ARM Linux系統(tǒng)調(diào)用的原理

Unix系統(tǒng)通過向內(nèi)核發(fā)出系統(tǒng)調(diào)用（systemcall）實(shí)現(xiàn)了用戶態(tài)進(jìn)程和硬件設(shè)備之間的大部分接口。系統(tǒng)調(diào)用是操作系統(tǒng)提供的服務(wù)，用戶程序通過各種系統(tǒng)調(diào)用，來引用內(nèi)核提供的各種服務(wù)，系統(tǒng)調(diào)用的執(zhí)行讓用戶程序陷入內(nèi)核，該陷入動(dòng)作由swi軟中斷完成。

應(yīng)用編程接口（API）與系統(tǒng)調(diào)用的不同在于，前者只是一個(gè)函數(shù)定義，說明了如何獲得一個(gè)給定的服務(wù)，而后者是通過軟件中斷向內(nèi)核發(fā)出的一個(gè)明確的 請(qǐng)求。POSIX標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)API，而不針對(duì)系統(tǒng)調(diào)用。Unix系統(tǒng)給程序員提供了很多API庫函數(shù)。libc的標(biāo)準(zhǔn)c庫所定義的一些API引用了封裝例程 （wrapper routine）(其唯一目的就是發(fā)布系統(tǒng)調(diào)用)。通常情況下，每個(gè)系統(tǒng)調(diào)用對(duì)應(yīng)一個(gè)封裝例程，而封裝例程定義了應(yīng)用程序使用的API。反之則不然，一個(gè) API沒必要對(duì)應(yīng)一個(gè)特定的系統(tǒng)調(diào)用。從編程者的觀點(diǎn)看，API和系統(tǒng)調(diào)用之間的差別是沒有關(guān)系的：唯一相關(guān)的事情就是函數(shù)名、參數(shù)類型及返回代碼的含 義。然而，從內(nèi)核設(shè)計(jì)者的觀點(diǎn)看，這種差別確實(shí)有關(guān)系，因?yàn)橄到y(tǒng)調(diào)用屬于內(nèi)核，而用戶態(tài)的庫函數(shù)不屬于內(nèi)核。

大部分封裝例程返回一個(gè)整數(shù)，其值的含義依賴于相應(yīng)的系統(tǒng)調(diào)用。返回-1通常表示內(nèi)核不能滿足進(jìn)程的請(qǐng)求。系統(tǒng)調(diào)用處理程序的失敗可能是由無效參數(shù) 引起的，也可能是因?yàn)槿狈捎觅Y源，或硬件出了問題等等。在libc庫中定義的errno變量包含特定的出錯(cuò)碼,每個(gè)出錯(cuò)碼定義為一個(gè)常量宏。

當(dāng)用戶態(tài)的進(jìn)程調(diào)用一個(gè)系統(tǒng)調(diào)用時(shí)，CPU切換到內(nèi)核態(tài)并開始執(zhí)行一個(gè)內(nèi)核函數(shù)。因?yàn)閮?nèi)核實(shí)現(xiàn)了很多不同的系統(tǒng)調(diào)用，因此進(jìn)程必須傳遞一個(gè)名為系統(tǒng) 調(diào)用號(hào)（system call number）的參數(shù)來識(shí)別所需的系統(tǒng)調(diào)用。所有的系統(tǒng)調(diào)用核都返回一個(gè)整數(shù)值。這些返回值與封裝例程返回值的約定是不同的。在內(nèi)中，整數(shù)或0表示系統(tǒng)調(diào) 用成功結(jié)束，而負(fù)數(shù)表示一個(gè)出錯(cuò)條件。在后一種情況下，這個(gè)值就是存放在errno變量中必須返回給應(yīng)用程序的負(fù)出錯(cuò)碼。

ARM Linux系統(tǒng)利用SWI指令來從用戶空間進(jìn)入內(nèi)核空間，還是先讓我們了解下這個(gè)SWI指令吧。SWI指令用于產(chǎn)生軟件中斷，從而實(shí)現(xiàn)從用戶模式到管理模 式的變換，CPSR保存到管理模式的SPSR，執(zhí)行轉(zhuǎn)移到SWI向量。在其他模式下也可使用SWI指令，處理器同樣地切換到管理模式。指令格式如下：

SWI{cond} immed_24

其中：

immed_24 24位立即數(shù)，值為從0——16215之間的整數(shù)。

使用SWI指令時(shí)，通常使用以下兩種方法進(jìn)行參數(shù)傳遞，SWI異常處理程序可以提供相關(guān)的服務(wù)，這兩種方法均是用戶軟件協(xié)定。

1）、指令中24位的立即數(shù)指定了用戶請(qǐng)求的服務(wù)類型，參數(shù)通過通用寄存器傳遞。SWI異常處理程序要通過讀取引起軟件中斷的SWI指令，以取得24為立即數(shù)。如：

MOV R0,#34

SWI 12

2）、指令中的24位立即數(shù)被忽略，用戶請(qǐng)求的服務(wù)類型由寄存器R0的值決定，參數(shù)通過其他的通用寄存器傳遞。如：

MOV R0, #12

MOV R1, #34

SWI 0

在SWI異常處理程序中，取出SWI立即數(shù)的步驟為：首先確定引起軟件中斷的SWI指令是ARM指令還是Thumb指令，這可通過對(duì)SPSR訪問得到；然后取得該SWI指令的地址，這可通過訪問LR寄存器得到；接著讀出指令，分解出立即數(shù)（低24位）。

由用戶空間進(jìn)入系統(tǒng)調(diào)用

通常情況下，我們寫的用戶空間應(yīng)用程序都是通過封裝的C lib來調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用的。以0.9.30版uClibc中的open為例，來追蹤一下這個(gè)封裝的函數(shù)是如何一步一步的調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用的。在include/fcntl.h中有定義：

#define open open64

open實(shí)際上只是open64的一個(gè)別名而已。

在libc/sysdeps/linux/common/open64.c中可以看到：

extern __typeof(open64) __libc_open64;

extern __typeof(open) __libc_open;

可見open64也只不過是__libc_open64的別名，而__libc_open64函數(shù)在同一個(gè)文件中定義：

libc_hidden_proto(__libc_open64)

int __libc_open64 (const char *file,int oflag, ...)

{

mode_t mode = 0;

if (oflag & O_CREAT)

{

va_listarg;

va_start(arg, oflag);

mode= va_arg (arg, mode_t);

va_end(arg);

}

return __libc_open(file, oflag O_LARGEFILE, mode);

}

libc_hidden_def(__libc_open64)

最終__libc_open64又調(diào)用了__libc_open函數(shù)，這個(gè)函數(shù)在文件libc/sysdeps/linux/common/open.c中定義：

libc_hidden_proto(__libc_open)

int __libc_open(const char *file, intoflag, ...)

{

mode_tmode = 0;

if(oflag & O_CREAT) {

va_listarg;

va_start(arg, oflag);

mode= va_arg (arg, mode_t);

va_end (arg);

}

return__syscall_open(file, oflag, mode);

}

libc_hidden_def(__libc_open)

這個(gè)函數(shù)，也是僅僅根據(jù)打開標(biāo)志oflag的值，來判斷是否有第三個(gè)參數(shù)，若由，則獲得其值。之后，便用獲得的參數(shù)來調(diào)用__syscall_open(file,oflag, mode)。

__syscall_open在同一個(gè)文件中定義：

static __inline__ _syscall3(int,__syscall_open, const char *, file,

int,flags, __kernel_mode_t, mode)

在文件libc/sysdeps/linux/arm/bits/syscalls.h文件中可以看到：

#undef _syscall3

#define_syscall3(type,name,type1,arg1,type2,arg2,type3,arg3)

type name(type1 arg1,type2 arg2,type3arg3)

{

return (type) (INLINE_SYSCALL(name, 3,arg1, arg2, arg3));

}

這個(gè)宏實(shí)際上完成定義一個(gè)函數(shù)的工作，宏的第一個(gè)參數(shù)是函數(shù)的返回值類型，第二個(gè)參數(shù)是函數(shù)名，之后的參數(shù)就如同它們的參數(shù)名所表明的那樣，分別是函數(shù)的參數(shù)類型及參數(shù)名。__syscall_open實(shí)際上為：

int __syscall_open (const char * file,intflags, __kernel_mode_t mode)

{

return (int) (INLINE_SYSCALL(__syscall_open,3, file, flags, mode));

}

INLINE_SYSCALL為同一個(gè)文件中定義的宏：

#undef INLINE_SYSCALL

#define INLINE_SYSCALL(name, nr,args...)

({ unsigned int _inline_sys_result = INTERNAL_SYSCALL (name, , nr,args);

if (__builtin_expect (INTERNAL_SYSCALL_ERROR_P (_inline_sys_result, ),0))

{

__set_errno (INTERNAL_SYSCALL_ERRNO(_inline_sys_result, ));

_inline_sys_result = (unsigned int) -1;

}

(int) _inline_sys_result; })

INLINE_SYSCALL宏中最值得注意的是INTERNAL_SYSCALL，其定義如下：

#undef INTERNAL_SYSCALL

#if !defined(__thumb__)

#if defined(__ARM_EABI__)

#define INTERNAL_SYSCALL(name, err, nr,args...)

({unsigned int __sys_result;

{

register int _a1 __asm__ ("r0"), _nr __asm__ ("r7");

LOAD_ARGS_##nr (args)

_nr = SYS_ify(name);

__asm__ __volatile__ ("swi 0x0 @ syscall " #name

: "=r" (_a1)

: "r" (_nr) ASM_ARGS_##nr

: "memory");

__sys_result = _a1;

}

(int) __sys_result; })

#else /* defined(__ARM_EABI__) */

#define INTERNAL_SYSCALL(name, err, nr,args...)

({ unsigned int __sys_result;

{

register int _a1 __asm__ ("a1");

LOAD_ARGS_##nr (args)

__asm__ __volatile__ ("swi %1 @ syscall " #name

: "=r" (_a1)

: "i" (SYS_ify(name))ASM_ARGS_##nr

: "memory");

__sys_result = _a1;

}

(int) __sys_result; })

#endif

這里也將同文件中的LOAD_ARGS宏的定義貼出來：

#define LOAD_ARGS_0()

#define ASM_ARGS_0

#define LOAD_ARGS_1(a1)

_a1 = (int) (a1);

LOAD_ARGS_0 ()

#define ASM_ARGS_1 ASM_ARGS_0, "r" (_a1)

#define LOAD_ARGS_2(a1, a2)

register int _a2 __asm__ ("a2") = (int) (a2);

LOAD_ARGS_1 (a1)

#define ASM_ARGS_2 ASM_ARGS_1, "r" (_a2)

#define LOAD_ARGS_3(a1, a2, a3)

register int _a3 __asm__ ("a3") = (int) (a3);

LOAD_ARGS_2 (a1, a2)

這幾個(gè)宏用來在寄存器中加載相應(yīng)的參數(shù)，參數(shù)傳遞的方式和普通的C函數(shù)也沒有什么太大的區(qū)別，同樣都是將參數(shù)列表中的參數(shù)依次放入寄存器r0、r1、r2、r3…中。

上面的SYS_ify(name)宏，是用來獲得系統(tǒng)調(diào)用號(hào)的。

#define SYS_ify(syscall_name) (__NR_##syscall_name)

也就是__NR___syscall_open，在libc/sysdeps/linux/common/open.c中可以看到這個(gè)宏的定義：

#define __NR___syscall_open __NR_open

__NR_open在內(nèi)核代碼的頭文件中有定義。

在這里我們忽略定義__thumb__的情況，而假設(shè)我們編譯出來的庫函數(shù)使用的都是ARM指令集。在上面的代碼中，我們看到，根據(jù)是否定義宏__ARM_EABI__，INTERNAL_SYSCALL會(huì)被展開為兩種不同的版本。關(guān)于這一點(diǎn)，與應(yīng)用二進(jìn)制接口ABI有關(guān)，不同的ABI，則會(huì)有不同的傳遞系統(tǒng)調(diào)用號(hào)的方法。對(duì)于比較新的EABI，則在r7寄存器保存系統(tǒng)調(diào)用號(hào)，通過swi 0x0來陷入內(nèi)核。否則，通過swi指令的24位立即數(shù)參數(shù)來傳遞系統(tǒng)調(diào)用號(hào)。后面還會(huì)有內(nèi)核中關(guān)于這個(gè)問題的更詳細(xì)的說明。

同時(shí)這兩種調(diào)用方式的系統(tǒng)調(diào)用號(hào)也是存在這區(qū)別的，在內(nèi)核的文件arch/arm/inclue/asm/unistd.h中可以看到：

#define __NR_OABI_SYSCALL_BASE 0x900

#if defined(__thumb__) defined(__ARM_EABI__)

#define __NR_SYSCALL_BASE 0

#else

#define __NR_SYSCALL_BASE __NR_OABI_SYSCALL_BASE

#endif

/*

* This file contains the system call numbers.

*/

#define __NR_restart_syscall (__NR_SYSCALL_BASE+ 0)

#define __NR_exit (__NR_SYSCALL_BASE+ 1)

#define __NR_fork (__NR_SYSCALL_BASE+ 2)

#define __NR_read (__NR_SYSCALL_BASE+ 3)

#define __NR_write (__NR_SYSCALL_BASE+ 4)

#define __NR_open (__NR_SYSCALL_BASE+ 5)

……

接下來來看操作系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)調(diào)用的處理。我們回到ARMLinux的異常向量表，因?yàn)楫?dāng)執(zhí)行swi時(shí)，會(huì)從異常向量表中取例程的地址從而跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的處理程序中。在文件arch/arm/kernel/entry-armv.S中我們看到SWI異常向量：

W(ldr) pc,.LCvswi + stubs_offset

而.LCvswi在同一個(gè)文件中定義為：

.LCvswi:

.word vector_swi

也就是最終會(huì)執(zhí)行例程vector_swi來完成對(duì)系統(tǒng)調(diào)用的處理，接下來我們來看下在arch/arm/kernel/entry-common.S中定義的vector_swi例程（刪去一些和我們的示例平臺(tái)無關(guān)的代碼）：

.align 5

ENTRY(vector_swi)

sub sp, sp, #S_FRAME_SIZE

stmia sp, {r0 - r12} @Calling r0 - r12

ARM( add r8, sp, #S_PC )

ARM( stmdb r8, {sp, lr}^ ) @ Calling sp, lr

mrs r8, spsr @called from non-FIQ mode, so ok.

str lr, [sp, #S_PC] @ Save calling PC

str r8, [sp, #S_PSR] @ Save CPSR

str r0, [sp, #S_OLD_R0] @ Save OLD_R0

zero_fp

/*Get the system call number. */

#if defined(CONFIG_OABI_COMPAT)

/*

* If we have CONFIG_OABI_COMPAT then we needto look at the swi

* value to determine if it is an EABI or anold ABI call.

*/

ldr r10, [lr, #-4] @ get SWI instruction

#ifdef CONFIG_CPU_ENDIAN_BE8

//rev指令的功能是反轉(zhuǎn)字中的字節(jié)序

rev r10, r10 @little endian instruction

#endif

#elif defined(CONFIG_AEABI)

…

#else

/*Legacy ABI only. */

ldr scno, [lr, #-4] @ get SWI instruction

#endif

#ifdef CONFIG_ALIGNMENT_TRAP

ldr ip, __cr_alignment

ldr ip, [ip]

mcr p15, 0, ip, c1, c0 @ update control register

#endif

enable_irq

// tsk 是寄存器r9的別名，在arch/arm/kernel/entry-header.S中定義：// tsk .req r9 @current thread_info

// 獲得線程對(duì)象的基地址。

get_thread_infotsk

// tbl是r8寄存器的別名，在arch/arm/kernel/entry-header.S中定義：

// tbl .req r8 @syscall table pointer，

// 用來存放系統(tǒng)調(diào)用表的指針，系統(tǒng)調(diào)用表在后面調(diào)用

adr tbl, sys_call_table @ load syscall table pointer

ldr ip, [tsk, #TI_FLAGS] @ check for syscall tracing

#if defined(CONFIG_OABI_COMPAT)

/*

* If the swi argument is zero, this is an EABIcall and we do nothing.

*

* If this is an old ABI call, get the syscallnumber into scno and

* get the old ABI syscall table address.

*/

bics r10, r10, #0xff

eorne scno, r10, #__NR_OABI_SYSCALL_BASE

ldrne tbl, =sys_oabi_call_table

#elif !defined(CONFIG_AEABI)

// scno是寄存器r7的別名

bic scno, scno, #0xff @ mask off SWI op-code

eor scno, scno, #__NR_SYSCALL_BASE @ check OS number

#endif

stmdb sp!, {r4, r5} @push fifth and sixth args

tst ip, #_TIF_SYSCALL_TRACE @ are we tracing syscalls?

bne __sys_trace

cmp scno, #NR_syscalls @ check upper syscall limit

adr lr, BSYM(ret_fast_syscall) @ return address

ldrcc pc, [tbl, scno, lsl #2] @ call sys_* routine

add r1, sp, #S_OFF

// why也是r8寄存器的別名

2: mov why, #0 @no longer a real syscall

cmp scno, #(__ARM_NR_BASE - __NR_SYSCALL_BASE)

eor r0, scno, #__NR_SYSCALL_BASE @ put OS number back

bcs arm_syscall

b sys_ni_syscall @not private func

ENDPROC(vector_swi)

上面的zero_fp是一個(gè)宏，在arch/arm/kernel/entry-header.S中定義：

.macro zero_fp

#ifdef CONFIG_FRAME_POINTER

mov fp, #0

#endif

.endm

而fp位寄存器r11。

像每一個(gè)異常處理程序一樣，要做的第一件事當(dāng)然就是保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)了。緊接著是獲得系統(tǒng)調(diào)用的系統(tǒng)調(diào)用號(hào)。然后以系統(tǒng)調(diào)用號(hào)作為索引來查找系統(tǒng)調(diào)用表，如果系統(tǒng)調(diào)用號(hào)正常的話，就會(huì)調(diào)用相應(yīng)的處理例程來處理，就是上面的那個(gè)ldrcc pc, [tbl, scno, lsl #2]語句，然后通過例程ret_fast_syscall來返回。

在這個(gè)地方我們接著來討論ABI的問題?，F(xiàn)在，我們首先來看兩個(gè)宏，一個(gè)是CONFIG_OABI_COMPAT 意思是說與old ABI兼容，另一個(gè)是CONFIG_AEABI 意思是說指定現(xiàn)在的方式為EABI。這兩個(gè)宏可以同時(shí)配置，也可以都不配，也可以配置任何一種。我們來看一下內(nèi)核是怎么處理這一問題的。我們知 道，sys_call_table 在內(nèi)核中是個(gè)跳轉(zhuǎn)表，這個(gè)表中存儲(chǔ)的是一系列的函數(shù)指針，這些指針就是系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)的指針，如(sys_open)。內(nèi)核是根據(jù)一個(gè)系統(tǒng)調(diào)用號(hào)（對(duì)于 EABI來說為系統(tǒng)調(diào)用表的索引）找到實(shí)際該調(diào)用內(nèi)核哪個(gè)函數(shù)，然后通過運(yùn)行該函數(shù)完成系統(tǒng)調(diào)用的。

首先，對(duì)于old ABI，內(nèi)核給出的處理是為它建立一個(gè)單獨(dú)的system call table,叫sys_oabi_call_table。這樣，兼容方式下就會(huì)有兩個(gè)system call table, 以old ABI方式的系統(tǒng)調(diào)用會(huì)執(zhí)行old_syscall_table表中的系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)，EABI方式的系統(tǒng)調(diào)用會(huì)用sys_call_table中的函數(shù)指 針。
配置無外乎以下4中：
第一、兩個(gè)宏都配置行為就是上面說的那樣。
第二、只配置CONFIG_OABI_COMPAT，那么以oldABI方式調(diào)用的會(huì)用sys_oabi_call_table，以EABI方式調(diào)用的用sys_call_table，和1實(shí)質(zhì)上是相同的。只是情況1更加明確。
第三、只配置CONFIG_AEABI系統(tǒng)中不存在sys_oabi_call_table，對(duì)old ABI方式調(diào)用不兼容。只能 以EABI方式調(diào)用，用sys_call_table。

第四、兩個(gè)都沒有配置，系統(tǒng)默認(rèn)會(huì)只允許old ABI方式，但是不存在old_syscall_table，最終會(huì)通過sys_call_table 完成函數(shù)調(diào)用

系統(tǒng)會(huì)根據(jù)ABI的不同而將相應(yīng)的系統(tǒng)調(diào)用表的基地址加載進(jìn)tbl寄存器，也就是r8寄存器。接下來來看系統(tǒng)調(diào)用表，如前面所說的那樣，有兩個(gè)，同樣都在文件arch/arm/kernel/entry-armv.S中：

#define ABI(native, compat) native

#ifdef CONFIG_AEABI

#define OBSOLETE(syscall)sys_ni_syscall

#else

#define OBSOLETE(syscall) syscall

#endif

.type sys_call_table, #object

ENTRY(sys_call_table)

#include "calls.S"

#undef ABI

#undef OBSOLETE

另外一個(gè)為：

#define ABI(native, compat) compat

#define OBSOLETE(syscall) syscall

.type sys_oabi_call_table, #object

ENTRY(sys_oabi_call_table)

#include "calls.S"

#undef ABI

#undef OBSOLETE

這樣看來貌似兩個(gè)系統(tǒng)調(diào)用表是完全一樣的。這里預(yù)處理指令include的獨(dú)特用法也挺有意思，系統(tǒng)調(diào)用表的內(nèi)容就是整個(gè)arch/arm/kernel/calls.S文件的內(nèi)容（由于太長(zhǎng)，這里就不全部列出了）：

/* 0 */ CALL(sys_restart_syscall)

CALL(sys_exit)

CALL(sys_fork_wrapper)

CALL(sys_read)

CALL(sys_write)

/* 5 */ CALL(sys_open)

CALL(sys_close)

……

上面的CALL()是個(gè)宏，它同樣在文件arch/arm/kernel/entry-armv.S中定義：

#define CALL(x) .equNR_syscalls,NR_syscalls+1

#include "calls.S"

#undef CALL

#define CALL(x) .long x

在定義宏CALL()的地方，我們看到calls.S已經(jīng)被包含了一次，只不過在這里，不是為了建立系統(tǒng)調(diào)用表，而僅僅是為了獲得系統(tǒng)的系統(tǒng)調(diào)用的數(shù)量，并保存在宏NR_syscalls中。在SWI向量中，我們也看到，是使用了這個(gè)宏的。

最后再羅嗦一點(diǎn)，如果用sys_open來搜的話，是搜不到系統(tǒng)調(diào)用open的定義的，系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)都是用宏來定義的，比如對(duì)于open，有這樣的定義：

fs/open.c

1066 SYSCALL_DEFINE3(open, const char__user *, filename, int, flags, int, mode)

1067 {

1068 long ret;

1069

1070 if (force_o_largefile())

1071 flags = O_LARGEFILE;

1072

1073 ret = do_sys_open(AT_FDCWD, filename,flags, mode);

1074 /* avoid REGPARM breakage on x86: */

1075 asmlinkage_protect(3, ret, filename,flags, mode);

1076 return ret;

1077 }

繼續(xù)回到vector_swi，如果系統(tǒng)調(diào)用號(hào)不正確，則會(huì)調(diào)用arm_syscall函數(shù)來進(jìn)行處理，這個(gè)函數(shù)定義如下：

arch/arm/kernel/traps.c

465 #define NR(x) ((__ARM_NR_##x) -__ARM_NR_BASE)

466 asmlinkage int arm_syscall(int no,struct pt_regs *regs)

467 {

468struct thread_info *thread = current_thread_info();

469siginfo_t info;

470

471if ((no >> 16) != (__ARM_NR_BASE>> 16))

472 return bad_syscall(no, regs);

473

474switch (no & 0xffff) {

475case 0: /* branch through 0 */

476 info.si_signo = SIGSEGV;

477 info.si_errno = 0;

478 info.si_code = SEGV_MAPERR;

479 info.si_addr = NULL;

480

481 arm_notify_die("branch throughzero", regs, &info, 0, 0);

482 return 0;

483

484case NR(breakpoint): /* SWI BREAK_POINT */

485 regs->ARM_pc -= thumb_mode(regs) ? 2: 4;

486 ptrace_break(current, regs);

487 return regs->ARM_r0;

488

489/*

490* Flush a region from virtual address r0 to virtual address r1

491 * _exclusive_. There is no alignment requirement on eitheraddress;

492* user space does not need to know the hardware cache layout.

493*

494* r2 contains flags. It shouldALWAYS be passed as ZERO until it

495* is defined to be something else.For now we ignore it, but may

496* the fires of hell burn in your belly if you break this rule. ;)

497*

498* (at a later date, we may want to allow this call to not flush

499* various aspects of the cache.Passing will guarantee that

500* everything necessary gets flushed to maintain consistency in

501* the specified region).

502*/

503case NR(cacheflush):

504 do_cache_op(regs->ARM_r0,regs->ARM_r1, regs->ARM_r2);

505 return 0;

506

507case NR(usr26):

508 if (!(elf_hwcap & HWCAP_26BIT))

509 break;

510 regs->ARM_cpsr &= ~MODE32_BIT;

511 return regs->ARM_r0;

512

513case NR(usr32):

514 if (!(elf_hwcap & HWCAP_26BIT))

515 break;

516 regs->ARM_cpsr = MODE32_BIT;

517 return regs->ARM_r0;

518

519case NR(set_tls):

520 thread->tp_value = regs->ARM_r0;

521 #if defined(CONFIG_HAS_TLS_REG)

522 asm ("mcr p15, 0, %0, c13, c0,3" : : "r" (regs->ARM_r0) );

523 #elif !defined(CONFIG_TLS_REG_EMUL)

524 /*

525 * User space must never try to accessthis directly.

526 * Expect your app to break eventuallyif you do so.

527 * The user helper at 0xffff0fe0 mustbe used instead.

528 * (see entry-armv.S for details)

529 */

530 *((unsigned int *)0xffff0ff0) =regs->ARM_r0;

531 #endif

532 return 0;

533

534 #ifdef CONFIG_NEEDS_SYSCALL_FOR_CMPXCHG

535/*

536* Atomically store r1 in*r2 if *r2 is equal to r0 for user space.

537* Return zero in r0 if *MEM was changed or non-zero if no exchange

538* happened. Also set the user Cflag accordingly.

539* If access permissions have to be fixed up then non-zero is

540* returned and the operation has to be re-attempted.

541*

542* *NOTE*: This is a ghost syscall private to the kernel. Only the

543* __kuser_cmpxchg code in entry-armv.S should be aware of its

544* existence. Dont ever use thisfrom user code.

545*/

546case NR(cmpxchg):

547for (;;) {

548extern void do_DataAbort(unsigned long addr, unsigned int fsr,

549 struct pt_regs*regs);

550unsigned long val;

551unsigned long addr = regs->ARM_r2;

552struct mm_struct *mm = current->mm;

553pgd_t *pgd; pmd_t *pmd; pte_t *pte;

554spinlock_t *ptl;

556regs->ARM_cpsr &= ~PSR_C_BIT;

557down_read(&mm->mmap_sem);

558pgd = pgd_offset(mm, addr);

559if (!pgd_present(*pgd))

560goto bad_access;

561pmd = pmd_offset(pgd, addr);

562if (!pmd_present(*pmd))

563 goto bad_access;

564pte = pte_offset_map_lock(mm, pmd, addr, &ptl);

565if (!pte_present(*pte) !pte_dirty(*pte)) {

566 pte_unmap_unlock(pte, ptl);

567 goto bad_access;

568}

569val = *(unsigned long *)addr;

570val -= regs->ARM_r0;

571if (val == 0) {

572 *(unsigned long *)addr =regs->ARM_r1;

573 regs->ARM_cpsr = PSR_C_BIT;

574}

575pte_unmap_unlock(pte, ptl);

576up_read(&mm->mmap_sem);

577return val;

578

579bad_access:

580up_read(&mm->mmap_sem);

581/* simulate a write access fault */

582do_DataAbort(addr, 15 + (1 << 11), regs);

583}

584 #endif

585

586default:

587 /* Calls 9f00xx..9f07ff are defined to return -ENOSYS

588 if not implemented, rather thanraising SIGILL. This

589 way the calling program can gracefullydetermine whether

590 a feature is supported.*/

591 if ((no & 0xffff) <= 0x7ff)

592 return -ENOSYS;

593 break;

594}

595 #ifdef CONFIG_DEBUG_USER

596/*

597* experience shows that these seem to indicate that

598* something catastrophic has happened

599*/

600if (user_debug & UDBG_SYSCALL) {

601 printk("[%d] %s: arm syscall%dn",

602task_pid_nr(current),current->comm, no);

603 dump_instr("", regs);

604 if (user_mode(regs)) {

605 __show_regs(regs);

606 c_backtrace(regs->ARM_fp, processor_mode(regs));

607 }

608}

609 #endif

610info.si_signo = SIGILL;

611info.si_errno = 0;

612info.si_code = ILL_ILLTRP;

613info.si_addr = (void __user*)instruction_pointer(regs) -

614 (thumb_mode(regs) ? 2 : 4);

615

616arm_notify_die("Oops - bad syscall(2)", regs, &info, no,0);

617return 0;

618 }

這個(gè)函數(shù)處理所有的辨別不出來的系統(tǒng)調(diào)用。系統(tǒng)調(diào)用號(hào)正確也好不正確也好，最終都是通過ret_fast_syscall例程來返回，因?yàn)槲覀兛吹?，在進(jìn)入系統(tǒng)調(diào)用處理函數(shù)之前，先加載了符號(hào)ret_fast_syscall進(jìn)lr寄存器。ret_fast_syscall定義如下：

arch/arm/kernel/entry-common.S

ret_fast_syscall:

UNWIND(.fnstart )

UNWIND(.cantunwind )

disable_irq @ disable interrupts

ldr r1, [tsk, #TI_FLAGS]

tst r1, #_TIF_WORK_MASK

bne fast_work_pending

/*perform architecture specific actions before user return */

arch_ret_to_userr1, lr

restore_user_regsfast = 1, offset = S_OFF

UNWIND(.fnend )

fast_work_pending:

str r0, [sp, #S_R0+S_OFF]! @ returned r0

work_pending:

tst r1, #_TIF_NEED_RESCHED

bne work_resched

tst r1, #_TIF_SIGPENDING_TIF_NOTIFY_RESUME

beq no_work_pending

mov r0, sp @regs

mov r2, why @syscall

bl do_notify_resume

b ret_slow_syscall @ Check work again

work_resched:

bl schedule

/*

* "slow" syscall return path. "why" tells us if this was a realsyscall.

*/

ENTRY(ret_to_user)

ret_slow_syscall:

disable_irq @ disable interrupts

ldr r1, [tsk, #TI_FLAGS]

tst r1, #_TIF_WORK_MASK

bne work_pending

no_work_pending:

/*perform architecture specific actions before user return */

arch_ret_to_userr1, lr

restore_user_regsfast = 0, offset = 0

ENDPROC(ret_to_user)

對(duì)于我們的平臺(tái)來說，上面的arch_ret_to_user為空。restore_user_regs宏用于恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)并返回，restore_user_regs宏定義如下：

arch/arm/kernel/entry-header.S

.macro restore_user_regs, fast = 0, offset = 0

ldr r1, [sp, #offset + S_PSR] @ get calling cpsr

ldr lr, [sp, #offset + S_PC]! @ get pc

msr spsr_cxsf, r1 @save in spsr_svc

#if defined(CONFIG_CPU_32v6K)

clrex @ clear the exclusive monitor

#elif defined (CONFIG_CPU_V6)

strex r1, r2, [sp] @clear the exclusive monitor

#endif

.if fast

ldmdb sp, {r1 - lr}^ @get calling r1 - lr

.else

ldmdb sp, {r0 - lr}^ @get calling r0 - lr

.endif

mov r0, r0 @ARMv5T and earlier require a nop

@after ldm {}^

add sp, sp, #S_FRAME_SIZE - S_PC

movs pc, lr @return & move spsr_svc into cpsr

.endm

添加新的系統(tǒng)調(diào)用

第一、打開arch/arm/kernel/calls.S，在最后添加系統(tǒng)調(diào)用的函數(shù)原型的指針，例如：

CALL(sys_set_senda)

補(bǔ)充說明一點(diǎn)關(guān)于NR_syscalls的東西，這個(gè)常量表示系統(tǒng)調(diào)用的總的個(gè)數(shù)，在較新版本的內(nèi)核中，文件arch/arm/kernel/entry-common.S中可以找到：

.equ NR_syscalls,0

#define CALL(x).equ NR_syscalls,NR_syscalls+1

#include"calls.S"

#undef CALL

#define CALL(x).long x

相當(dāng)?shù)那擅睿皇菃?？在系統(tǒng)調(diào)用表中每添加一個(gè)系統(tǒng)調(diào)用，NR_syscalls就自動(dòng)增加一。在這個(gè)地方先求出NR_syscalls，然后重新定義CALL(x)宏，這樣也可以不影響文件后面系統(tǒng)調(diào)用表的建立。

第二、打開include/asm-arm/unistd.h,添加系統(tǒng)調(diào)用號(hào)的宏，感覺這步可以省略，因?yàn)檫@個(gè)地方定義的系統(tǒng)調(diào)用號(hào)主要是個(gè)C庫，比如uClibc、Glibc用的。例如:

#define__NR_plan_set_senda(__NR_SYSCALL_BASE+365)

為了向后兼容，系統(tǒng)調(diào)用只能增加而不能減少，這里的編號(hào)添加時(shí)，也必須按順序來。否則會(huì)導(dǎo)致核心運(yùn)行錯(cuò)誤。

第三，實(shí)例化該系統(tǒng)調(diào)用，即編寫新添加系統(tǒng)調(diào)用的實(shí)現(xiàn)例如：

SYSCALL_DEFINE1(set_senda, int，iset)

{

if(iset)

UART_PUT_CR(&at91_port[2],AT91C_US_SENDA);

else

UART_PUT_CR(&at91_port[2],AT91C_US_RSTSTA);

return 0;

}

第四、打開include/linux/syscalls.h添加函數(shù)聲明

asmlinkagelong sys_set_senda(int iset);

第五、在應(yīng)用程序中調(diào)用該系統(tǒng)調(diào)用，可以參考uClibc的實(shí)現(xiàn)。

第六、結(jié)束。

參考文檔：

[精華] arm Linux 2.6高版本中的系統(tǒng)調(diào)用方式

http://www.unixresources.net/linux/clf/linuxK/archive/00/00/67/92/679297.html

ARMLinux下添加新的系統(tǒng)調(diào)用