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庖丁解牛 ARM9 中断处理过程

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发表于 2013-11-18 11:20:36 | 显示全部楼层 |阅读模式



这个 2440test里面的中断写的向量有些隐蔽,兜了很多个圈,也难怪这么难理解,下面
就对这个东西抽丝剥茧,看清楚这究竟是一个怎么样的过程。
中断向量
b HandlerIRQ ;handler for IRQ interrupt
很自然,因为所有的单片机都是那样,中断向量一般放在开头,用过单片机的人都会很熟悉
那就不多说了。
异常服务程序
这里不用中断(interrupt)而用异常(exception),毕竟中断只是异常的一种情况,呵呵
下面主要分析的是“中断异常”说白了,就是我们平时单片机里面用的中断!!!所有有器件
引起的中断,例如TIMER中断,UART中断,外部中断等等,都有一个统一的入口,那就是中断
异常 IRQ ! 然后从IRQ的服务函数里面分辨出,当前究竟是什么中断,再跳转到相应的中断
服务程序。这样看来,ARM比单片机要复杂一些了,不过原理是不变的。
上面说的就是思路,跟着这个思路来接着分析。
HandlerIRQ 很明显是一个标号,我们找到了
HandlerIRQ HANDLER HandleIRQ
这里是一个宏定义,我们再找到这个宏,看他是怎么定义的:
MACRO
$HandlerLabel HANDLER $HandleLabel
$HandlerLabel
sub sp,sp,#4 ;decrement sp(to store jump address)
stmfd sp!,{r0} USH the work register to stack(lr does not push because it return to original
address)
ldr r0,=$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} OP the work register and pc(jump to ISR)
MEND
用 HandlerIRQ 将这个宏展开之后得到的结果实际是这样的
HandlerIRQ
sub sp,sp,#4 ;decrement sp(to store jump address)
stmfd sp!,{r0} USH 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} OP the work register and pc(jump to ISR)
至于具体的跳转原理下面再说好了,这样的话就容易看的多了,很明显, HandlerIRQ 还是一个标号,IRQ异常向量就是跳
转到这里执行的,这里粗略看一下,应该是保存现场,然后跳转到真正的处理函数,那么很容易
发现了这么一句 ldr r0,=HandleIRQ ,没错,我们又找到了一个标号 HandleIRQ ,看来真正的处理函数应该是这个 HandleIRQ ,继续寻找
AREA RamData, DATA, READWRITE
^ _ISR_STARTADDRESS ; _ISR_STARTADDRESS=0x33FF_FF00
HandleReset # 4
HandleUndef # 4
HandleSWI # 4
HandlePabort # 4
HandleDabort # 4
HandleReserved # 4
HandleIRQ # 4
最后我们发现在这里找到了 HandleIRQ ,^ 其实就是 MAP ,这段程序的意思是,从 _ISR_STARTADDRESS
开始,预留一个变量,每个变量一个标号,预留的空间为 4个字节,也就是 32BIT,其实这里放的是真正
的C写的处理函数的地址,说白了,就是函数指针 - -
这样做的话就很灵活了

接着,我们需要安装IRQ处理句柄,说白了,就是设置处理函数的地址,让PC指针可以正确的跳转。
于是我们在接着的找到安装句柄的语句

; 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]
说白了就是将 IsrIRQ 的地址填到 HandleIRQ对应的地址里面,前面说了 HandleIRQ 放的是中断处理的函数的入口地址,我们继续找 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}

要理解这个代码,得先学学2440的中断系统了,INTOFFSET存放的是当前中断的偏移号,根据偏移就知道当前是哪个中断源发生的中断。
注意了,我们说的是中断,而不是异常,看看原来的表是啥样子的
^ _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,前面几个是异常,从 HandleEINT0 就是 IRQ异常的向量存放的地方了,这样就可以理解为什么上面 IsrIRQ 里面里面要执行那条指令
ldr r8,=HandleEINT0
add r8,r8,r9,lsl #2
道理很简单, HandleEINT0 就是所有IRQ中断向量表的入口,在这个地址上面,加上一个适当的偏移量,
INTOFFSET ,那么我们知道现在,到底是哪个IRQ在申请中断了。
至于具体怎么跳转的?
首先,我们说了,HandleEINT0 开始的一段内存里面,存放的就是中断服务函数的函数指针,ARM的体系的话,每个指针变量就是占4个字节,这里就解释了,为什么这里为每个标号分配了4个字节的空间,里面放的就是函数指针!!!下面再看看怎么跳转,继续看 IsrIRQ 里面就实现了跳转了
str r8,[sp,#8]
ldmfd sp!,{r8-r9,pc}
其实最核心就是这两句了,先查找到当前中断服务程序的地址,将他放到 R8 里面,然后出栈,弹出给PC
那么PC很自然就跳到中断服务程序了。至于这里的堆栈问题又是一个非常棘手的,需要好好的参透ARM的中断架构,需要了解的可以自己仔细的阅读 《ARM体系结构与编程》里面说的很详细。我们这里的重点是研究怎么跳转。
最后,我们看看在C代码中是怎么安装终端向量的,例如看 按键的外部中断,是怎么具体设置的,参看/src/keyscan.c 里面的代码很简单,里面只有3个函数
KeyScan_Test 是按键测试的主函数
Key_ISR 是按键中断服务函数
在 KeyScan_Test里面,我们发现了有这么一句
pISR_EINT0 = pISR_EINT2 = pISR_EINT8_23 = (U32)Key_ISR;
可以理解否? Key_ISR就是上面提到的按键中断服务函数,函数的名字,代表的就是函数的地址!!!!
将中断服务函数的地址,注意了,是地址,这是一个 U32型的变量。送到几个变量,我们以pISR_EINT0
作为例子,查看头文件定义,在 2440addr.h 里面找到
// Interrupt vector
#define pISR_EINT0 (*(unsigned *)(_ISR_STARTADDRESS+0x20))
_ISR_STARTADDRESS有没有似曾相识的感觉?没错,刚才分析的汇编代码里面就提到了
^ _ISR_STARTADDRESS ; _ISR_STARTADDRESS=0x33FF_FF00
HandleReset # 4
HandleUndef # 4
......
对,地址就是这里,然后 _ISR_STARTADDRESS+0x20 就是跳过前面的异常向量,进入IRQ中断向量的入口
所以说到尾
pISR_EINT0 = (U32)Key_ISR;
完成的操作就是,将 Key_ISR 的地址存放到
HandleEINT0 # 4
这个IRQ向量表里面!!!!
当按键中断发生的时候,发生IRQ异常中断
当前PC值-4 保存到LR_IRQ里面,然后执行
b HandlerIRQ
然后是执行
HandlerIRQ
sub sp,sp,#4 ; 预留一个用来存放PC地址
stmfd sp!,{r0} ; 保存R0,因为下面使用了
ldr r0,=HandleIRQ ; 将HandleIRQ(服务程序)的地址装载到R0
ldr r0,[r0]
str r0,[sp,#4] ; 保存到刚才预留的地方
ldmfd sp!,{r0,pc} ; 弹出堆栈,恢复R0,并且将刚才计算好的 HandleIRQ 地址弹出到 PC
堆栈是向下生长的,所以 SUB SP,SP,#4 就相当于 PUSH XX,但是这个XX这个时候并没有用,因为这里用的是强制移动 SP 指针实现的。然后得到服务程序的地址,再将这个值放回刚才预留的栈的空位上面,最后
就是POP出R0恢复,并且将刚才得到的服务程序的地址送到 PC,那么实现的效果就是跳转到 HandleIRQ 里面了。
接着看刚才是怎么安装的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,这里将 IsrIRQ 的地址的值保存到 HandleIRQ 中,也就是说,上面的 IRQ 服务程序,这个时候实际上就是指 IsrIRQ !
所以接着的事情就是转移到 IsrIRQ 中执行:
IsrIRQ
sub sp,sp,#4 ; 预留一个值来保存PC
stmfd sp!,{r8-r9}
ldr r9,=INTOFFSET ; 计算偏移量,下面解释
ldr r9,[r9]
ldr r8,=HandleEINT0
add r8,r8,r9,lsl #2
ldr r8,[r8]
str r8,[sp,#8] ; 因为保存了2个寄存器R8 R9 ,所以SP下移了8位
ldmfd sp!,{r8-r9,pc} ; 恢复寄存器,弹出到PC,同上面的一样
怎么保存,操作SP,跟最后弹出到PC的部分和上面的例子一样,下面说说中间的计算部分
计算偏移量,其实原理很简单,首先 INTOFFSET 保存着当前是哪个IRQ中断,例如 0代表着 HandleEINT0,1代表HandleEINT1 ..... 等等,这不是乱来,有一个表的,这个是由 S3C2440 的datasheet说的,自己可以去查看。
然后得到 中断处理函数的向量表,这个表的首地址就是 HandleEINT0,那么很自然的想到,怎么查表?那还不简
单?HandleEINT0 + INTOFFSET 不就完了?基地址加偏移量就得到表中某项了,当然,因为这里是中断处理向量每一项占用4个字节,所以用lsl #2处理一下,左移2位相当于乘以4,偏移量乘以4,这应该很好理解的。
我们这个例子找到的就是 HandleEINT0 ,将里面的值读出来,里面放的是 HandleEINT0 服务函数的地址,这个
地址怎么来的?是在C程序里面设置的。我们看 keyscan.c 程序,找到一个 void KeyScan_Test(void) 函数,里面有这么一句:
pISR_EINT0 = pISR_EINT2 = pISR_EINT8_23 = (U32)Key_ISR;
这里是安装了3个按键中断服务程序,我们只关注 0号中断,也就是
pISR_EINT0 = (U32)Key_ISR;
这句话什么意思?先看看pISR_EINT0的定义,在 2440addr.h 中定义
#define pISR_EINT0 (*(unsigned *)(_ISR_STARTADDRESS+0x20))
看到没有?_ISR_STARTADDRESS 不就是刚才说的那个异常向量的入口地址?加上一个 0x20
之后实际上指向的,就是 HandleEINT0 !!!这么说来,上面的意思就是,将 Key_ISR 处理函数的入口地址,送到 HandleEINT0 中。嵌入式学习QQ754634522
再来看 Key_ISR ,这是一个典型的服务程序,加了_irq 作为编译关键字,告诉编译器,这个函数是中断服务程序得保存需要的寄存器,免得被破坏。具体可以参考 《ARM体系结构与编程》P283 页的描述。
static void __irq Key_ISR(void)
{
.......
}
加上 _irq 关键字之后,编译器就会处理好所有的保存动作了,并不需要多关心。但是这个是 ARM-CC 编译器的关键字,GCC中并没有这个东西,所以GCC处理中断的时候最好还是自己保存一下。深圳专业嵌入式ARM、Linux、单片机专业技术实训,学习顾问郭老师:QQ754634522


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