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[经验] 这可能是最通俗易懂的方式讲解ARM中断原理以及中断嵌套
2017-9-21 21:00:09  5591 ARM 嵌入式系统
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本帖最后由 weidongshan 于 2017-9-27 15:24 编辑

几天前一个学生问我ARM中断嵌套的问题,我才发现原来在我心中理所当然的事对学生来说理解实属不易。
ARM有七种模式,我们这里只讨论SVC、IRQ和FIQ模式。

我们可以假设ARM核心有两根中断引脚(实际上是看不见的),一根叫 irq pin, 一根叫fiq pin。在ARM的cpsr中,有一个I位和一个F位,分别用来禁止IRQ和FIQ。

先不说中断控制器,只说ARM核心。正常情况下,ARM核都只是机械地随着pc的指示去做事情,当CPSR中的I和F位为1时,IRQ和FIQ全部处于禁止状态。无论你在irq pin和fiq pin上面发什么样的中断信号,ARM不会理你,你根本不能打断它,因为它“耳聋”,"眼瞎"了。

当I位和F位为0时,irq pin上有中断信号过来时,就会打断arm的当前工作,并且切换到IRQ模式下,跳到相应的异常向量表(vector)位置去执行代码。这个过程是自动的,但是返回到被中断打断的地方就得您亲自动手。
当你跳到异常向量表,处于IRQ的模式的时候,此时如果irq pin上面又来中断信号,此时ARM是不会理你的,irq pin就像秘书,ARM核心就像老板,老板本来在做事,然后来了一个客户,秘书打断它,让客户进去。而此时再来一个客户,要么秘书不断去敲门问,要么客户走人。老板第一个客户没有会见完,不会理你。

但是有一种情况例外,当ARM处在IRQ模式,这个时候fiq pin来了一个中断信号,fiq pin是什么?快速中断,好比公安局的来查刑事案件,才不管老板是不是在会见客户,直接打断,进入到fiq模式,跳到相应的fiq的异常向量表处去执行代码。那如果当ARM处理FIQ模式,fiq pin又来中断信号,也就是又一批公安来了,那没戏,都是执法人员,你打不断我。如果此时irq pin来了呢?来了也不理,正在办案,还敢来妨碍公务。

所以得出一个结论: IRQ模式只能被FIQ模式打断,FIQ模式下谁也打不断
在打不断的情况下,irq pin 或fiq pin随便你怎么发中断信号,都是白发。
所以除了fiq能打断irq以外,根本没有所谓中断嵌套的情况

但是再怎么说irq pin 和fiq pin加起来也就2根引脚,这么多中断源,怎么办呢?不可能谁来了都直接敲门吧。
接下来该说谁来给irq pin或者 fiq pin发信号。从上文可以看到,可能是老板客户,也可能是公安。在ARM中,这个事情由中断控制器管理。

拿最简单的2410/2440的中断控制器举例,中断控制器加一个子中断控制器,还有一个外部中断控制器管理了50多个中断资源,说穿了有50多个脚。这些脚除了外部中断都是规定了功能的,比如WDT、LCD、DMA等,这个功能不能改,因为2410/2440内部硬件连线已经决定了。

当WDT和DMA中断都到来时,会被送到SRCPND寄存器中,两个中断都在里面,到底把哪一个送给ARM呢?这个时候先看INTMOD,也就是中断模式寄存器:哪个中断被设置成快速中断,哪个就被送上去;如果两个都被设置为快速中断呢?这不可能,因为同一时间只能有一个中断可以被设成快速中断。所以,如果有快速中断,这个时候直接给fiq pin发中断信号,打断ARM。

要是没有快速中断呢,这个时候就看INTMSK,看WDT和DMA有没有被屏蔽,如果DMA在INTMSK被屏蔽,只有WDT继续向上送,如果都没有屏蔽,那么他们两个同时进入优先级寄存器PRIORITY,在这里根据优先级设置,一定会分出一个高一个低的优先级出来,优先级高的那个被送到INTPND寄存器,所以INTPND随时随地有且只有一个中断在里面。只要INTPND里面有中断,irq pin就不会一直不断给ARM发中断信号,当第一次发的时候,中断了ARM,这个时候ARM进入相应的异常向量并处于IRQ模式。


此时,INTPND仍然不断的通过irq pin向ARM发中断信号,但是此时ARM已经处于IRQ模式,不会理睬你。当你中断处理完,要退出IRQ模式,这个时候要小心,如果退出IRQ模式之前不清除INTPND里面的中断位,刚退出IRQ模式,又会被中断,因为INTPND一直在发中断信号。所以在退出IRQ模式前一定要清除INTPND里面的中断位

光清除INTPND里面的位还不行,因为SRCPND里面WDT和DMA的中断在,当你刚清除完INTPND,结果SRCPND里面又选了一个中断出来送到INTPND里面。所以正确的处理方法是退出IRQ模式之前,先清除SRCPND里相应的中断位,再清除INTPND里相应的位。请注意,SRCPND里面可能有多个位,所以清除你已处理过的中断就行,而INTPND里面只可能有一位,直接清掉即可。

再说说Linux的情况。Linux不用FIQ,只用到了IRQ。但是我们有时候一个中断需要处理很长时间,我们需要占用IRQ模式那么长的时间吗?不需要,linux在IRQ模式下只是简单的记录是什么中断,马上切换回SVC模式,换句话说,linux的中断处理都是在SVC模式下处理的。

那么中断号是怎么来的呢?它在ARM上固定死了,相应的中断号只有一个办法得到:查询irqs.h 。先用一个中断号注册一个中断处理程序,当中断发生的时候,Linux怎么知道是我这个中断号发生的中断呢?在处理中断的时候,先读取INTPND,根据需要再读取EINTPEND或SUBSRCPND计算出一个中断号,相应的处理算法在get_irq_nr_base这个宏中。irqs.h中的中断号就是根据这个算法把每个中断号算出来的。


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· 2017-9-28 09:06:56
謝謝指導,受益良多!!
· 2017-10-10 14:21:39
赞一个,在学习韦老师的ARM裸机课程。
· 2017-10-13 00:31:26
韦老师的大作啊
· 2017-10-13 00:32:00
进来学习一下下了,
· 2017-10-13 00:32:34
受益良多的啊,
· 2017-10-16 00:08:01
· 2017-10-16 11:04:04
赞,很强
· 2017-10-24 18:03:22
通俗易懂
· 2017-10-25 19:40:01
好东西啊,谢谢楼主啊
· 2017-10-27 10:45:50
广告1.jpg
· 2017-11-2 11:18:45
写的很好,说出了最重要之点,如果做成其它格式,优化有图形说明更好
· 2017-11-12 20:51:14
写的很好,要是图文并茂就更好了
· 2017-11-21 15:19:17
受益颇多!~!!!
· 2018-7-12 11:02:46
说的挺详细的   虽然有些大神可能觉得很easy 但我估计许多人看了还是会受教的
· 2018-8-10 13:59:31
謝謝指導,受益良多!!

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