~16号irq，关联i8259a中断控制器
        if (i < 16) {
            irq_desc[i].handler = &i8259A_irq_type;
        } else {
            // >16的pci中断，按需分配
            irq_desc[i].handler = &no_irq_type;
        }
    }
}