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龙芯处理器内核中断讲解

大、猫2020-03-20 17:14:40541收藏 4

分类专栏：龙芯

版权声明：本文为博主原创文章，遵循 CC 4.0 BY-SA 版权协议，转载请附上原文出处链接和本声明。

本文链接： https://blog.csdn.net/tongxin1101124/article/details/104993993

版权

龙芯处理器内核中断讲解

这里以龙芯处理器ls2k1000为例讲解

1、和中断相关的协处理器

①　原因寄存器(Cause)

IP7-0指出等待的中断。该位将保持不变直到中断撤除。IP0~IP1 是软中断位，IP2-IP6 每位代表一组中断源，IP7 代表一个内部计时器。
ExcCode 是一个 5 位的编码，告诉哪种异常产生了，若有异常产生并且 ExcCode 为 0 时说明是中断异常。
Cause 寄存器的 ExcCode 域

ExcCode	助记符	描述
0	INT	中断
1	MOD	TLB 修改例外
2	TLBL	TLB 例外(读或者取指令)
3	TLBS	TLB 例外(存储)
4～7	… … …	… … …
8	SYS	系统调用例外
9～31	… … …	… … …

②　状态寄存器(SR)

BEV 启动时异常向量，当BEV==1时，CPU用ROM空间的异常入口。
IM7-0 中断屏蔽:8位字段，决定哪组中断有请求时可以触发一个异常。例如IM2置 1，cpu才可以接收到该位对应的那组中断源。
IE使能全局中断，只有该位置1时，CPU才可以接受中断异常。若ERL和EXL置1，即使该位置1也会禁止所有中断。
EXL当产生异常时CPU会置1该位，目的是迫使CPU进入内核模式并且禁用中断，这些都是由硬件自动完成的，该位清0需要使用指令eret。

2、硬件工作

产生异常时cpu硬件主动完成的工作:
①　设置 EPC(异常返回地址寄存器),
②　置 SR(EXL)位迫使 CPU 进入内核模式并且禁用中断
③　设置 Cause 寄存器,使得软件能看到异常的原因
④　CPU 从异常入口点取指令执行

cpu会跳到异常处理入口取指令，内核下异常处理入口设置为0x80000180，并且按照规定这段代码不能超过 128 个字节，以上详情参考*《MIPS 体系结构透视》

3、软件工作

内核启动中会调用trap_init函数

===>start_kernel (init/main.c)
	===>trap_init (arch/mips/kernel/traps.c)
		===>set_handler
			set_except_vector

     
      

     
      

       
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trap_init函数中将异常处理程序填入到异常入口点，这个函数位于arch/mips/kernel/traps.c中，在该函数中有以下语句:

set_handler(0x180, &except_vec3_generic, 0x80);

     
      

     
      

       
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语句的作用是把函数excpet_vec3_generic拷贝到异常入口点：0x80000180，该函数就是异常处理程序，函数位于 arch/mips/kernel/genex.S中,该函数很短不会超过 128 个字节。

NESTED(except_vec3_generic, 0, sp)                                                                                                           
     .set    push
     .set    noat
 	 ... ... ... ...
     mfc0    k1, CP0_CAUSE			      /*读取原因寄存器*/
     andi    k1, k1, 0x7c				  /*取出异常编码*/
 	 ... ... ... ...
     PTR_L   k0, exception_handlers(k1)  /*根据异常编码把相应的异常函数的地址放到 K0 寄存器中*/                        
     jr  k0							     /*根据异常编码处理不同的异常*/
     .set    pop
END(except_vec3_generic)

     
      

     
      

       
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exception_handlers定义在arch/mips/kernel/traps.c，我们把它的定义列出来:

unsigned long exception_handlers[32];

     
      

     
      

       
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exception_handlers是具有32个元素的数组，而原因寄存器的ExcCode也是32，exception_handlers[32]每个数组元素对应一种异常，比如exception_handlers[0]对应中断或exception_handlers[8]对用系统调用。当发生异常时需要exception_handlers[32]数组，所以在发生异常前必须初始化这个数组，数组的初始化在函数在trap_init函数中，列出来和初始化exception_handlers[32]数组有关的代码:

set_except_vector(0, handle_int);		 /*handle_int中断处理函数*/
set_except_vector(1, handle_tlbm);
set_except_vector(2, handle_tlbl);
set_except_vector(3, handle_tlbs);

set_except_vector(4, handle_adel);
set_except_vector(5, handle_ades);

set_except_vector(6, handle_ibe);
set_except_vector(7, handle_dbe);

set_except_vector(8, handle_sys);
set_except_vector(9, handle_bp);
... ... ... ...

当发生中断时候就会根据ExcCode选择handle_int函数执行，函数的定义位在 arch/mips/kernel/genex.S，handle_int函数的关键部分并做出相应的注释：

NESTED(handle_int, PT_SIZE, sp)
 ... ... ... ...
     SAVE_ALL			/*该函数的定义在 include/asm/stackframe.h*/ 
/*由于中断发生的随机型，并且需要从中断中返回，所以当发生中断时，必须把现场环境保存起来，主要包括各种寄存器等等该函数就是这个作用*/                                                                      
     CLI                                                                                          
     TRACE_IRQS_OFF                                                                               
                                                                                                  
     LONG_L  s0, TI_REGS($28)                                                                     
     LONG_S  sp, TI_REGS($28)                                                                     
     PTR_LA  ra, ret_from_irq	/*该函数定义在 arch/mips/kernel/entry.S*/     
/*把函数地址存到 ra 中，当从函数plat_irq_dispatch 中返回后就会执行 ret_from_irq 中执行，ra寄存器就是存储子程序返回指令*/                                                        
     PTR_LA  v0, plat_irq_dispatch                                                                
     jr  v0                                                                                                                                                                         
     END(handle_int)

 
  

 
  

   
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函数plat_irq_dispatch定义在arch/mips/loongson2/irq.c中，函数根据原因寄存器(IP7-0)执行中断处理程序。

asmlinkage void plat_irq_dispatch(void)                                                       
{
                                                                                                 
     unsigned int cp0_cause;                                                                                                                  
     unsigned int cp0_status;                                                                  
     unsigned int cp0_cause_saved;                                                             
     cp0_cause_saved = read_c0_cause() & ST0_IM ;                                              
     cp0_status = read_c0_status();                                                            
     cp0_cause = cp0_cause_saved & cp0_status;                                                 
                                                                                                                                                                                              
     if (cp0_cause & STATUSF_IP7)                                                              
         ip7_dispatch();                                                                       
                                                                                               
 #ifdef CONFIG_SMP 
     else if (cp0_cause & STATUSF_IP6)                                                         
         ip6_dispatch();                                                                       
                                                                                               
 #endif 
     else if (cp0_cause & STATUSF_IP5)                                                         
         ip5_dispatch();                                                                       
     else                                                                                      
         ip4_dispatch();                                                                       
                                                                                               
 }

中断产生后内核找驱动中定义的中断处理函数流程：

==>handle_int  (arch/mips/kernel/genex.S)
	==>plat_irq_dispatch (arch/mips/loongson2/irq.c)
		==>ip*_dispatch (arch/mips/loongson2/irq.c)
			==> do_IRQ (arch/mips/kernel/irq.c)
				==>generic_handle_irq (kernel/irq/irqdesc.c)
					==>generic_handle_irq_desc (include/linux/irqdesc.h)
						==> desc->handle_irq

 
  

 
  

   
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desc->handle_irq 由来

==>start_kernel (init/main.c)
	==>init_IRQ (arch/mips/kernel/irq.c)
		==>arch_init_irq	(arch/mips/loongson2/irq.c)
			==>setup_irq_default (arch/mips/loongson2/irq.c)
				==> irq_set_chip_and_handler (include/linux/irq.h)
					==>irq_set_chip_and_handler_name (kernel/irq/chip.c)
						==> irq_set_chip
						 	__irq_set_handler

 
  

 
  

   
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__irq_set_handler里定义了desc->handle_irq = handle，而handle为传参数，实际是handle_level_irq函数。

==>handle_level_irq (kernel/irq/chip.c)
	==>handle_irq_event (kernel/irq/handle.c)
		==>handle_irq_event_percpu 
			==>__handle_irq_event_percpu
				==> action->handler 调用注册的中断处理函数

 
  

 
  

   
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以上大致介绍了当中断异常发生时，内核是怎样精确的找到用request_irq函数注册的中断处理函数。

4、外设中断

①　中断注册
在3.10内核中用于申请中断的函数是request_irq，函数原型在include/linux/interrupt.h中定义：

static inline int __must_check
request_irq(unsigned int irq, irq_handler_t handler, unsigned long flags,
         const char *name, void *dev)
 {
    
     return request_threaded_irq(irq, handler, NULL, flags, name, dev);
 } 

 
  

 
  

   
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irq：是要申请的硬件中断号
handler：是向系统注册的中断处理函数，是一个回调函数，中断发生时，系统调用这个函数，dev_id参数将被传递给它。
irqflags:是中断处理的属性，include/linux/interrupt.h中定义所有中断处理的属性。
devname:设置中断名称，通常是设备驱动程序的名称，在cat /proc/interrupts中可以看到此名称。
dev_id：在中断共享时会用到，一般设置为这个设备的设备结构体或者NULL。
request_irq函数返回0表示成功，返回-INVAL表示中断号无效或处理函数指针为NULL，返回-EBUSY表示中断已经被占用且不能共享。

request_threaded_irq函数原型在kernel/irq/manage.c中定义，该函数中将注册的中断处理函数handler赋值给了action->handler。

龙芯2K1000芯片最多支持64个中断源，以统一方式进行管理，各外设中断号可以在arch/mips/include/asm/mach-loongson2/irq.h查找。

②　中断释放
注销函数定义在kernel/irq/manage.c中定义：

void free_irq(unsigned int irq, void *dev_id)

 
  

 
  

   
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返回值：函数运行正常时返回 0 ，否则返回对应错误的负值。