ARM的中断和时钟中断

ARM核的中断支持

重点引用了这篇文章：

~radetzki/Seminar06/08_report.pdf

ARM处理器有7种操作模式

User (usr)	Normal program execution mode
FIQ (fiq)	Fast data processing mode
IRQ (irq)	For general purpose interrupts
Supervisor (svc)	A protected mode for the operating system
Abort (abt)	A protected mode for the operating system
Undefined (und)	For undefined instructions
System (sys	Operating system privileged mode

ARM的寄存器根据不同的工作模式而不同，比如在user模式下有R0到R15等16个寄存器，其中R0到R12是通用寄存器，R13是栈寄存器，R15是PC寄存器（存正在执行的下一条指令），R14是subroutine link register。R16是CPSR（current program status register），这个寄存器被所有的模式共享，并且在模式切换的时候发挥主导作用。SPSR寄存器用来做CPSR的备份，全名叫Saved Program Status Register。 

Subroutine Link Register用来返回PC指针到合适的位置，当异常发生时，基于当前PC指针和异常类型给它赋值。某些情况下它应该存储异常处理结束后返回的指令，而在某些情况下，它会返回一两个指令之前的部分。例如内存访问异常，当异常处理完成后，PC会指向同样的指令来重新尝试同一个内存位置。

另外ARM寄存器有一种Banked机制，它会在不同的模式使用不同的替补寄存器。。。但是场上一直都是16个队员（寄存器）。比如每个状态都有不同的物理寄存器来打“SPSR”这个位置。这样就会使模式之间的切换更快，开销更小。因此所有寄存器加起来有37个。如图所示：

异常和中断

ARM里定义能挂起所有当前执行指令的就是异常，所以中断其实是异常的一种。每一个异常都有一个处理程序，并且都会导致ARM核进入一个模式。异常有如下几种，后面是处理异常时进入的模式

异常	模式
Fast Interrupt Request	FIQ
Interrupt Request	IRQ
SWI and RESET	SVC
Instruction fetch or memory access failure	ABT
Undefined Instruction	UND

中断分两种：外部和内部，外部的是硬件中断，分别是IRQ和FIQ，内部的是软件中断，是SWI。
所以可以看出ARM处理中断的模式有三个：SVC、IRQ和FIQ模式。

中断是如何分配的？

SWI用来进行系统调用

IRQ用来进行一般中断如时钟

FIQ保留给需要快速响应的设备如DMA

每个支持中断的系统都必须考虑两个问题，第一是如何处理多个中断？第二是如何减少中断延迟？

总的来说有两个方法：中断优先级和中断嵌套。将二者排列组合，有一些处理策略：

非嵌套不带优先级

非嵌套带优先级

嵌套不带优先级

嵌套带优先级

ARM核提供了各种策略实现的可能性，系统设计者可以在硬件实现，比如在中断控制器；也可以在软件实现，比如Linux。

ARM+Linux的中断处理

在ARM的CPSR中，有一个I位和一个F位，分别用来屏蔽IRQ和FIR，软件可以用指令来设置CPSR已开关中断。
关于IRQ和FIR的逻辑是：IRQ不能打断IRQ，只有FIR能打断IRQ，而且一段时间只能存在一个FIR。所以这是一个很简单的优先级带嵌套的处理策略。
而Linux没有FIR，只有IRQ。所以ARM+Linux是非嵌套并不带优先级的策略。linux在IRQ模式下只是简单的记录是什么中断，马上就切换回了SVC模式，换句话说，Ｌinux的中断处理都是在SVC模式下处理的。

关于时钟中断

时钟中断是由可编程定时/计数器产生的，比如8253或8254芯片，它有一个输入脉冲，有三个输出脉冲，第一个输出脉冲接到中断控制器上，形成时钟中断。在PC上，计时器和时钟中断是两个概念，计时器是CMOS芯片，而时钟中断是有8253产生的。时钟中断的时间精度需要矫正，所以Linux有一个TSC计数器，64位的，用来矫正时间。

详细的需要参考:

http://blog.csdn.net/wdzxl198/article/details/8874859

中断执行后，必然进行任务调度，这样，时钟中断就有了“心跳”的意义。Linux时钟中断是100次每秒，心跳频率。时钟中断提供了一切跟时间相关的所有信息包括系统时间、进程的时间片、延时、使用CPU的时间、各种定时器，进程更新后的时间片为进程调度提供依据。