超詳細的2440中斷機制分析！
發布時間：2011-3-24 13:47
發布者：techshare
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一直在看2440的中斷處理部分，不懂的實在太多了，百度到這篇文章，實在有聽君一席話，勝養十年豬的感覺啊，下面上文章： 中斷向量 b HandlerIRQ ;handler for IRQ interrupt 很自然，因為所有的單片機都是那樣，中斷向量一般放在開頭，用過單片機的人都會很熟悉,那就不多說了。 異常服務程序 這里不用中斷（interrupt）而用異常（exception），畢竟中斷只是異常的一種情況， 下面主要分析的是“中斷異�！闭f白了，就是我們平時單片機里面用的中斷�。�！所有由器件引起的中斷，例如TIMER中斷，UART中斷，外部中斷等等，都有一個統一的入口，那就是中斷異常 IRQ ! 然后從IRQ的服務函數里面分辨出，當前究竟是什么中斷，再跳轉到相應的中斷服務程序。這樣看來，ARM比單片機要復雜一些了，不過原理是不變的。 上面說的就是思路，跟著這個思路來接著分析。 HandlerIRQ 很明顯是一個標號，我們找到了 HandlerIRQ HANDLER HandleIRQ 這里是一個宏定義，我們再找到這個宏，看他是怎么定義的： MACRO $HandlerLabel HANDLER $HandleLabel $HandlerLabel sub sp,sp,#4 ;decrement sp(to store jump address) stmfd sp!,{r0} ;PUSH the work register to stack(lr does not push because it return to original address) ldr r0,=$HandleLabel ;load the address of HandleXXX to r0 ldr r0,[r0] ;load the contents(service routine start address) of HandleXXX str r0,[sp,#4] ;store the contents(ISR) of HandleXXX to stack ldmfd sp!,{r0,pc} ;POP the work register and pc(jump to ISR) MEND 用 HandlerIRQ 將這個宏展開之后得到的結果實際是這樣的 HandlerIRQ sub sp,sp,#4 ;decrement sp(to store jump address) stmfd sp!,{r0} ;PUSH the work register to stack(lr does not push because it return to original address) ldr r0,=HandleIRQ ;load the address of HandleXXX to r0 ldr r0,[r0] ;load the contents(service routine start address) of HandleXXX str r0,[sp,#4] ;store the contents(ISR) of HandleXXX to stack ldmfd sp!,{r0,pc} ;POP the work register and pc(jump to ISR） 至于具體的跳轉原理下面再說， 好了，這樣的話就容易看的多了，很明顯， HandlerIRQ 還是一個標號，IRQ異常向量就是跳轉到這里執行的，這里粗略看一下，應該是保存現場，然后跳轉到真正的處理函數，那么很容易發現了這么一句 ldr r0,=HandleIRQ ，沒錯，我們又找到了一個標號 HandleIRQ ，看來真正的處理函數應該是這個 HandleIRQ ，繼續尋找 AREA RamData, DATA, READWRITE ^ _ISR_STARTADDRESS ; _ISR_STARTADDRESS=0x33FF_FF00 HandleReset # 4 HandleUndef # 4 HandleSWI # 4 HandlePabort # 4 HandleDabort # 4 HandleReserved # 4 HandleIRQ # 4 最后我們發現在這里找到了 HandleIRQ ，^ 其實就是 MAP ，這段程序的意思是，從 _ISR_STARTADDRESS 開始，預留一個變量，每個變量一個標號，預留的空間為 4個字節，也就是 32BIT，其實這里放的是真正的C寫的處理函數的地址，說白了，就是函數指針 - - 這樣做的話就很靈活了 接著，我們需要安裝IRQ處理句柄，說白了，就是設置處理函數的地址，讓PC指針可以正確的跳轉。 于是我們在接著的找到安裝句柄的語句 ; Setup IRQ handler ldr r0,=HandleIRQ ;This routine is needed ldr r1,=IsrIRQ ;if there is not 'subs pc,lr,#4' at 0x18, 0x1c str r1,[r0] 說白了就是將 IsrIRQ 的地址填到 HandleIRQ對應的地址里面，前面說了 HandleIRQ 放的是中斷處理的函數的入口地址，我們繼續找 IsrIRQ IsrIRQ sub sp,sp,#4 ;reserved for PC stmfd sp!,{r8-r9} ldr r9,=INTOFFSET ldr r9,[r9] ldr r8,=HandleEINT0 add r8,r8,r9,lsl #2 ldr r8,[r8] str r8,[sp,#8] ldmfd sp!,{r8-r9,pc} 要理解這個代碼，得先學學2440的中斷系統了，INTOFFSET存放的是當前中斷的偏移號，根據偏移就知道當前是哪個中斷源發生的中斷。 注意了，我們說的是中斷，而不是異常，看看原來的表是啥樣子的 ^ _ISR_STARTADDRESS ; _ISR_STARTADDRESS=0x33FF_FF00 HandleReset # 4 HandleUndef # 4 HandleSWI # 4 HandlePabort # 4 HandleDabort # 4 HandleReserved # 4 HandleIRQ # 4 HandleFIQ # 4 HandleEINT0 # 4 HandleEINT1 # 4 HandleEINT2 # 4 HandleEINT3 # 4 ....... 可以看到，前面幾個是異常，從 HandleEINT0 就是 IRQ異常的向量存放的地方了，這樣就可以理解為什么上面 IsrIRQ 里面里面要執行那條指令 ldr r8,=HandleEINT0 add r8,r8,r9,lsl #2 道理很簡單， HandleEINT0 就是所有IRQ中斷向量表的入口，在這個地址上面，加上一個適當的偏移量，INTOFFSET ，那么我們知道現在，到底是哪個IRQ在申請中斷了。 至于具體怎么跳轉的？ 首先，我們說了，HandleEINT0 開始的一段內存里面，存放的就是中斷服務函數的函數指針，ARM的體系的話，每個指針變量就是占4個字節，這里就解釋了，為什么這里為每個標號分配了4個字節的空間，里面放的就是函數指針�。�！下面再看看怎么跳轉，繼續看 IsrIRQ 里面就實現了跳轉了 str r8,[sp,#8] ldmfd sp!,{r8-r9,pc} 其實最核心就是這兩句了，先查找到當前中斷服務程序的地址，將他放到 R8 里面，然后出棧，彈出給PC那么PC很自然就跳到中斷服務程序了。至于這里的堆棧問題又是一個非常棘手的，需要好好的參透ARM的中斷架構，需要了解的可以自己仔細的閱讀 《ARM體系結構與編程》里面說的很詳細。我們這里的重點是研究怎么跳轉。 最后，我們看看在C代碼中是怎么安裝終端向量的，例如看 按鍵的外部中斷，是怎么具體設置的，參看/src/keyscan.c 里面的代碼很簡單，里面只有3個函數 KeyScan_Test 是按鍵測試的主函數 Key_ISR 是按鍵中斷服務函數 在 KeyScan_Test里面，我們發現了有這么一句 pISR_EINT0 = pISR_EINT2 = pISR_EINT8_23 = (U32)Key_ISR; 可以理解否？ Key_ISR就是上面提到的按鍵中斷服務函數，函數的名字，代表的就是函數的地址�。。�！ 將中斷服務函數的地址，注意了，是地址，這是一個 U32型的變量。送到幾個變量，我們以pISR_EINT0 作為例子，查看頭文件定義，在 2440addr.h 里面找到 // Interrupt vector #define pISR_EINT0 (*(unsigned *)(_ISR_STARTADDRESS+0x20)) _ISR_STARTADDRESS有沒有似曾相識的感覺？沒錯，剛才分析的匯編代碼里面就提到了 ^ _ISR_STARTADDRESS ; _ISR_STARTADDRESS=0x33FF_FF00 HandleReset # 4 HandleUndef # 4 ...... 對，地址就是這里，然后 _ISR_STARTADDRESS+0x20 就是跳過前面的異常向量，進入IRQ中斷向量的入口，所以說到尾 pISR_EINT0 = (U32)Key_ISR; 完成的操作就是，將 Key_ISR 的地址存放到 HandleEINT0 # 4 這個IRQ向量表里面�。。�！ 當按鍵中斷發生的時候，發生IRQ異常中斷當前PC值-4 保存到LR_IRQ里面，然后執行 b HandlerIRQ 然后是執行 HandlerIRQ sub sp,sp,#4 ; 預留一個用來存放PC地址 stmfd sp!,{r0} ; 保存R0，因為下面使用了 ldr r0,=HandleIRQ ; 將HandleIRQ（服務程序）的地址裝載到R0 ldr r0,[r0] str r0,[sp,#4] ; 保存到剛才預留的地方 ldmfd sp!,{r0,pc} ; 彈出堆棧，恢復R0，并且將剛才計算好的 HandleIRQ 地址彈出到 PC堆棧是向下生長的，所以 SUB SP,SP,#4 就相當于 PUSH XX，但是這個XX這個時候并沒有用，因為這里用的是強制移動 SP 指針實現的。然后得到服務程序的地址，再將這個值放回剛才預留的棧的空位上面，最后就是POP出R0恢復，并且將剛才得到的服務程序的地址送到 PC，那么實現的效果就是跳轉到 HandleIRQ 里面了。 接著看剛才是怎么安裝的HandleIRQ 的 ; Setup IRQ handler ldr r0,=HandleIRQ ;This routine is needed ldr r1,=IsrIRQ ;if there is not 'subs pc,lr,#4' at 0x18, 0x1c str r1,[r0] 可以看出，這里將 IsrIRQ 的地址的值保存到 HandleIRQ 中，也就是說，上面的 IRQ 服務程序，這個時候實際上就是指 IsrIRQ ！ 所以接著的事情就是轉移到 IsrIRQ 中執行： IsrIRQ sub sp,sp,#4 ; 預留一個值來保存PC stmfd sp!,{r8-r9} ldr r9,=INTOFFSET ; 計算偏移量，下面解釋 ldr r9,[r9] ldr r8,=HandleEINT0 add r8,r8,r9,lsl #2 ldr r8,[r8] str r8,[sp,#8] ; 因為保存了2個寄存器R8 R9 ，所以SP下移了8位 ldmfd sp!,{r8-r9,pc} ; 恢復寄存器，彈出到PC，同上面的一樣怎么保存，操作SP，跟最后彈出到PC的部分和上面的例子一樣，下面說說中間的計算部分計算偏移量，其實原理很簡單，首先 INTOFFSET 保存著當前是哪個IRQ中斷，例如 0代表著 HandleEINT0，1代表HandleEINT1 ..... 等等，這不是亂來，有一個表的，這個是由 S3C2440 的datasheet說的，自己可以去查看。 然后得到 中斷處理函數的向量表，這個表的首地址就是 HandleEINT0，那么很自然的想到，怎么查表？那還不簡單？HandleEINT0 + INTOFFSET 不就完了？基地址加偏移量就得到表中某項了，當然，因為這里是中斷處理向量 每一項占用4個字節，所以用lsl #2處理一下，左移2位相當于乘以4，偏移量乘以4，這應該很好理解的。 我們這個例子找到的就是 HandleEINT0 ，將里面的值讀出來，里面放的是 HandleEINT0 服務函數的地址，這個地址怎么來的？是在C程序里面設置的。我們看 keyscan.c 程序，找到一個 void KeyScan_Test(void) 函數， 里面有這么一句： pISR_EINT0 = pISR_EINT2 = pISR_EINT8_23 = (U32)Key_ISR; 這里是安裝了3個按鍵中斷服務程序，我們只關注 0號中斷，也就是 pISR_EINT0 = (U32)Key_ISR; 這句話什么意思？先看看pISR_EINT0的定義，在 2440addr.h 中定義 #define pISR_EINT0 (*(unsigned *)(_ISR_STARTADDRESS+0x20)) 看到沒有？_ISR_STARTADDRESS 不就是剛才說的那個異常向量的入口地址？加上一個 0x20 之后實際上指向的，就是 HandleEINT0 �。�！這么說來，上面的意思就是，將 Key_ISR 處理函數的入口地址，送到 HandleEINT0 中。 再來看 Key_ISR ，這是一個典型的服務程序，加了_irq 作為編譯關鍵字，告訴編譯器，這個函數是中斷服務程序 得保存需要的寄存器，免得被破壞。具體可以參考 《ARM體系結構與編程》P283 頁的描述。 static void __irq Key_ISR(void) { ....... } 加上 _irq 關鍵字之后，編譯器就會處理好所有的保存動作了，并不需要多關心。但是這個是 ARM-CC 編譯器的關鍵字，GCC中并沒有這個東西，所以GCC處理中斷的時候最好還是自己保存一下。 到這里為止，整個中斷的過程就解釋完畢。分析的過程中確實學習了很多。 |
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