什么是linux异常体系结构
这期内容当中小编将会给大家带来有关什么是linux异常体系结构，文章内容丰富且以专业的角度为大家分析和叙述，阅读完这篇文章希望大家可以有所收获。
以arm处理器为例, 外部中断和处理器内核异常(soc内部)都属于异常, 异常都是相对于主程序来讲的, 当soc正常执行主程序时, 中断和异常都可以打断它, 依据异常对于主程序所体现出来的"中断"性质可以区分出中断和异常的区别:
异常: 由于soc本身的内核活动产生的, 如当执行主程序时候由于arm soc预取指令/数据而产生异常等, 这个异常来自soc的内核, 所以对于soc内核来说是"同步"的.
中断: 当soc在执行主程序的时候, 各种片上外设和外部中断引脚可以产生一个异常来中断soc当前正在执行的程序, 这个异常信号来自soc的内核以外, 所以对于soc内核来说他是"异步"的
在arm架构的linux系统下, 共使用了5种异常: 1. 未定义指令异常 2. 指令预取中止异常 3. 数据访问中止异常 4. 中断异常 5. swi异常.
(1) linux中断体系结构
linux内核在(linux)/include/asm-arm/arch-s3c2410/irqs.h 中将所有的中断统一编号, 另外 linux使用一个结构体数组来描述中断, 并且这个数组的下标就是中断号. 每个数组项对应一组中断,
file: (linux)/include/linux/irq.h struct irq_desc { irq_flow_handler_t handle_irq; /* 当前中断的处理函数入口 */ struct irq_chip *chip; /* 底层的硬件访问 */ ... struct irqaction *action; /* 用户提供的中断处理函数链表 */ unsigned int status; /* IRQ 状态 */ ... const char *name; /* cat /proc/interrupts 显示的中断名称 */} ____cacheline_internodealigned_in_smp;其中的 chip 提供了底层的硬件访问:
file: (linux)/include/linux/irq.hstruct irq_chip { const char *name; unsigned int (*startup)(unsigned int irq); /* 启动中断, 缺省为 "enable" */ void (*shutdown)(unsigned int irq); /* 关闭中断, 缺省为 "disable" */ void (*enable)(unsigned int irq); /* 使能中断, 缺省为 "unmask" */ void (*disable)(unsigned int irq); /* 关闭中断, 缺省为 "mask" */ void (*ack)(unsigned int irq); /* 响应中断, 通常为清除当前中断使得可以接收下一个中断 */ void (*mask)(unsigned int irq); /* 屏蔽中断源 */ void (*mask_ack)(unsigned int irq); /* 屏蔽和响应中断 */ void (*unmask)(unsigned int irq); /* 开启中断源 */ ...};另外irqaction结构体为:
file: (linux)/include/linux/interrupt.h struct irqaction { irq_handler_t handler; //用户注册的中断处理函数 unsigned long flags; //中断标志 cpumask_t mask; //用于smp const char *name; //用户注册的名字 "cat /proc/interrupts" 可以看到 void *dev_id; //用户传给上面的handler参数,还可以用来区分共享中断 struct irqaction *next; //指向下一个irqaction结构 int irq; //中断号 struct proc_dir_entry *dir;};中断执行的流程是: 中断到来时总中断入口函数 asm_do_IRQ() 根据 中断号 找到 irq_desc 结构体数组中的对应项, 并调用 irq_desc 结构体中的 handle_irq() 函数, handle_irq 函数使用 chip 结构体中的函数 清除/屏蔽/重新使能中断, 最后一一调用 action 链表中注册的中断处理函数.
(2) 中断体系结构初始化
在 (linux)/init/main.c 的 start_kernel() 函数中的 trap_init() / init_IRQ() 来设置异常的处理函数.
1. trap_init() 和 early_trap_init() 函数 通过下边语句将异常向量复制到 0xffff0000 地址处, 将中断服务函数复制到 0xffff0000 + 0x200地址处
file: (linux)/arch/arm/kernel memcpy((void *)vectors, __vectors_start, __vectors_end - __vectors_start);memcpy((void *)vectors + 0x200, __stubs_start, __stubs_end - __stubs_start);
其中start和end如下:
.globl __vectors_start__vectors_start: swi SYS_ERROR0 b vector_und + stubs_offset ldr pc, .LCvswi + stubs_offset b vector_pabt + stubs_offset b vector_dabt + stubs_offset b vector_addrexcptn + stubs_offset b vector_irq + stubs_offset b vector_fiq + stubs_offset .globl __vectors_end__vectors_end:
负责初始化的为 init_IRQ,因其与具体开发板密切相关,所以需要单独列出来. 它用来初始化中断的框架,设置各个中断的默认处理函数. 当发生中断时候进入中断总入口 asm_do_IRQ() 调用init_IRQ()设置的函数
file: (linux)/arch/arm/kernel/irq.cvoid __init init_IRQ(void){ int irq; for (irq = 0; irq < NR_IRQS; irq++) irq_desc[irq].status |= IRQ_NOREQUEST | IRQ_NOPROBE; init_arch_irq();}1 for循环中将 irq_desc[] 数组中每一项的状态都设置为 IRQ_NOREQUEST | IRQ_NOPROBE (未请求 | 未探测)
2 init_arch_irq 其实是一个函数指针, 定义如下:
file: (linux)/arch/arm/kernel/irq.c void (*init_arch_irq)(void) __initdata = NULL;
2440移植好的linux系统在启动的时候通过(linux)/arch/arm/kernel/setup.c 的 setup_arch() 获取到 machine_desc 结构体, 然后将 init_arch_irq 这个函数指针初始化为 s3c24xx_init_irq() .
file: (linux/arch/plat-s3c24xx/irq.c 的 s3c24xx_init_irq)void __init s3c24xx_init_irq(void){ ... /* first, clear all interrupts pending... */ ... /* register the main interrupts */ ... /* setup the cascade irq handlers */ set_irq_chained_handler(IRQ_EINT4t7, s3c_irq_demux_extint4t7); set_irq_chained_handler(IRQ_EINT8t23, s3c_irq_demux_extint8); ... /* external interrupts */ //外部中断 0 ~ 3 for (irqno = IRQ_EINT0; irqno <= IRQ_EINT3; irqno++) { irqdbf("registering irq %d (ext int)\n", irqno); set_irq_chip(irqno, &s3c_irq_eint0t4); set_irq_handler(irqno, handle_edge_irq); set_irq_flags(irqno, IRQF_VALID); } //外部中断4 ~ 23 for (irqno = IRQ_EINT4; irqno <= IRQ_EINT23; irqno++) { irqdbf("registering irq %d (extended s3c irq)\n", irqno); set_irq_chip(irqno, &s3c_irqext_chip); set_irq_handler(irqno, handle_edge_irq); set_irq_flags(irqno, IRQF_VALID); } /* register the uart interrupts */ ...}1. 清除所有中断的 pending 位
2. 进一步设置 irq_desc[] 中元素的 chip , handle_irq字段.
set_irq_chip(irqno, &s3c_irqext_chip) 结果是: irq_desc[irqno]. chip = &s3c_irqext_chip; 之后就可以使用 irq_desc[irqno].chip 结构体的成员来设置触发方式/使能中断/禁止中断等
set_irq_handler(irqno, handle_edge_irq) 结果是: irq_desc[irqno].handle_irq = handle_edge_irq; 这是该中断号对应的中断函数入口
set_irq_flags(irqno, IRQF_VALID) 结果是: 消除 irqno 对应的IRQ_NOREQUEST标志, 告诉系统该中断被可申请使用了.中断申请的时候会查看该标志如果设置了表示中断尚不可用
执行完 init_IRQ之后 irq_desc[] 中各个数组项的chip, handle_irq字段都被设置好了.
(3) 用户注册中断处理函数流程
驱动程序使用 request_irq 来向内核注册中断处理函数, request_irq 根据中断号找到 irq_desc[] 数组项, 在数组项的 action 链表中添加一个表项.
file: (linux)/kernel/irq/manage.cint request_irq(unsigned int irq, irq_handle_t handler, unsinged long irqflags, const char *devname, void *dev_id){ struct irqaction *action; //创建 irqaction 结构体指针 ... action = kmalloc(sizeof(struct irqaction), GFP_ATOMIC);//填充 irqaction 结构体各个元素 action->handler = handler; action->flags = irqflags; cpus_clear(action->mask); action->name = devname; action->next = NULL; action->dev_id = dev_id; retval = setup_irq(irq, action); ...}setup_irq函数有几个功能:
1. 将 action 连接入 irq_desc[irq]的action链表中
2. irq_desc[].chip 结构体中没有被 init_irq() 设置的元素设置为默认值
3. 使用传入的 irqflags 作为参数 调用 chip->set_type来设置中断: 设置为外部中断, 设置触发方式(高电平/低电平/上升沿/下降沿)
4. 启动中断, 调用chip->startup 或 chip->enable 使能中断,
总之, 调用了request_irq之后: irq_desc[]的action结构体已链入action链表, 中断触发方式也设置好了, 中断已被使能. 现在中断已经可以发生并处理了
(4) 中断具体的执行流程
中断的总入口是 asm_do_IRQ()
file: (linux)/arch/arm/kernel/irq.c asmlinkage void __exception asm_do_IRQ(unsigned int irq, struct pt_regs *regs){ ... struct irq_desc *desc = irq_desc + irq; ... desc_handle_irq(irq, desc); ...}file: (linux)/include/asm-arm/mach/irq.hstatic inline void desc_handle_irq(unsigned int irq, struct irq_desc *desc){ desc->handle_irq(irq, desc);}irq 取值范围: IRQ0_EINT0~(IRQ_EINT0+31). 因为2440的INTPND共32bit, 但是irq_desc[]却远不止32个元素, 因为有些个中断是共用同一个位, 如 EINT8~23. 所以当 asm_do_IRQ 的 irq 是对应于"一组"子中断的时候, irq_desc[irq].handle_irq 函数还需要判断出到底是哪个子中断申请的中断, 假设该子中断号为irqno 那么继续调用 irq_decs[irqno].handle_irq 来处理
以外部中断EINT8~23为例来讲解中断调用的详细过程:
1 当EINT8~23 中任意一个中断触发的时候, INTOFFSET 寄存器的值都是 5. asm_do_IRQ 的 irq 就是IRQ_EINT0+5 即 IRQ_EINT8t23, 然后调用 irq_desc[IRQ_EINT0t23].handle_irq 来处理
2 irq_desc[IRQ_EINT8t23].handle_irq 设置是在中断初始化的时候完成的: init_IRQ -> init_arch_irq() 该函数指针在linux启动的时候被赋值为 s3c24xx_init_irq ->
file: (linux)/arch/plat-s3c24xx/irq.c set_irq_chained_handler(IRQ_EINT4t7, s3c_irq_demux_extint4t7); set_irq_chained_handler(IRQ_EINT8t23, s3c_irq_demux_extint8); //irq_desc[IRQ_EINT8t23].handle_irq 设置为 s3c_irq_demux_extint8 set_irq_chained_handler(IRQ_UART0, s3c_irq_demux_uart0); set_irq_chained_handler(IRQ_UART1, s3c_irq_demux_uart1); set_irq_chained_handler(IRQ_UART2, s3c_irq_demux_uart2); set_irq_chained_handler(IRQ_ADCPARENT, s3c_irq_demux_adc);
接下来看看 s3c_irq_demux_extint8 做了些什么
static void s3c_irq_demux_extint8(unsigned int irq, struct irq_desc *desc){ unsigned long eintpnd = __raw_readl(S3C24XX_EINTPEND); unsigned long eintmsk = __raw_readl(S3C24XX_EINTMASK); eintpnd &= ~eintmsk; eintpnd &= ~0xff; /* ignore lower irqs */ /* we may as well handle all the pending IRQs here */ while (eintpnd) { irq = __ffs(eintpnd); eintpnd &= ~(1<他首先读取了EINTPEND/EINTMASK寄存器, 查找出具体发生的中断源, 然后重新计算中断号, 最后使用新计算出的这个中断号调用 irq_desc[新中断号].handle_irq
s3c_irq_demux_extint8 与 handle_edge_irq / handle_level_irq 是什么关系?
s3c_irq_demux_extint8最后调用 irq_desc[新中断号].handle_irq 这个入口函数就是在 s3c24xx_init_irq 中定义的中断入口函数 set_irq_handler(irqno, handle_edge_irq); 中的 handle_edge_irq
上述就是小编为大家分享的什么是linux异常体系结构了，如果刚好有类似的疑惑，不妨参照上述分析进行理解。如果想知道更多相关知识，欢迎关注行业资讯频道。
