ARM Linux外部中斷處理過程

最近在學(xué)習(xí)arm linux的整套外部中斷的處理過程，在網(wǎng)上匯總了一些資料，整個過程差不多都了解到了。如果沒有這些資料我真是沒信心從匯編開始讀代碼，感謝 奔騰年代的jimmy.lee和 linux論壇的bx_bird。
在下面的的注釋中有一些我讀代碼時遇到的問題，要是大家知道是怎么回事，希望多多回復(fù)。
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一．ARM linux的中斷向量表初始化分析
ARM linux內(nèi)核啟動時，通過start_kernel()->trap_init()的調(diào)用關(guān)系，初始化內(nèi)核的中斷異常向量表．
／* arch/arm/kernel/traps.c */
void __init trap_init(void)
{
extern void __trap_init(unsigned long);
unsigned long base = vectors_base();
__trap_init(base);
if (base != 0)
oopsprintk(KERN_DEBUG "Relocating machine vectors to 0x%08lxn", base);
#ifdef CONFIG_CPU_32
modify_domain(DOMAIN_USER, DOMAIN_CLIENT);
#endif
}
vectors_base是一個宏，它的作用是獲取ARM異常向量的地址，該宏在include/arch/asm-arm/proc-armv/system.h中定義：
extern unsigned long cr_no_alignment; /* defined in entry-armv.S */
extern unsigned long cr_alignment; /* defined in entry-armv.S */
#if __LINUX_ARM_ARCH__ >= 4
#define vectors_base() ((cr_alignment & CR_V) ? 0xffff0000 : 0)
#else
#define vectors_base() (0)
#endif
　　對于ARMv4以下的版本，這個地址固定為0；ARMv4及其以上的版本，ARM異常向量表的地址受協(xié)處理器CP15的c1寄存器(control register)中V位(bit[13])的控制，如果V=1，則異常向量表的地址為0x00000000~0x0000001C；如果V=0,則為:0xffff0000~0xffff001C。（詳情請參考ARM Architecture Reference Manual)
　　下面分析一下cr_alginment的值是在哪確定的，我們在arch/arm/kernel/entry-armv.S找到cr_alignment的定義：
.globl SYMBOL_NAME(cr_alignment)
.globl SYMBOL_NAME(cr_no_alignment)
SYMBOL_NAME(cr_alignment):
.space 4
SYMBOL_NAME(cr_no_alignment):

.space 4
　　分析過head-armv.S文件的朋友都會知道，head-armv.S是非壓縮內(nèi)核的入口：
１ .section ".text.init",#alloc,#execinstr
２ .type stext, #function
３ENTRY(stext)
４ mov r12, r0
５
６ mov r0, #F_BIT | I_BIT | MODE_SVC @ make sure svc mode
７ msr cpsr_c, r0 @ and all irqs disabled
８ bl __lookup_processor_type
９ teq r10, #0 @ invalid processor?
10 moveq r0, #p @ yes, error p
11 beq __error
12 bl __lookup_architecture_type
13 teq r7, #0 @ invalid architecture?
14 moveq r0, #a @ yes, error a
15 beq __error
16 bl __create_page_tables
17 adr lr, __ret @ return address
18 add pc, r10, #12 @ initialise processor
19 @ (return control reg)
20
21 .type __switch_data, %object
22__switch_data: .long __mmap_switched
23 .long SYMBOL_NAME(__bss_start)
24 .long SYMBOL_NAME(_end)
25 .long SYMBOL_NAME(processor_id)
26 .long SYMBOL_NAME(__machine_arch_type)
27 .long SYMBOL_NAME(cr_alignment)
28 .long SYMBOL_NAME(init_task_union)+8192
29
30 .type __ret, %function
31__ret: ldr lr, __switch_data
32 mcr p15, 0, r0, c1, c0
33 mrc p15, 0, r0, c1, c0, 0 @ read it back.
34 mov r0, r0
35 mov r0, r0
36 mov pc, lr
這里我們關(guān)心的是從17行開始，17行code處將lr放置為__ret標(biāo)號處的相對地址，以便將來某處返回時跳轉(zhuǎn)到31行繼續(xù)運行18行,對于我所分析的pxa270平臺，它將是跳轉(zhuǎn)到arch/arm/mm/proc-xscale.S中執(zhí)行__xscale_setup函數(shù)，（在s3c2410平臺中，它跳轉(zhuǎn)到arch/arm/mm/proc-arm920.S，在
type __arm920_proc_info,#object
__arm920_proc_info:
.long 0x41009200
.long 0xff00fff0
.long 0x00000c1e @ mmuflags
b __arm920_setup
.long cpu_arch_name
.long cpu_elf_name
.long HWCAP_SWP | HWCAP_HALF | HWCAP_THUMB
.long cpu_arm920_info
.long arm920_processor_functions
可以知道add pc, r10, #12 的＃12意思是跳過3個指令，執(zhí)行b _arm920_setup
在arm920_setup設(shè)置完協(xié)處理器和返回寄存器r0之后，跳回到__ret:(31行)。
在__xscale_setup中會讀取CP15的control register(c1)的值到r1寄存器，并在r1寄存器中設(shè)置相應(yīng)的標(biāo)志位（其中包括設(shè)置V位＝１），但在__xscale_setup中，r1寄存器并不立即寫回到Cp15的control register中，而是在返回后的某個地方，接下來會慢慢分析到。__xscale_setup調(diào)用move pc, lr指令返回跳轉(zhuǎn)到31行。
　　31行，在lr寄存器中放置__switch_data中的數(shù)據(jù)__mmap_switched，在36行程序會跳轉(zhuǎn)到__mmap_switched處。
　　32，33行，把r0寄存器中的值寫回到cp15的control register(c1)中,再讀出來放在r0中。
　　
　　接下來再來看一下跳轉(zhuǎn)到__mmap_switched處的代碼：
40 _mmap_switched:
41 adr r3, __switch_data + 4
42 ldmia r3, {r4, r5, r6, r7, r8, sp}@ r2 = compat
43 @ sp = stack pointer
44
45 mov fp, #0 @ Clear BSS (and zero fp)
46 1: cmp r4, r5
47 strcc fp, [r4],#4
48 bcc 1b
49
50 str r9, [r6] @ Save processor ID
51 str r1, [r7] @ Save machine type
52 bic r2, r0, #2 @ Clear A bit
53 stmia r8, {r0, r2} @ Save control register values
54 b SYMBOL_NAME(start_kernel)

41~42行的結(jié)果是：r4=__bss_start，r5=__end,...,r8=cr_alignment,..,這里r8保存的是cr_alignment變量的地址．
　　到了53行，由于之前r0保存的是cp15的control register(c1)的值，這里把r0的值寫入r8指向的地址，即cr_alignment=r0．到此為止，我們就看清楚了cr_alignment的賦值過程。
　　
　　讓我們回到trap_init()函數(shù)，經(jīng)過上面的分析，我們知道vectors_base返回0xffff0000。函數(shù)__trap_init由匯編代碼編寫，在arch/arm/kernel/entry-arm.S：
　　　　.align 5
__stubs_start:
vector_IRQ:
　　　　 ...
vector_data:
　　　　....
vector_prefetch:
　　　　 ...
vector_undefinstr:
　　　　 ...
vector_FIQ: disable_fiq
　　　　 subs pc, lr, #4
vector_addrexcptn:
　　　　 b vector_addrexcptn
　　　　...
__stubs_end:
　　　　 .equ __real_stubs_start, .LCvectors + 0x200
.LCvectors: swi SYS_ERROR0
　　　　 b __real_stubs_start + (vector_undefinstr - __stubs_start)
　　　　 ldr pc, __real_stubs_start + (.LCvswi - __stubs_start)
　　　　 b __real_stubs_start + (vector_prefetch - __stubs_start)
　　　　 b __real_stubs_start + (vector_data - __stubs_start)
　　　　 b __real_stubs_start + (vector_addrexcptn - __stubs_start)
　　　　 b __real_stubs_start + (vector_IRQ - __stubs_start)
　　　　 b __real_stubs_start + (vector_FIQ - __stubs_start)
ENTRY(__trap_init)
　　　　stmfd sp!, {r4 - r6, lr} /* 壓棧，保存數(shù)據(jù)*/
　　　　/* 復(fù)制異常向量表(.LCvectors起始的8個地址）到r0指向的地址（異常向量地址），r0就是__trap_init(base)函數(shù)調(diào)用時傳遞的參數(shù)，不明白的請參考ATPCS*/（傳遞參數(shù)順次利用r0，r1，r2，r3）
　　　　adr r1, .LCvectors @ set up the vectors
　　　　ldmia r1, {r1, r2, r3, r4, r5, r6, ip, lr}
　　　　 stmia r0, {r1, r2, r3, r4, r5, r6, ip, lr}
/* 在異常向量地址后的0x200偏移處，放置散轉(zhuǎn)代碼，即__stubs_start~__stubs_end之間的各個異常處理代碼*/
　　　　 add r2, r0, #0x200
　　　　 adr r0, __stubs_start @ copy stubs to 0x200
　　　　 adr r1, __stubs_end
1: ldr r3, [r0], #4
　　　　 str r3, [r2], #4
　　　　 cmp r0, r1
blt 1b
LOADREGS(fd, sp!, {r4 - r6, pc}) /*出棧，恢復(fù)數(shù)據(jù)，函數(shù)__trap_init返回*/
__trap_init函數(shù)填充后的向量表如下：
虛擬地址 異常 處理代碼
0xffff0000 reset swi SYS_ERROR0
0xffff0004 undefined b __real_stubs_start + (vector_undefinstr - __stubs_start)
0xffff0008 軟件中斷 ldr pc, __real_stubs_start + (.LCvswi - __stubs_start)
0xffff000c 取指令異常 b __real_stubs_start + (vector_prefetch - __stubs_start)
0xffff0010 數(shù)據(jù)異常 b __real_stubs_start + (vector_data - __stubs_start)
0xffff0014 reserved b __real_stubs_start + (vector_addrexcptn - __stubs_start)
0xffff0018 irq b __real_stubs_start + (vector_IRQ - __stubs_start)
0xffff001c fiq b __real_stubs_start + (vector_FIQ - __stubs_start)
　　 當(dāng)有異常發(fā)生時，處理器會跳轉(zhuǎn)到對應(yīng)的0xffff0000起始的向量處取指令，然后，通過b指令散轉(zhuǎn)到異常處理代碼．因為ARM中b指令是相對跳轉(zhuǎn)，而且只有+/-32MB的尋址范圍，所以把__stubs_start~__stubs_end之間的異常處理代碼復(fù)制到了0xffff0200起始處．這里可直接用b指令跳轉(zhuǎn)過去，這樣比使用絕對跳轉(zhuǎn)（ldr)效率高。