分析2440test中的中断处理部分

这个 2440test里面的中断写的向量有些隐蔽,兜了很多个圈,也难怪这么难理解,下面 就对这个东西抽丝剥茧,看清楚这究竟是一个怎么样的过程。 中断向量 b HandlerIRQ ;handler for IRQ interrupt 很自然,因为所有的单片机都是那样,中断向量一般放在开头,用过单片机的人都会很熟悉 那就不多说了。 异常服务程序 这里不用中断(interrupt)而用异常(exception),毕竟中断只是异常的一种情况,呵呵 下面主要分析的是“中断异常”说白了,就是我们平时单片机里面用的中断!!!所有有器件 引起的中断,例如TIMER中断,UART中断,外部中断等等,都有一个统一的入口,那就是中断异常 IRQ ! 然后从IRQ的服务函数里面分辨出,当前究竟是什么中断,再跳转到相应的中断 服务程序。这样看来,ARM比单片机要复杂一些了,不过原理是不变的。 上面说的就是思路,跟着这个思路来接着分析。 HandlerIRQ 很明显是一个标号,我们找到了 HandlerIRQ HANDLER HandleIRQ 这里是一个宏定义,我们再找到这个宏,看他是怎么定义的: MACRO $HandlerLabel HANDLER $HandleLabel $HandlerLabel sub sp,sp,#4 ;decrement sp(to store jump address) stmfd sp!,{r0} ;PUSH the work register to stack(lr does not push because it return to original address) ldr r0,=$HandleLabel ;load the address of HandleXXX to r0 ldr r0,[r0] ;load the contents(service routine start address) of HandleXXX str r0,[sp,#4] ;store the contents(ISR) of HandleXXX to stack ldmfd sp!,{r0,pc} ;POP the work register and pc(jump to ISR) MEND 用 HandlerIRQ 将这个宏展开之后得到的结果实际是这样的 HandlerIRQ sub sp,sp,#4 ;decrement sp(to store jump address) stmfd sp!,{r0} ;PUSH the work register to stack(lr does not push because it return to original address) ldr r0,=HandleIRQ ;load the address of HandleXXX to r0 ldr r0,[r0] ;load the contents(service routine start address) of HandleXXX str r0,[sp,#4] ;store the contents(ISR) of HandleXXX to stack ldmfd sp!,{r0,pc} ;POP the work register and pc(jump to ISR) 至于具体的跳转原理下面再说 好了,这样的话就容易看的多了,很明显, HandlerIRQ 还是一个标号,IRQ异常向量就是跳 转到这里执行的,这里粗略看一下,应该是保存现场,然后跳转到真正的处理函数,那么很容易 发现了这么一句 ldr r0,=HandleIRQ ,没错,我们又找到了一个标号 HandleIRQ ,看来 真正的处理函数应该是这个 HandleIRQ ,继续寻找 AREA RamData, DATA, READWRITE ^ _ISR_STARTADDRESS ; _ISR_STARTADDRESS=0x33FF_FF00 HandleReset # 4 HandleUndef # 4 HandleSWI # 4 HandlePabort # 4 HandleDabort # 4 HandleReserved # 4 HandleIRQ # 4 最后我们发现在这里找到了 HandleIRQ ,^ 其实就是 MAP ,这段程序的意思是,从 _ISR_STARTADDRESS 开始,预留一个变量,每个变量一个标号,预留的空间为 4个字节,也就是 32BIT,其实这里放的是真正 的C写的处理函数的地址,说白了,就是函数指针 - - 这样做的话就很灵活了 接着,我们需要安装IRQ处理句柄,说白了,就是设置处理函数的地址,让PC指针可以正确的跳转。 于是我们在接着的找到安装句柄的语句 ; Setup IRQ handler ldr r0,=HandleIRQ ;This routine is needed ldr r1,=IsrIRQ ;if there is not 'subs pc,lr,#4' at 0x18, 0x1c str r1,[r0] 说白了就是将 IsrIRQ 的地址填到 HandleIRQ对应的地址里面,前面说了 HandleIRQ 放的是中断处理的 函数的入口地址,我们继续找 IsrIRQ IsrIRQ sub sp,sp,#4 ;reserved for PC stmfd sp!,{r8-r9} ldr r9,=INTOFFSET ldr r9,[r9] ldr r8,=HandleEINT0 add r8,r8,r9,lsl #2 ldr r8,[r8] str r8,[sp,#8] ldmfd sp!,{r8-r9,pc} 要理解这个代码,得先学学2440的中断系统了,INTOFFSET存放的是当前中断的偏移号,根据偏移就知道当前是哪个中断源发生的中断。 注意了,我们说的是中断,而不是异常,看看原来的表是啥样子的 ^ _ISR_STARTADDRESS ; _ISR_STARTADDRESS=0x33FF_FF00 HandleReset # 4 HandleUndef # 4 HandleSWI # 4 HandlePabort # 4 HandleDabort # 4 HandleReserved # 4 HandleIRQ # 4 HandleFIQ # 4 HandleEINT0 # 4 HandleEINT1 # 4 HandleEINT2 # 4 HandleEINT3 # 4 ....... 可以看到,前面几个是异常,从 HandleEINT0 就是 IRQ异常的向量存放的地方了,这样就可以理解为 什么上面 IsrIRQ 里面里面要执行那条指令 ldr r8,=HandleEINT0 add r8,r8,r9,lsl #2 道理很简单, HandleEINT0 就是所有IRQ中断向量表的入口,在这个地址上面,加上一个适当的偏移量, INTOFFSET ,那么我们知道现在,到底是哪个IRQ在申请中断了。 至于具体怎么跳转的? 首先,我们说了,HandleEINT0 开始的一段内存里面,存放的就是中断服务函数的函数指针,ARM的体系的话,每个指针变量就是占4个字节,这里就解释了,为什么这里为每个标号分配了4个字节的空间,里面放的就是函数指针!!!下面再看看怎么跳转,继续看 IsrIRQ 里面就实现了跳转了 str r8,[sp,#8] ldmfd sp!,{r8-r9,pc} 其实最核心就是这两句了,先查找到当前中断服务程序的地址,将他放到 R8 里面,然后出栈,弹出给PC 那么PC很自然就跳到中断服务程序了。至于这里的堆栈问题又是一个非常棘手的,需要好好的参透ARM的中断架构,需要了解的可以自己仔细的阅读《ARM体系结构与编程》里面说的很详细。我们这里的重点 是研究怎么跳转。 最后,我们看看在C代码中是怎么安装终端向量的,例如看按键的外部中断,是怎么具体设置的,参看 /src/keyscan.c 里面的代码 很简单,里面只有3个函数 KeyScan_Test 是按键测试的主函数 Key_ISR 是按键中断服务函数 在 KeyScan_Test里面,我们发现了有这么一句 pISR_EINT0 = pISR_EINT2 = pISR_EINT8_23 = (U32)Key_ISR; 可以理解否? Key_ISR就是上面提到的按键中断服务函数,函数的名字,代表的就是函数的地址!!!! 将中断服务函数的地址,注意了,是地址,这是一个 U32型的变量。送到几个变量,我们以pISR_EINT0 作为例子,查看头文件定义,在 2440addr.h 里面找到 // Interrupt vector #define pISR_EINT0 (*(unsigned *)(_ISR_STARTADDRESS+0x20)) _ISR_STARTADDRESS有没有似曾相识的感觉?没错,刚才分析的汇编代码里面就提到了 ^ _ISR_STARTADDRESS ; _ISR_STARTADDRESS=0x33FF_FF00 HandleReset # 4 HandleUndef # 4 ...... 对,地址就是这里,然后 _ISR_STARTADDRESS+0x20 就是跳过前面的异常向量,进入IRQ中断向量的入口 所以说到尾 pISR_EINT0 = (U32)Key_ISR; 完成的操作就是,将 Key_ISR 的地址存放到 HandleEINT0 # 4 这个IRQ向量表里面!!!! 当按键中断发生的时候,发生IRQ异常中断 当前PC值-4 保存到LR_IRQ里面,然后执行 b HandlerIRQ 然后是执行 HandlerIRQ sub sp,sp,#4 ; 预留一个用来存放PC地址 stmfd sp!,{r0} ; 保存R0,因为下面使用了 ldr r0,=HandleIRQ ; 将HandleIRQ(服务程序)的地址装载到R0 ldr r0,[r0] str r0,[sp,#4] ; 保存到刚才预留的地方 ldmfd sp!,{r0,pc} ; 弹出堆栈,恢复R0,并且将刚才计算好的 HandleIRQ 地址弹出到 PC 堆栈是向下生长的,所以 SUB SP,SP,#4 就相当于 PUSH XX,但是这个XX这个时候并没有用,因为这里 用的是强制移动 SP 指针实现的。然后得到服务程序的地址,再将这个值放回刚才预留的栈的空位上面,最后 就是POP出R0恢复,并且将刚才得到的服务程序的地址送到 PC,那么实现的效果就是跳转到 HandleIRQ 里面了。 接着看刚才是怎么安装的HandleIRQ 的 ; Setup IRQ handler ldr r0,=HandleIRQ ;This routine is needed ldr r1,=IsrIRQ ;if there is not 'subs pc,lr,#4' at 0x18, 0x1c str r1,[r0] 可以看出,这里将 IsrIRQ 的地址的值保存到 HandleIRQ 中,也就是说,上面的 IRQ 服务程序,这个时候实际 上就是指 IsrIRQ ! 所以接着的事情就是转移到 IsrIRQ 中执行: IsrIRQ sub sp,sp,#4 ; 预留一个值来保存PC stmfd sp!,{r8-r9} ldr r9,=INTOFFSET ; 计算偏移量,下面解释 ldr r9,[r9] ldr r8,=HandleEINT0 add r8,r8,r9,lsl #2 ldr r8,[r8] str r8,[sp,#8] ; 因为保存了2个寄存器R8 R9 ,所以SP下移了8位 ldmfd sp!,{r8-r9,pc} ; 恢复寄存器,弹出到PC,同上面的一样 怎么保存,操作SP,跟最后弹出到PC的部分和上面的例子一样,下面说说中间的计算部分 计算偏移量,其实原理很简单,首先 INTOFFSET 保存着当前是哪个IRQ中断,例如 0代表着 HandleEINT0,1代表HandleEINT1 ..... 等等,这不是乱来,有一个表的,这个是由 S3C2440 的datasheet说的,自己可以去查看。 然后得到中断处理函数的向量表,这个表的首地址就是 HandleEINT0,那么很自然的想到,怎么查表?那还不简单?HandleEINT0 + INTOFFSET 不就完了?基地址加偏移量就得到表中某项了,当然,因为这里是中断处理向量 每一项占用4个字节,所以用lsl #2处理一下,左移2位相当于乘以4,偏移量乘以4,这应该很好理解的。 我们这个例子找到的就是 HandleEINT0 ,将里面的值读出来,里面放的是 HandleEINT0 服务函数的地址,这个 地址怎么来的?是在C程序里面设置的。我们看 keyscan.c 程序,找到一个 void KeyScan_Test(void) 函数, 里面有这么一句: pISR_EINT0 = pISR_EINT2 = pISR_EINT8_23 = (U32)Key_ISR; 这里是安装了3个按键中断服务程序,我们只关注 0号中断,也就是 pISR_EINT0 = (U32)Key_ISR; 这句话什么意思?先看看pISR_EINT0的定义,在 2440addr.h 中定义 #define pISR_EINT0 (*(unsigned *)(_ISR_STARTADDRESS+0x20)) 看到没有?_ISR_STARTADDRESS 不就是刚才说的那个异常向量的入口地址?加上一个 0x20 之后实际上指向的,就是 HandleEINT0 !!!这么说来,上面的意思就是,将 Key_ISR 处理函数的入口地址,送 到 HandleEINT0 中。 再来看 Key_ISR ,这是一个典型的服务程序,加了_irq 作为编译关键字,告诉编译器,这个函数是中断服务程序 得保存需要的寄存器,免得被破坏。具体可以参考《ARM体系结构与编程》P283 页的描述。 static void __irq Key_ISR(void) 继续阅读