理解ARM中斷原理以及中斷嵌套

學(xué)習(xí)于韋東山

ARM有七種模式，我們這里值討論SVC、IRQ和FIQ模式

usr(用戶模式)、fiq(快速中斷模式)、irq(中斷模式)、svc(管理模式)、abt(數(shù)據(jù)訪問終止模式)、sys(系統(tǒng)模式)、und(未定義指令中止模式)

① 我們假設(shè)ARM核心有兩根中斷引腳(實際上是看不見的)，一根叫irq pin，一根叫fiq pin。在ARM的cpsr中，有一個I位和一個F位，分別用來禁止IRQ和FIQ

② 先不說中斷控制器，只說ARM核心。正常情況下，ARM核都只是機(jī)械地隨著pc的指示去做事情，當(dāng)CPSR中的I和F位為1時，IRQ和FIQ全部處于禁止?fàn)顟B(tài)。無論你在irq pin和fiq pin上面發(fā)什么樣的中斷信號，ARM不會理你，你根本不能打斷它，因為它“耳聾”，”眼瞎”了。 ③ 當(dāng)I位和F位為0時，irq pin上有中斷信號過來時，就會打斷arm的當(dāng)前工作，并且切換到IRQ模式下，跳到相應(yīng)的異常向量表（vector)位置去執(zhí)行代碼。這個過程是自動的，但是返回到被中斷打斷的地方就得您親自動手。 ④ 當(dāng)你跳到異常向量表，處于IRQ的模式的時候，此時如果irq pin上面又來中斷信號，此時ARM是不會理你的，irq pin就像秘書，ARM核心就像老板，老板本來在做事，然后來了一個客戶，秘書打斷它，讓客戶進(jìn)去。而此時再來一個客戶，要么秘書不斷去敲門問，要么客戶走人。老板第一個客戶沒有會見完，是不會理你的。 ⑤ 但是有一種情況例外，當(dāng)ARM處在IRQ模式，這個時候fiq pin來了一個中斷信號，fiq pin是什么？ 快速中斷，好比公安局的來查刑事案件，才不管老板是不是在會見客戶，直接打斷，進(jìn)入到fiq模式，跳到相應(yīng)的fiq的異常向量表處去執(zhí)行代碼。那如果當(dāng)ARM處理FIQ模式，fiq pin又來中斷信號，也就是又一批公安來了，那沒戲，都是執(zhí)法人員，你打不斷我。如果此時irq pin來了呢？來了也不理，正在辦案，還敢來妨礙公務(wù)。 結(jié)論： IRQ模式只能被FIQ模式打斷，F(xiàn)IQ模式下誰也打不斷。

在打不斷的情況下，irq pin 或fiq pin隨便你怎么發(fā)中斷信號，都是白發(fā)。
除了fiq能打斷irq以外，根本沒有所謂中斷嵌套的情況。

但是再怎么說irq pin 和fiq pin加起來也就2根引腳，這么多中斷源，怎么辦呢？不可能誰來了都直接敲門吧。 接下來該說誰來給irq pin或者 fiq pin發(fā)信號。從上文可以看到，可能是老板客戶，也可能是公安。在ARM中，這個事情由中斷控制器管理。 Ⅰ、拿最簡單的2410/2440的中斷控制器舉例，中斷控制器加一個子中斷控制器，還有一個外部中斷控制器管理了50多個中斷資源，說穿了有50多個腳。這些腳除了外部中斷都是規(guī)定了功能的，比如WDT、LCD、DMA等，這個功能不能改，因為2410/2440內(nèi)部硬件連線已經(jīng)決定了。 Ⅱ、當(dāng)WDT和DMA中斷都到來時，會被送到SRCPND寄存器中，兩個中斷都在里面，到底把哪一個送給ARM呢？這個時候先看INTMOD，也就是中斷模式寄存器：哪個中斷被設(shè)置成快速中斷，哪個就被送上去；如果兩個都被設(shè)置為快速中斷呢？這不可能，因為同一時間只能有一個中斷可以被設(shè)成快速中斷。所以，如果有快速中斷，這個時候直接給fiq pin發(fā)中斷信號，打斷ARM。 Ⅲ、要是沒有快速中斷呢，這個時候就看INTMSK，看WDT和DMA有沒有被屏蔽，如果DMA在INTMSK被屏蔽，只有WDT繼續(xù)向上送，如果都沒有屏蔽，那么他們兩個同時進(jìn)入優(yōu)先級寄存器PRIORITY，在這里根據(jù)優(yōu)先級設(shè)置，一定會分出一個高一個低的優(yōu)先級出來，優(yōu)先級高的那個被送到INTPND寄存器，所以INTPND隨時隨地有且只有一個中斷在里面。只要INTPND里面有中斷，irq pin就不會一直不斷給ARM發(fā)中斷信號，當(dāng)?shù)谝淮伟l(fā)的時候，中斷了ARM，這個時候ARM進(jìn)入相應(yīng)的異常向量并處于IRQ模式。 Ⅳ、此時，INTPND仍然不斷的通過irq pin向ARM發(fā)中斷信號，但是此時ARM已經(jīng)處于IRQ模式，不會理睬你。當(dāng)你中斷處理完，要退出IRQ模式，這個時候要小心，如果退出IRQ模式之前不清除INTPND里面的中斷位，剛退出IRQ模式，又會被中斷，因為INTPND一直在發(fā)中斷信號。所以在退出IRQ模式前一定要清除INTPND里面的中斷位。 Ⅴ、光清除INTPND里面的位還不行，因為SRCPND里面WDT和DMA的中斷在，當(dāng)你剛清除完INTPND，結(jié)果SRCPND里面又選了一個中斷出來送到INTPND里面。所以正確的處理方法是退出IRQ模式之前，先清除SRCPND里相應(yīng)的中斷位，再清除INTPND里相應(yīng)的位。請注意，SRCPND里面可能有多個位，所以清除你已處理過的中斷就行，而INTPND里面只可能有一位，直接清掉即可。 再說說Linux的情況。 一、Linux不用FIQ，只用到了IRQ。但是我們有時候一個中斷需要處理很長時間，我們需要占用IRQ模式那么長的時間嗎？不需要，linux在IRQ模式下只是簡單的記錄是什么中斷，馬上切換回SVC模式，換句話說，linux的中斷處理都是在SVC模式下處理的。 二、那么中斷號是怎么來的呢？它在ARM上固定死了，相應(yīng)的中斷號只有一個辦法得到：查詢irqs.h 。先用一個中斷號注冊一個中斷處理程序，當(dāng)中斷發(fā)生的時候，Linux怎么知道是我這個中斷號發(fā)生的中斷呢？在處理中斷的時候，先讀取INTPND，根據(jù)需要再讀取EINTPEND或SUBSRCPND計算出一個中斷號，相應(yīng)的處理算法在get_irq_nr_base這個宏中。irqs.h中的中斷號就是根據(jù)這個算法把每個中斷號算出來的。