ARM處理器s3c2410的中斷異常處理

在進(jìn)入正題之前，我想先把ARM920T的異常向量表（Exception Vectors）做一個(gè)簡(jiǎn)短的介紹。

ARM920T的異常向量表有兩種存放方式，一種是低端存放（從0x00000000處開始存放），另一種是高端存放（從0xfff000000處開始存放）。關(guān)于為什么要分兩種方式進(jìn)行存放這點(diǎn)我將在介紹MMU的文章中進(jìn)行說明,本文采用低端模式。ARM920T能處理有8個(gè)異常，他們分別是：

Reset，Undefined

instruction，Software Interrupt，Abort (prefetch)，Abort

(data)，Reserved，IRQ，F(xiàn)IQ

下面是某個(gè)采用低端模式的系統(tǒng)源碼片段：

/*****************************************************************************

_start:

b

Handle_Reset

b HandleUndef

b HandleSWI

b

HandlePrefetchAbort

b HandleDataAbort

b

HandleNotUsed

b HandleIRQ

b

HandleFIQ

…..

…

..

other

codes

…

..

.

*****************************************************************************/

上面這部分片段一般出現(xiàn)在一個(gè)名叫“head.s”的匯編文件的里，“bHandle_Reset”這條語句就是系統(tǒng)上電之后運(yùn)行的第一條語句。也就是說這部分代碼的二進(jìn)制碼必須位于內(nèi)存的最開始部分（這正是低端存放模式），因?yàn)樯想姾驝PU會(huì)從SDRAM的0x00000000處取第一條指令并執(zhí)行。

Address

Instruct

0x00000000: b

Handle_Reset

0x00000004: b

HandleUndef

0x00000008: b

HandleSWI

0x0000000C: b

HandlePrefetchAbort

0x00000010: b

HandleDataAbort

0x00000014: b

HandleNotUsed

0x00000018: b

HandleIRQ

0x0000001C: b

HandleFIQ

上面是該程序段在系統(tǒng)上電后加載到內(nèi)存后的分布情況，我們可以看到每條指令占用了4個(gè)字節(jié)。上電后，PC指針會(huì)跳轉(zhuǎn)到Handle_Reset處開始運(yùn)行。以后系統(tǒng)每當(dāng)有異常出現(xiàn)，則CPU會(huì)根據(jù)異常號(hào)，從內(nèi)存的0x00000000處開始查表做相應(yīng)的處理，比如系統(tǒng)觸發(fā)了一個(gè)IRQ異常，IRQ為第6號(hào)異常，則CPU將把PC指向0x00000018地址（4*6=24= 0x00000018）處運(yùn)行，該地址的指令是跳轉(zhuǎn)到“中斷異常服務(wù)例程”（HandleIRQ）處運(yùn)行。以上就是我對(duì)異常向量表的一個(gè)簡(jiǎn)單介紹?，F(xiàn)在可以進(jìn)入我們文章的主題 “中斷異常處理”，s3c2410的中斷分快中斷(FIQ)和普通中斷（IRQ）,我們討論的重點(diǎn)是普通中斷（IRQ）。

s3c2410的中斷異常處理模塊總共由以下寄存器構(gòu)成

SRCPND(SOURCE

PENDING REGISTER)

INTMOD(INTERRUPT MODE REGISTER)

INTMSK(INTERRUPT MASK

REGISTER)

PRIORITY( PRIORITY REGISTER)

INTPND(INTERRUPT PENDING

REGISTER)

INTOFFSET(INTERRUPT OFFSET REGISTER)

SUBSRCPND (INTERRUPT SUB

SOURCE PENDING)

INTSUBMSK (INTERRUPT SUB MASK REGISTER）

下面我將講解每個(gè)寄存器在一個(gè)中斷處理流程中所扮演的角色

SRCPND/ SUBSRCPND這兩個(gè)寄存器在功能上是相同的，它們是中斷源引腳寄存器，在一個(gè)中斷異常處理流程中，中斷信號(hào)傳進(jìn)中斷異常處理模塊后首先遇到的就是SRCPND/ SUBSRCPND,這兩個(gè)寄存器的作用是用于標(biāo)示出哪個(gè)中斷請(qǐng)求被觸發(fā)。SRCPND的有效位為32，SUBSRCPND 的有效位為11，它們中的每一位分別代表一個(gè)中斷源。SRCPND為主中斷源引腳寄存器，SUBSRCPND為副中斷源引腳寄存器。

這里列舉出SRCPND的各個(gè)位信息：

每個(gè)位的初始值皆為0。假設(shè)現(xiàn)在系統(tǒng)觸發(fā)了TIMER0中斷，則第10bit將被置1，代表TIMER0中斷被觸發(fā)，該中斷請(qǐng)求即將被處理（若該中斷沒有被屏蔽的話）。SUBSRCPND情況與SRCPND相同，這里就不多講了。

INTMOD寄存器有效位為32位，每一位與SRCPND中各位相對(duì)應(yīng)，它的作用是指定該位相應(yīng)的中斷源處理模式（IRQ還是FIQ）。若某位為0，則該位相對(duì)應(yīng)的中斷按IRQ模式處理，為1則以FIQ模式進(jìn)行處理，該寄存器初始化值為0x00000000,即所有中斷皆以IRQ模式進(jìn)行處理。（詳細(xì)請(qǐng)參考s3c2410操作手冊(cè)）。INTMSK/ INTSUBMSK 寄存器為中斷屏蔽寄存器，INTMSK為主中斷屏蔽寄存器，INTSUBMSK為副中斷屏蔽寄存器。INTMSK有效位為32，INTSUBMSK有效位為11，這兩個(gè)寄存器各個(gè)位與SRCPND和SUBSRCPND分別對(duì)應(yīng)。它們的作用是決定該位相應(yīng)的中斷請(qǐng)求是否被處理。若某位被設(shè)置為1，則該位相對(duì)應(yīng)的中斷產(chǎn)生后將被忽略（CPU不處理該中斷請(qǐng)求），設(shè)置為0則對(duì)其進(jìn)行處理。這兩個(gè)寄存器初始化后的值是0xFFFFFFFF和0x7FF，既默認(rèn)情況下所有的中斷都是被屏蔽的。

到目前為止我們總共講解了SRCPND，INTMOD，INTMSK，SUBSRCPND，INTSUBMSK五個(gè)寄存器，在繼續(xù)講解PRIORITY寄存器之前我們先來看一張圖。

先弄清楚一點(diǎn)，現(xiàn)在要討論的是一個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)的判斷問題。為什么會(huì)有中斷有先級(jí)的問題呢？我們知道CPU某個(gè)時(shí)刻只能對(duì)一個(gè)中斷源進(jìn)行中斷處理，如果現(xiàn)在有3個(gè)中斷同時(shí)發(fā)生了，那CPU要按什么順序處理這個(gè)3個(gè)中斷呢？這正是引入優(yōu)先級(jí)判斷的原因所在，通過優(yōu)先級(jí)判斷，CPU可以按某種順序逐個(gè)處理中斷請(qǐng)求。3sc2410的優(yōu)先級(jí)判斷分為兩級(jí)。

如上圖所示，SRCPND寄存器對(duì)應(yīng)的32個(gè)中斷源總共被分為6個(gè)組，每個(gè)組由一個(gè)ARBITER（0~5）寄存器對(duì)其進(jìn)行管理。中斷必須先由所屬組的ARBITER（0~5）進(jìn)行第一次優(yōu)先級(jí)判斷（第一級(jí)判斷）后再發(fā)往ARBITER6進(jìn)行最終的判斷（第二級(jí)判斷）。ARBITER（0~5）這六個(gè)組的優(yōu)先級(jí)已經(jīng)固定，我們無法改變，也就是說由ARBITER0控制的該組中斷優(yōu)先級(jí)最高（該組產(chǎn)生的中斷進(jìn)行第一級(jí)判斷后永遠(yuǎn)會(huì)以REQ0向ARBITER6傳遞過去）其次是ARBITER1, ARBITER2, ARBITER4, ARBITER4, ARBITER5.我們能夠控制的是某個(gè)組里面各個(gè)中斷的優(yōu)先級(jí)順序。怎么控制？通過PRIORITY寄存器進(jìn)行控制：]

以下是PRIORITY寄存器各個(gè)位的參數(shù)表

從表上我們可以知道PRIORITY寄存器內(nèi)部各個(gè)位被分為兩種類型，一種是ARB_MODE,另一種為ARB_SEL, ARB_MODE類型有5組對(duì)應(yīng)ARBITER（2~6），ARB_SEL類型有7組對(duì)應(yīng)ARBITER（0~6）?，F(xiàn)在我將以ARBITER2為例，講解中斷組與PRIORITY寄存器中ARB_SEL, ARB_MODE之間的相互關(guān)系。

首先我們看到ARBITER2寄存器管理的該組中斷里包括了6個(gè)中斷，分別是INT_TIMER0，INT_TIMER1，INT_TIMER2，INT_TIMER3，INT_TIMER4，INT_UART2，她們的默認(rèn)中斷請(qǐng)求號(hào)分別為REQ0，REQ1，REQ2，REQ3，REQ4，REQ5。我們先看PRIORITY寄存器中的ARB_SEL2，該參數(shù)由兩個(gè)位組成，初始值為00。從該表可以看出00定義了一個(gè)順序0-1-2-3-4-5，這個(gè)順序就是這組中斷組的優(yōu)先級(jí)排列，這個(gè)順序指明了以中斷請(qǐng)求號(hào)為0（REQ0）的INT_TIMER0具有最高的中斷優(yōu)先級(jí)，其次是INT_TIMER1，INT_TIMER2…。假設(shè)現(xiàn)在ARB_SEL2的值被我們?cè)O(shè)置為01。則一個(gè)新的優(yōu)先級(jí)次序?qū)⒈皇褂茫?1對(duì)應(yīng)的優(yōu)先級(jí)次序?yàn)?-2-3-4-1-5，從中可以看出優(yōu)先級(jí)最高和最低的中斷請(qǐng)求和之前沒有變化，但本來處于第2優(yōu)先級(jí)的INT_TIMER1中斷現(xiàn)在變成了第5優(yōu)先級(jí)。從ARB_SEL2被設(shè)置為00,01,10,11各個(gè)值所出現(xiàn)的情況我們可以看出，除最高和最低的優(yōu)先級(jí)不變以外，其他各個(gè)中斷的優(yōu)先級(jí)其實(shí)是在做一個(gè)旋轉(zhuǎn)排列（rotate）。為了達(dá)到對(duì)各個(gè)中斷平等對(duì)待這一目標(biāo)，我們可以讓優(yōu)先級(jí)次序在每個(gè)中斷請(qǐng)求被處理完之后自動(dòng)進(jìn)行一次旋轉(zhuǎn)，如何自動(dòng)讓它旋轉(zhuǎn)呢？我們可以通過ARB_MODE2達(dá)到這個(gè)目的，該參數(shù)只有1個(gè)bit，置1代表開啟對(duì)應(yīng)中斷組的優(yōu)先級(jí)次序旋轉(zhuǎn)，0則為關(guān)閉。事實(shí)上當(dāng)該位置為1之后，每處里完某個(gè)組的一個(gè)中斷后，該組的ARB_SEL便遞增在1（達(dá)到11后恢復(fù)為00）。

現(xiàn)在我們另ARB_MODE2=1，ARB_SEL2=00則當(dāng)前ARBITER2的優(yōu)先級(jí)順序?yàn)?-1-2-3-4-5，假設(shè)現(xiàn)在該組的1號(hào)中斷請(qǐng)求INT_TIMER1和2號(hào)中斷請(qǐng)求INT_TIMER2被同時(shí)觸發(fā)，CPU根據(jù)優(yōu)先級(jí)判斷后決定先把INT_TIMER1中斷向ARBITER6進(jìn)行發(fā)送（在ARBITER6做第最終優(yōu)先級(jí)判斷），接著再向ARBITER6發(fā)送INT_TIMER2中斷。請(qǐng)注意，在INT_TIMER1被處理完畢后，該組中段的優(yōu)先級(jí)次序被自動(dòng)做了一次旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)后ARBITER2的優(yōu)先級(jí)順序變?yōu)?-2-3-4-1-5。假設(shè)之后某個(gè)時(shí)刻該組的INT_TIMER1和INT_TIMER2又被同時(shí)觸發(fā)，則此時(shí)CPU優(yōu)先處理的會(huì)是INT_TIMER2。若我們另ARB_MODE2=0，則改組的中斷優(yōu)先級(jí)次序在任何情況下都不做任何改變，除非我們?nèi)藶榈刂匦略O(shè)置了ARB_SEL2的值。

INTPND寄存器可能是整個(gè)中斷處理過程中我們要特別注意的一個(gè)寄存器了，他的操作比較特別，怎么特別？請(qǐng)聽我慢慢道來.

先看一下該寄存器各位詳細(xì)功能列表

正如你所見的，INTPND寄存器與SRCPND長(zhǎng)得一模一樣，但他們?cè)谥袛喈惓Ｌ幚碇袇s扮演著不同的角色，如果說SRCPND是中斷信號(hào)進(jìn)入中斷處理模塊后所經(jīng)過的第一個(gè)場(chǎng)所的話，那么INTPND則是中斷信號(hào)在中斷處理模塊里經(jīng)歷的最后一個(gè)寄存器。它的每個(gè)位對(duì)應(yīng)一個(gè)中斷請(qǐng)求，若該位被置1，則表示相應(yīng)的中斷請(qǐng)求被觸發(fā)，描述到這里你可能會(huì)發(fā)現(xiàn)它不僅和SRCPND長(zhǎng)得一模一樣，就連功能都一樣，其實(shí)不然，他們?cè)诠δ苌嫌兄卮蟮膮^(qū)別。SRCPND是中斷源引腳寄存器，某個(gè)位被置1表示相應(yīng)的中斷被觸發(fā)，但我們知道在同一時(shí)刻內(nèi)系統(tǒng)可以觸發(fā)若干個(gè)中斷，只要中斷被觸發(fā)了，SRCPND的相應(yīng)位便被置1，也就是說SRCPND在同一時(shí)刻可以有若干位同時(shí)被置1，然而INTPND則不同，他在某一時(shí)刻只能有1個(gè)位被置1，INTPND某個(gè)位被置1（該位對(duì)應(yīng)的中斷在所有已觸發(fā)的中斷里具有最高優(yōu)先級(jí)且該中斷沒有被屏蔽），則表示CPU即將或已經(jīng)在對(duì)該位相應(yīng)的中斷進(jìn)行處理。于是我們可以有一個(gè)總結(jié)：SRCPND說明了有什么中斷被觸發(fā)了，INTPND說明了CPU即將或已經(jīng)在對(duì)某一個(gè)中斷進(jìn)行處理。

特別注意：每當(dāng)某一個(gè)中斷被處理完之后，我們必須手動(dòng)地把SRCPND/SUBSRCPND , INTPND三個(gè)寄存器中與該中斷相應(yīng)的位由1設(shè)置為0，剛才我說INTPND的操作很特別，它的特別之處就在于對(duì)當(dāng)我們要把該寄存器中某個(gè)值為1的位設(shè)置為0時(shí)，我們不是往該位置0，而是往該位置1。假設(shè)SRCPND=0x00000003，INTPND=0x00000001,該值說明當(dāng)前0號(hào)中斷和1號(hào)中斷被觸發(fā)，但當(dāng)前正在被處理的是0號(hào)中斷，處理完畢后我們應(yīng)該這樣設(shè)置INTPND和SRCPND：

SRCPND=0x00000002

//位0被置為0

INTPND =0x00000001

//位0被置為0（方法是往該位寫入1）

INTOFFSET寄存器的功能則很簡(jiǎn)單，它的作用只是用于表明哪個(gè)中斷正在被處理。下面是該寄存器各位詳細(xì)功能列表

若當(dāng)前INT_TIMER0被觸發(fā)了，則該寄存器的值為10，以此類推。

現(xiàn)在我把整個(gè)中斷流程用一個(gè)圖加以說明

以上這個(gè)圖清楚地說明了一個(gè)中斷異常處理流程。

下面我用INT_TIMER0,INT_TIMER2和INT_UART0三個(gè)中斷完整地介紹一次中斷異常處理。首先我們得做幾個(gè)假設(shè)：

假設(shè)1：這三個(gè)中斷的屏蔽被取消。

假設(shè)2：PRIORITY寄存器中ARB_MODE2，ARB_MODE5皆為0，既不進(jìn)行優(yōu)先級(jí)的自動(dòng)旋轉(zhuǎn)排序，任何時(shí)候ARBITER2，ARBITER5控制的中斷組優(yōu)先級(jí)次序分別為0-1-2-3-4-5和1-2-3-4。

假設(shè)3：這三個(gè)中斷皆為IRQ類型。

假設(shè)4：這三個(gè)中斷同時(shí)被觸發(fā)。

INT_TIMER0, INT_TIMER2和INT_UART0三個(gè)中斷被同時(shí)觸發(fā)，此時(shí)三個(gè)中斷信號(hào)流向SRCPND寄存器，使該寄存器中的第10位，12位，28位被置為1，中斷信號(hào)繼續(xù)向前流經(jīng)INTMASK寄存器，這三個(gè)中斷都沒有被屏蔽，于是信號(hào)進(jìn)一步流經(jīng)INTMODE寄存器，這三個(gè)中斷皆為IRQ類型，故中斷信號(hào)繼續(xù)向前流向PRIORITY寄存器，經(jīng)過優(yōu)先級(jí)判斷，INT_TIMER0中斷信號(hào)使INTPND 寄存器的第10位置1（INT_TIMER0優(yōu)先級(jí)最高），此時(shí)INTOFFSET 寄存器的值為10，CPU轉(zhuǎn)向相應(yīng)的中斷服務(wù)例程進(jìn)行處理。處理完畢后，我們的程序?qū)NTPND和SRCPND的第10置為0，至此INT_TIMER0中斷處理完畢。此時(shí)SRCPND 的第12位，28位仍為1（這兩個(gè)中斷請(qǐng)求未被處理），故他們會(huì)繼續(xù)被CPU已剛才描述的方式進(jìn)行處理。