嵌入式Linux开发——裸板程序之中断控制器
ARM体系的CPU具有7种工作模式
- 用户模式（usr）：ARM处理器正常的程序执行状态
- 快速中断模式（fiq）：用于高速数据传输或通道处理
- 中断模式（irq）：用于通用的中断处理
- 管理模式（svc）：操作系统使用的保护模式
- 数据访问中止模式（abt）：当数据或指令预取终止时进入该模式，用于虚拟存储以及存储保护
- 系统模式（sys）：运行具有特权的操作系统任务
- 未定义指令中止模式：（und）：当未定义的指令执行时进入该模式，可用于支持硬件协处理器的软件仿真
模式不同的时的区别
-
不同的寄存器
在不同的模式下同样的汇编指令所操作的寄存器不同，在切换模式的时候，需要提前保存“现场”，由于模式切换会改变寄存器，那么不保存则数据会丢失。
不同模式下的寄存器情况 - 不同的权限
CPU在不同的模式下，配合MMU可以限制部分内存的访问权限 - 触发条件
上电后，位于管理模式；
发生中断，进入irq模式等等
异常和中断
- 中断
当程序在处理一件事时，有两种方法能够获取其他的状态改变的信息，第一种是不断的去查看是否状态发生了改变，第二种是采用中断的方式来通知程序状态已经改变了。
中断是一种异常。
发生了异常之后，会发生：
1.CPU强制进入异常模式（相当于切换了寄存器）；
2.PC指针（PC是指寄存器PC，它里边的值总是指向当前程序的运行点的地址。）等于异常入口（异常入口是一些固定的地址），也就相当与cpu跳转到对应的地址进行执行，异常处理程序。
2440的中断体系结构
使用中断的前提，需要有一个程序“被中断”
- 中断发生，保存“别人”的状态
在能发生中断前，需要先使能中断（之前需要有一些初始化（初始化引脚））。
- 中断处理
分辨中断源，进行不同的处理，处理完后清除中断状态 - 恢复“别人”的状态
那么在2440芯片中按照上面的中断过程来看，那么2440中一定会有：
- 使能/禁止中断
- 分辨中断源（状态寄存器）
- 何种状态发生中断：高电平触发/低电平触发/上升沿触发/下降沿触发等
- 引脚设置为中断引脚（GPIO为EINT，串口等则会不同，具体和硬件相关）
- 中断的优先级寄存器，来处理多个中断同时发生的处理情况
2440的中断程序图
@******************************************************************************
@ File：head.S
@ 功能：初始化，设置中断模式、管理模式的栈，设置好中断处理函数
@******************************************************************************
.extern main
.text
.global _start
_start:
@******************************************************************************
@ 异常向量，本程序中，除Reset和HandleIRQ外，其它异常都没有使用
@******************************************************************************
b Reset
@ 0x04: 未定义指令中止模式的向量地址
HandleUndef:
b HandleUndef
@ 0x08: 管理模式的向量地址，通过SWI指令进入此模式
HandleSWI:
b HandleSWI
@ 0x0c: 指令预取终止导致的异常的向量地址
HandlePrefetchAbort:
b HandlePrefetchAbort
@ 0x10: 数据访问终止导致的异常的向量地址
HandleDataAbort:
b HandleDataAbort
@ 0x14: 保留
HandleNotUsed:
b HandleNotUsed
@ 0x18: 中断模式的向量地址
b HandleIRQ
@ 0x1c: 快中断模式的向量地址
HandleFIQ:
b HandleFIQ
Reset:
ldr sp, =4096 @ 设置栈指针，以下都是C函数，调用前需要设好栈
bl disable_watch_dog @ 关闭WATCHDOG，否则CPU会不断重启
msr cpsr_c, #0xd2 @ 进入中断模式
ldr sp, =3072 @ 设置中断模式栈指针
msr cpsr_c, #0xd3 @ 进入管理模式
ldr sp, =4096 @ 设置管理模式栈指针，
@ 其实复位之后，CPU就处于管理模式，
@ 前面的“ldr sp, =4096”完成同样的功能，此句可省略
bl init_led @ 初始化LED的GPIO管脚
bl init_irq @ 调用中断初始化函数，在init.c中
msr cpsr_c, #0x53 @ 设置I-bit=0，开IRQ中断
ldr lr, =halt_loop @ 设置返回地址
ldr pc, =main @ 调用main函数
halt_loop:
b halt_loop
HandleIRQ:
sub lr, lr, #4 @ 计算返回地址
stmdb sp!, { r0-r12,lr } @ 保存使用到的寄存器
@ 注意，此时的sp是中断模式的sp
@ 初始值是上面设置的3072
ldr lr, =int_return @ 设置调用ISR即EINT_Handle函数后的返回地址
ldr pc, =EINT_Handle @ 调用中断服务函数，在interrupt.c中
int_return:
ldmia sp!, { r0-r12,pc }^ @ 中断返回, ^表示将spsr的值复制到cpsr
init.c
/*
* init.c: 进行一些初始化
*/
#include "s3c24xx.h"
/*
* LED1,LED2,LED4对应GPF4、GPF5、GPF6
*/
#define GPF4_out (1<<(4*2))
#define GPF5_out (1<<(5*2))
#define GPF6_out (1<<(6*2))
#define GPF4_msk (3<<(4*2))
#define GPF5_msk (3<<(5*2))
#define GPF6_msk (3<<(6*2))
/*
* S2,S3,S4对应GPF0、GPF2、GPG3
*/
#define GPF0_eint (0x2<<(0*2))
#define GPF2_eint (0x2<<(2*2))
#define GPG3_eint (0x2<<(3*2))
#define GPF0_msk (3<<(0*2))
#define GPF2_msk (3<<(2*2))
#define GPG3_msk (3<<(3*2))
/*
* 关闭WATCHDOG，否则CPU会不断重启
*/
void disable_watch_dog(void)
{
WTCON = 0; // 关闭WATCHDOG很简单，往这个寄存器写0即可
}
void init_led(void)
{
// LED1,LED2,LED4对应的3根引脚设为输出
GPFCON &= ~(GPF4_msk | GPF5_msk | GPF6_msk);
GPFCON |= GPF4_out | GPF5_out | GPF6_out;
}
/*
* 初始化GPIO引脚为外部中断
* GPIO引脚用作外部中断时，默认为低电平触发、IRQ方式(不用设置INTMOD)
*/
void init_irq( )
{
// S2,S3对应的2根引脚设为中断引脚 EINT0,ENT2
GPFCON &= ~(GPF0_msk | GPF2_msk);
GPFCON |= GPF0_eint | GPF2_eint;
// S4对应的引脚设为中断引脚EINT11
GPGCON &= ~GPG3_msk;
GPGCON |= GPG3_eint;
// 对于EINT11，需要在EINTMASK寄存器中使能它
EINTMASK &= ~(1<<11);
/*
* 设定优先级：
* ARB_SEL0 = 00b, ARB_MODE0 = 0: REQ1 > REQ3，即EINT0 > EINT2
* 仲裁器1、6无需设置
* 最终：
* EINT0 > EINT2 > EINT11即K2 > K3 > K4
*/
PRIORITY = (PRIORITY & ((~0x01) | (0x3<<7))) | (0x0 << 7) ;
// EINT0、EINT2、EINT8_23使能
INTMSK &= (~(1<<0)) & (~(1<<2)) & (~(1<<5));
}
iterrupt.c
#include "s3c24xx.h"
void EINT_Handle()
{
unsigned long oft = INTOFFSET;
unsigned long val;
switch( oft )
{
// S2被按下
case 0:
{
GPFDAT |= (0x7<<4); // 所有LED熄灭
GPFDAT &= ~(1<<4); // LED1点亮
break;
}
// S3被按下
case 2:
{
GPFDAT |= (0x7<<4); // 所有LED熄灭
GPFDAT &= ~(1<<5); // LED2点亮
break;
}
// K4被按下
case 5:
{
GPFDAT |= (0x7<<4); // 所有LED熄灭
GPFDAT &= ~(1<<6); // LED4点亮
break;
}
default:
break;
}
//清中断
if( oft == 5 )
EINTPEND = (1<<11); // EINT8_23合用IRQ5
SRCPND = 1<s3c24xx.h
/* WOTCH DOG register */
#define WTCON (*(volatile unsigned long *)0x53000000)
/* SDRAM regisers */
#define MEM_CTL_BASE 0x48000000
#define SDRAM_BASE 0x30000000
/* NAND Flash registers */
#define NFCONF (*(volatile unsigned int *)0x4e000000)
#define NFCMD (*(volatile unsigned char *)0x4e000004)
#define NFADDR (*(volatile unsigned char *)0x4e000008)
#define NFDATA (*(volatile unsigned char *)0x4e00000c)
#define NFSTAT (*(volatile unsigned char *)0x4e000010)
/*GPIO registers*/
#define GPBCON (*(volatile unsigned long *)0x56000010)
#define GPBDAT (*(volatile unsigned long *)0x56000014)
#define GPFCON (*(volatile unsigned long *)0x56000050)
#define GPFDAT (*(volatile unsigned long *)0x56000054)
#define GPFUP (*(volatile unsigned long *)0x56000058)
#define GPGCON (*(volatile unsigned long *)0x56000060)
#define GPGDAT (*(volatile unsigned long *)0x56000064)
#define GPGUP (*(volatile unsigned long *)0x56000068)
#define GPHCON (*(volatile unsigned long *)0x56000070)
#define GPHDAT (*(volatile unsigned long *)0x56000074)
#define GPHUP (*(volatile unsigned long *)0x56000078)
/*UART registers*/
#define ULCON0 (*(volatile unsigned long *)0x50000000)
#define UCON0 (*(volatile unsigned long *)0x50000004)
#define UFCON0 (*(volatile unsigned long *)0x50000008)
#define UMCON0 (*(volatile unsigned long *)0x5000000c)
#define UTRSTAT0 (*(volatile unsigned long *)0x50000010)
#define UTXH0 (*(volatile unsigned char *)0x50000020)
#define URXH0 (*(volatile unsigned char *)0x50000024)
#define UBRDIV0 (*(volatile unsigned long *)0x50000028)
/*interrupt registes*/
#define SRCPND (*(volatile unsigned long *)0x4A000000)
#define INTMOD (*(volatile unsigned long *)0x4A000004)
#define INTMSK (*(volatile unsigned long *)0x4A000008)
#define PRIORITY (*(volatile unsigned long *)0x4A00000c)
#define INTPND (*(volatile unsigned long *)0x4A000010)
#define INTOFFSET (*(volatile unsigned long *)0x4A000014)
#define SUBSRCPND (*(volatile unsigned long *)0x4A000018)
#define INTSUBMSK (*(volatile unsigned long *)0x4A00001c)
/*external interrupt registers*/
#define EINTMASK (*(volatile unsigned long *)0x560000a4)
#define EINTPEND (*(volatile unsigned long *)0x560000a8)
main.c
int main()
{
while(1);
return 0;
}
Makefile
objs := head.o init.o interrupt.o main.o
int.bin: $(objs)
arm-linux-ld -Ttext 0x00000000 -o int_elf $^
arm-linux-objcopy -O binary -S int_elf $@
arm-linux-objdump -D -m arm int_elf > int.dis
%.o:%.c
arm-linux-gcc -Wall -O2 -c -o $@ $<
%.o:%.S
arm-linux-gcc -Wall -O2 -c -o $@ $<
clean:
rm -f int.bin int_elf int.dis *.o
发生中断
- CPU进入IRQ模式，切断寄存器（特别是SP寄存器，入栈出栈会进入自己的栈）
- PC = IRQ的入口地址
- 软件部分
- 计算返回到"被中断"处的地址
- 保存现场（寄存器）
- 调用中断的处理函数
- 分辨中断源（对于2440，可以读取INTOFFSET寄存器0x4A000014）
- 处理
- 清除状态
- 恢复被中断的程序