ARM處理器s3c2410的中斷異常處理

在進入正題之前，我想先把ARM920T的異常向量表（Exception Vectors）做一個簡短的介紹。

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行存放這點我將在介紹MMU的文章中進行說明,本文采用低端模式。ARM920T能處理有8個異常，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)上電之后運行的第一條語句。也就是說這部分代碼的二進制碼必須位于內(nèi)存的最開始部分（這正是低端存放模式），因為上電后CPU會從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個字節(jié)。上電后，PC指針會跳轉(zhuǎn)到Handle_Reset處開始運行。以后系統(tǒng)每當有異常出現(xiàn)，則CPU會根據(jù)異常號，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IRQ異常，IRQ為第6號異常，則CPU將把PC指向0x00000018地址（4*6=24= 0x00000018）處運行，該地址的指令是跳轉(zhuǎn)到“中斷異常服務(wù)例程”（HandleIRQ）處運行。以上就是我對異常向量表的一個簡單介紹。現(xiàn)在可以進入我們文章的主題 “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）

下面我將講解每個寄存器在一個中斷處理流程中所扮演的角色

SRCPND/ SUBSRCPND這兩個寄存器在功能上是相同的，它們是中斷源引腳寄存器，在一個中斷異常處理流程中，中斷信號傳進中斷異常處理模塊后首先遇到的就是SRCPND/ SUBSRCPND,這兩個寄存器的作用是用于標示出哪個中斷請求被觸發(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的各個位信息：

每個位的初始值皆為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，則該位相對應(yīng)的中斷按IRQ模式處理，為1則以FIQ模式進行處理，該寄存器初始化值為0x00000000,即所有中斷皆以IRQ模式進行處理。（詳細請參考s3c2410操作手冊）。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，這兩個寄存器各個位與SRCPND和SUBSRCPND分別對應(yīng)。它們的作用是決定該位相應(yīng)的中斷請求是否被處理。若某位被設(shè)置為1，則該位相對應(yīng)的中斷產(chǎn)生后將被忽略（CPU不處理該中斷請求），設(shè)置為0則對其進行處理。這兩個寄存器初始化后的值是0xFFFFFFFF和0x7FF，既默認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，現(xiàn)在要討論的是一個中斷優(yōu)先級的判斷問題。為什么會有中斷有先級的問題呢？我們知道CPU某個時刻只能對一個中斷源進行中斷處理，如果現(xiàn)在有3個中斷同時發(fā)生了，那CPU要按什么順序處理這個3個中斷呢？這正是引入優(yōu)先級判斷的原因所在，通過優(yōu)先級判斷，CPU可以按某種順序逐個處理中斷請求。3sc2410的優(yōu)先級判斷分為兩級。

如上圖所示，SRCPND寄存器對應(yīng)的32個中斷源總共被分為6個組，每個組由一個ARBITER（0~5）寄存器對其進行管理。中斷必須先由所屬組的ARBITER（0~5）進行第一次優(yōu)先級判斷（第一級判斷）后再發(fā)往ARBITER6進行最終的判斷（第二級判斷）。ARBITER（0~5）這六個組的優(yōu)先級已經(jīng)固定，我們無法改變，也就是說由ARBITER0控制的該組中斷優(yōu)先級最高（該組產(chǎn)生的中斷進行第一級判斷后永遠會以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組里面各個中斷的優(yōu)先級順序。怎么控制？通過PRIORITY寄存器進行控制：]

以下是PRIORITY寄存器各個位的參數(shù)表

從表上我們可以知道PRIORITY寄存器內(nèi)部各個位被分為兩種類型，一種是ARB_MODE,另一種為ARB_SEL, ARB_MODE類型有5組對應(yīng)ARBITER（2~6），ARB_SEL類型有7組對應(yīng)ARBITER（0~6）。現(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個中斷，分別是INT_TIMER0，INT_TIMER1，INT_TIMER2，INT_TIMER3，INT_TIMER4，INT_UART2，她們的默認中斷請求號分別為REQ0，REQ1，REQ2，REQ3，REQ4，REQ5。我們先看PRIORITY寄存器中的ARB_SEL2，該參數(shù)由兩個位組成，初始值為00。從該表可以看出00定義了一個順序0-1-2-3-4-5，這個順序就是這組中斷組的優(yōu)先級排列，這個順序指明了以中斷請求號為0（REQ0）的INT_TIMER0具有最高的中斷優(yōu)先級，其次是INT_TIMER1，INT_TIMER2…。假設(shè)現(xiàn)在ARB_SEL2的值被我們設(shè)置為01。則一個新的優(yōu)先級次序?qū)⒈皇褂茫?1對應(yīng)的優(yōu)先級次序為0-2-3-4-1-5，從中可以看出優(yōu)先級最高和最低的中斷請求和之前沒有變化，但本來處于第2優(yōu)先級的INT_TIMER1中斷現(xiàn)在變成了第5優(yōu)先級。從ARB_SEL2被設(shè)置為00,01,10,11各個值所出現(xiàn)的情況我們可以看出，除最高和最低的優(yōu)先級不變以外，其他各個中斷的優(yōu)先級其實是在做一個旋轉(zhuǎn)排列（rotate）。為了達到對各個中斷平等對待這一目標，我們可以讓優(yōu)先級次序在每個中斷請求被處理完之后自動進行一次旋轉(zhuǎn)，如何自動讓它旋轉(zhuǎn)呢？我們可以通過ARB_MODE2達到這個目的，該參數(shù)只有1個bit，置1代表開啟對應(yīng)中斷組的優(yōu)先級次序旋轉(zhuǎn)，0則為關(guān)閉。事實上當該位置為1之后，每處里完某個組的一個中斷后，該組的ARB_SEL便遞增在1（達到11后恢復(fù)為00）。

現(xiàn)在我們另ARB_MODE2=1，ARB_SEL2=00則當前ARBITER2的優(yōu)先級順序為0-1-2-3-4-5，假設(shè)現(xiàn)在該組的1號中斷請求INT_TIMER1和2號中斷請求INT_TIMER2被同時觸發(fā)，CPU根據(jù)優(yōu)先級判斷后決定先把INT_TIMER1中斷向ARBITER6進行發(fā)送（在ARBITER6做第最終優(yōu)先級判斷），接著再向ARBITER6發(fā)送INT_TIMER2中斷。請注意，在INT_TIMER1被處理完畢后，該組中段的優(yōu)先級次序被自動做了一次旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)后ARBITER2的優(yōu)先級順序變?yōu)?-2-3-4-1-5。假設(shè)之后某個時刻該組的INT_TIMER1和INT_TIMER2又被同時觸發(fā)，則此時CPU優(yōu)先處理的會是INT_TIMER2。若我們另ARB_MODE2=0，則改組的中斷優(yōu)先級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寄存器可能是整個中斷處理過程中我們要特別注意的一個寄存器了，他的操作比較特別，怎么特別？請聽我慢慢道來.

先看一下該寄存器各位詳細功能列表

正如你所見的，INTPND寄存器與SRCPND長得一模一樣，但他們在中斷異常處理中卻扮演著不同的角色，如果說SRCPND是中斷信號進入中斷處理模塊后所經(jīng)過的第一個場所的話，那么INTPND則是中斷信號在中斷處理模塊里經(jīng)歷的最后一個寄存器。它的每個位對應(yīng)一個中斷請求，若該位被置1，則表示相應(yīng)的中斷請求被觸發(fā)，描述到這里你可能會發(fā)現(xiàn)它不僅和SRCPND長得一模一樣，就連功能都一樣，其實不然，他們在功能上有著重大的區(qū)別。SRCPND是中斷源引腳寄存器，某個位被置1表示相應(yīng)的中斷被觸發(fā)，但我們知道在同一時刻內(nèi)系統(tǒng)可以觸發(fā)若干個中斷，只要中斷被觸發(fā)了，SRCPND的相應(yīng)位便被置1，也就是說SRCPND在同一時刻可以有若干位同時被置1，然而INTPND則不同，他在某一時刻只能有1個位被置1，INTPND某個位被置1（該位對應(yīng)的中斷在所有已觸發(fā)的中斷里具有最高優(yōu)先級且該中斷沒有被屏蔽），則表示CPU即將或已經(jīng)在對該位相應(yīng)的中斷進行處理。于是我們可以有一個總結(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)在對某一個中斷進行處理。

特別注意：每當某一個中斷被處理完之后，我們必須手動地把SRCPND/SUBSRCPND , INTPND三個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當我們要把該寄存器中某個值為1的位設(shè)置為0時，我們不是往該位置0，而是往該位置1。假設(shè)SRCPND=0x00000003，INTPND=0x00000001,該值說明當前0號中斷和1號中斷被觸發(fā)，但當前正在被處理的是0號中斷，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單，它的作用只是用于表明哪個中斷正在被處理。下面是該寄存器各位詳細功能列表

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

現(xiàn)在我把整個中斷流程用一個圖加以說明

以上這個圖清楚地說明了一個中斷異常處理流程。

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

假設(shè)1：這三個中斷的屏蔽被取消。

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

假設(shè)3：這三個中斷皆為IRQ類型。

假設(shè)4：這三個中斷同時被觸發(fā)。

INT_TIMER0, INT_TIMER2和INT_UART0三個中斷被同時觸發(fā)，此時三個中斷信號流向SRCPND寄存器，使該寄存器中的第10位，12位，28位被置為1，中斷信號繼續(xù)向前流經(jīng)INTMASK寄存器，這三個中斷都沒有被屏蔽，于是信號進一步流經(jīng)INTMODE寄存器，這三個中斷皆為IRQ類型，故中斷信號繼續(xù)向前流向PRIORITY寄存器，經(jīng)過優(yōu)先級判斷，INT_TIMER0中斷信號使INTPND 寄存器的第10位置1（INT_TIMER0優(yōu)先級最高），此時INTOFFSET 寄存器的值為10，CPU轉(zhuǎn)向相應(yīng)的中斷服務(wù)例程進行處理。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SRCPND 的第12位，28位仍為1（這兩個中斷請求未被處理），故他們會繼續(xù)被CPU已剛才描述的方式進行處理。