s5pv210——中断系统相关介绍
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参考资料：http://www.cnblogs.com/biaohc/p/6354068.html
一、S5PV210的中断体系介绍
1、什么是中断？
- 中断用来解决宏观上的并行需求；
- 微观上的并行，指的真正的并行，就是精确到每一秒甚至每一刻，多个事情都是在同时进行的。
- 宏观上的并行，并不等于微观上的并行，有时候宏观上是并行的，微观上是串行的。
- 单核CPU无法并行，但是通过中断机制，可以实现假并行（宏观上的并行，微观上实际还是串行的）。
2、中断的实现机制——异常向量表
（1）异常向量表是CPU中某些特定地址的特定定义。当中断发生的时候，中断要想办法通知CPU去处理中断，怎么做到？依靠异常向量表。
（2）在CPU设计时，事先定义了CPU中一些特定地址作为特定异常的入口地址。
- 譬如定义0x00000000地址为复位异常向量地址，则发生复位异常时CPU会自动跳转到0x00000000地址去执行指令。
- 譬如外部中断对应的异常向量地址为0x30000008，则发生外部中断后，CPU会硬件自动跳转到0x30000008地址去执行指令。
- 硬件决定发生什么异常时，CPU自动跳转PC到哪个地址去执行；
- 软件把处理这个异常的代码的首地址填入这个异常向量地址。
3、S5PV210的异常向量表
- 异常向量表中各个向量的相对位置是固定的，但是起始地址是不固定的，各种SoC可以不一样。
- 复杂ARM中还可以让用户来软件设置异常向量表的基地址。
- 所有架构（譬如51单片机、PIC单片机）的CPU的中断，都是通过异常向量表实现的，但是不同CPU异常向量表的构造和位置是不同的。
4、异常和中断的区别和联系
（1）对SoC来说，发生复位、软中断、中断、快速中断、取指令异常、数据异常等，我们都统一叫异常。因此，中断其实是异常的一种。
（2）异常的定义就是突发事件，打断了CPU的正常常规业务，CPU不得不跳转到异常向量表中去执行异常处理程序。
- 中断是异常的一种，一般特指SoC内的内部外设产生的打断SoC常规业务，或者外部中断（SoC的GPIO引脚传回来的中断）。
二、异常向量表的编程处理
1、像内存一样去访问异常向量表
- S5PV210的异常向量表可以改变（在CP15协处理器中），以适应操作系统的需求。
- 但是系统刚启动时，DRAM尚未初始化，程序都在SRAM中运行。210在iRAM中设置了异常向量表，供暂时性使用。
- 查阅iRAM的地址分配，可知，iRAM中的异常向量表起始地址为0xD0037400。
2、函数名的实质就是函数的首地址
（1）编译器把函数体对应的代码段和这个函数的函数名（实质是符号）对应起来
- 当使用这个函数名符号时，编译器会将函数的函数体实际上做替换。因为函数体都不止4字节，而函数名这个符号只能对应1个地址，所以实际对应的是函数体那一个代码段的首地址。
- 拿C语言中的语法来讲，函数名就是这个函数的函数指针。
（2）将异常处理程序的首地址和异常向量表绑定后，异常处理初步阶段就完成了。
到目前可以保证相应异常发生后，硬件自动跳转到对应异常向量表入口去执行时，可以执行到我们事先绑定的函数。
3、为什么中断处理要先在汇编中进行
（1）中断处理，需要保护现场和恢复现场
- 比如中断从SVC模式来，则保存SVC模式下的必要寄存器的值；
- 中断处理完成后，准备返回SVC模式前，要将相关寄存器的值恢复回去，否则到了SVC模式后寄存器的值乱了，SVC模式下原来正在进行的常规任务将会被破坏。
（2）保存现场
- 第一，设置IRQ栈；
- 第二，保存LR；
- 第三，保存R0～R12；
（3）为什么要保存LR寄存器？
- 要考虑中断返回的问题，即中断ISR执行完后如何返回SVC模式下去接着执行原来的代码。
- 中断返回其实取决于我们进入中断时如何保存现场。
- 中断返回时关键的2个寄存器就是PC和CPSR。
- 在进入IRQ模式时，应该将SVC模式下的下一句指令的地址（中断返回地址）和CPSR保存起来，将来恢复时才可以将中断返回地址给PC，将保存的CPSR给CPSR。
- 中断返回地址保存在LR中，而CPSR（自动）保存在（IRQ模式下的）SPSR中。
- 见博客http://blog.csdn.net/oqqhutu12345678/article/details/71215628
（4）恢复现场主要是恢复：r0-r12，pc，cpsr
三、S5PV210的向量中断控制器
1、异常处理的2个阶段
- 第一个阶段是异常向量表跳转；
- 第二个阶段是进入真正的异常处理程序。
2、中断处理的第一阶段（异常向量表阶段）处理。
- 第一个阶段主要依赖CPU设计时提供的异常向量表机制，主要任务是从异常发生到响应异常并且保存/恢复现场、跳转到真正的异常处理程序处。
- 第二个阶段的目的是识别多个中断源中究竟哪一个发生了中断，然后调用相应的中断处理程序来处理这个中断。
3、S3C2440的第二阶段处理过程
（1）怎么找到具体是哪个中断？
- S3C2440的中断控制器中有一个寄存器（32位的），寄存器的每一个位对应一个中断源（为了解决支持更多中断源，2440又设计了一个子中断机制。在一级中断寄存器中有一些中断是共用的一个bit位，譬如AC97和WDT。对于共用中断，用子中断来区分究竟是哪一个发生了中断）
（2）怎么找到对应的isr？
- 首先给每个中断做了个编号，进入isr_handler之后先通过查阅中断源寄存器和子中断寄存器（中哪一位为1）确定中断的编号，然后用这个编号去isr数组（isr数组是中断初始化时事先设定好的，就是把各个中断的isr的函数名组成一个数组，用中断对应的编号作为索引来查询这个数组）中查阅得到isr地址。
4、S5PV210的第二阶段处理过程
（1）怎么找到具体是哪个中断？
- S5PV210中因为支持的中断源很多，所以直接设计了4个中断寄存器，每个32位，每位对应一个中断源。
- 理论上210最多支持128个中断，实际支持不足128个，有些位是空的；见博客http://blog.csdn.net/oqqhutu12345678/article/details/71747613。
- 210没有子中断寄存器，每个中断源都是并列的。
- 当中断发生时，在irq_handler中依次去查询4个中断源寄存器，看哪一个中断源寄存器的哪一位被置1，则这个位对应的寄存器就发生了中断，即找到了中断编号。
（2）怎么找到对应的isr？
- 210中支持的中断源多了很多，如果还使用2440的那一套来寻找isr地址就太慢了，太影响实时性了。于是210开拓了一种全新的寻找isr的机制。210提供了很多寄存器来解决每个中断源对应isr的寻找问题，具体寻找过程和建立过程见下节，实现的效果是当发生相应中断时，硬件会自动的将相应isr推入一定的寄存器中，我们软件只要去这个寄存器中执行函数就行了。
5、总结：第一阶段都相同，第二阶段各不同
- 第一阶段（异常向量表阶段）2440和210几乎是完全相同的。实际上几乎所有的CPU在第一阶段都是相同的。
- 第二阶段彼此不同。各个SoC根据自己对实时性的要求，和支持的中断源的多少，发明了各自处理中断，找到中断编号，进一步找到对应isr地址的方式。
四、S5PV210中断处理的主要寄存器
1、VICnINTENABLE、VICnINTENCLEAR
（1）VICnINTENABLE寄存器负责相应的中断的使能，VICnINTENCLEAR寄存器负责相应的中断的禁止。
- 启用（即当硬件产生中断时CPU能接收的到）某个中断时，需要在此中断编号对应的VICnINTENABLE的相应bit位写1；
- 禁止某个中断源时，需要向VICnINTENCLEAR中相应的位写1；
- 有些CPU是中断使能和禁止是一个寄存器位，写1就使能写0就禁止（或者反过来写1就进制写0就使能）；
- 有些CPU是使能和禁止分开为2个寄存器，要使能就写使能寄存器，要禁止就写禁止寄存器。
（2）这里的n=0,1,2,3共四个寄存器，每个寄存器都是32bit，每个bit对应一个中断源是否使能 。
- VIC0INTENABLE VIC0INTCLEAR；
- VIC1INTENABLE VIC1INTCLEAR
- VIC2INTENABLE VIC2INTCLEAR
- VIC3INTENABLE VIC3INTCLEAR
（3）例如下面的代码
// 使能中断
// 通过传参的intnum来使能某个具体的中断源，中断号在int.h中定义，是物理中断号
void intc_enable(unsigned long intnum)
{
unsigned long temp;
// 确定intnum在哪个寄存器的哪一位
// <32就是0～31，必然在VIC0
if(intnum<32)
{
temp = VIC0INTENABLE;
temp |= (1<// 禁止中断
// 通过传参的intnum来禁止某个具体的中断源，中断号在int.h中定义，是物理中断号
void intc_disable(unsigned long intnum)
{
unsigned long temp;
if(intnum<32)
{
temp = VIC0INTENCLEAR;
temp |= (1<2、VICnINTSELECT寄存器
（1）设置各个中断的模式为irq还是fiq。一般都设置成irq。
（2）IRQ和FIQ究竟有何区别？
- 210中支持2种中断，irq和fiq。irq是普通中断，fiq是快速中断。
- 快速中断提供一种更快响应处理的中断通道，用于对实时性要求很高的中断源。
- fiq在CPU设计时预先提供了一些机制保证fiq可以被快速处理，从而保证实时性。
- fiq的限制就是只能有一个中断源被设置为fiq，其他都是irq。
（3）CPU如何保证fiq比irq快？
- 第一，fiq模式有专用的r8～r12，因此在fiq的isr中可以直接使用r8-r12而不用保存，这就能节省时间；
- 第二，异常向量表中fiq是最后一个异常向量入口。因此fiq的isr不需要跳转，可以直接写在原地，这样就比其他异常少跳转一次，省了些时间。
（4）这里的n=0,1,2,3共四个寄存器，可以设置各个中断的模式。
- VIC0INTSELECT，VIC1INTSELECT，VIC2INTSELECT，VIC3INTSELECT。
（5）代码
// 清除需要处理的中断的中断处理函数的地址
void intc_clearvectaddr(void)
{
// VICxADDR:当前正在处理的中断的中断处理函数的地址（即isr的入口地址，见3的代码示例）
VIC0ADDR = 0;
VIC1ADDR = 0;
VIC2ADDR = 0;
VIC3ADDR = 0;
}
// 初始化中断控制器
void intc_init(void)
{
// 禁止所有中断
// 为什么在中断初始化之初要禁止所有中断？
// 因为中断一旦打开，因为外部或者硬件自己的原因产生中断后一定就会寻找isr
// 而我们可能认为自己用不到这个中断就没有提供isr，这时它自动拿到的就是乱码
// 则程序很可能跑飞，所以不用的中断一定要关掉。
// 一般的做法是先全部关掉，然后再逐一打开自己感兴趣的中断。一旦打开就必须
// 给这个中断提供相应的isr并绑定好。
VIC0INTENCLEAR = 0xffffffff;
VIC1INTENCLEAR = 0xffffffff;
VIC2INTENCLEAR = 0xffffffff;
VIC3INTENCLEAR = 0xffffffff;
// 这里把所有的中断源的中断类型设置为IRQ；其实可以具体到设置每一个中断的中断模式
VIC0INTSELECT = 0x0;
VIC1INTSELECT = 0x0;
VIC2INTSELECT = 0x0;
VIC3INTSELECT = 0x0;
// 清VICxADDR
intc_clearvectaddr();
}3、VICnIRQSTATUS、VICnFIQSTATUS
（1）中断状态寄存器
- 该寄存器是只读的。
- 当发生了中断时，硬件会自动将该寄存器的对应位置为1，表示中断发生了。
- 软件在处理中断第二阶段的第一阶段，就是靠查询这个寄存器来得到中断编号的。
- 有四个：VIC0IRQSTATUS，VIC1IRQSTATUS，VIC2IRQSTATUS，VIC3IRQSTATUS。
（2）代码示例
// 通过读取VICnIRQSTATUS寄存器，判断其中哪个有一位为1，来得知哪个VIC发生中断了
unsigned long intc_getvicirqstatus(unsigned long ucontroller)
{
if(ucontroller == 0)
return VIC0IRQSTATUS;
else if(ucontroller == 1)
return VIC1IRQSTATUS;
else if(ucontroller == 2)
return VIC2IRQSTATUS;
else if(ucontroller == 3)
return VIC3IRQSTATUS;
else
{}
return 0;
}
// 真正的中断处理程序。意思就是说这里只考虑中断处理，不考虑保护/恢复现场
void irq_handler(void)
{
//printf("irq_handler.\n");
// SoC支持很多个（在低端CPU例如2440中有30多个，在210中有100多个）中断
// 这么多中断irq在第一个阶段走的是一条路，都会进入到irq_handler来
// 我们在irq_handler中要去区分究竟是哪个中断发生了，然后再去调用该中断
// 对应的isr。
// 虽然硬件已经自动帮我们把isr放入了VICnADDRESS中，但是因为有4个，所以我们必须
// 先去软件的检查出来到底哪个VIC中断了，也就是说isr到底在哪个VICnADDRESS寄存器中
unsigned long vicaddr[4] = {VIC0ADDR,VIC1ADDR,VIC2ADDR,VIC3ADDR};
int i=0;
void (*isr)(void) = NULL;
for(i=0; i<4; i++)
{
// 发生一个中断时，4个VIC中有3个是全0，1个的其中一位不是0
if(intc_getvicirqstatus(i) != 0)
{
isr = (void (*)(void)) vicaddr[i];
break;
}
}
(*isr)(); // 通过函数指针来调用函数
}
4、VICnVECTPRIORITY0～VICnVECTPRIORITY31寄存器
- 中断优先级设置寄存器，设置多个中断同时发生时先处理谁后处理谁的问题。
- 一般来说高优先级的中断可以打断低优先级的中断，从而嵌套处理中断。
5、VICnVECTADDR0～VICnVECTADDR31寄存器
（1）这些寄存器和210中断处理第二阶段的第二阶段有关。
（2）VICnVECTADDR0~31这32个寄存器。
- 分别用来存放真正的各个中断对应的isr的函数地址。即中断处理函数的存放地址。
- 相当于每一个中断源都有一个VECTADDR寄存器，程序员在设置中断的时候，把这个中断的isr地址直接放入这个中断对应的VECTADDR寄存器即可。
- n=0,1,2,3；
（3）代码
// 绑定我们写的isr到VICnVECTADDR寄存器
// 绑定过之后我们就把isr地址交给硬件了，剩下的我们不用管了，硬件自己会处理
// 等发生相应中断的时候，我们直接到相应的VICnADDR中去取isr地址即可。
// 参数：intnum是int.h定义的物理中断号，handler是函数指针，就是我们写的isr
// VIC0VECTADDR定义为VIC0VECTADDR0寄存器的地址，就相当于是VIC0VECTADDR0～31这个
// 数组（这个数组就是一个函数指针数组）的首地址，然后具体计算每一个中断的时候
// 只需要首地址+偏移量即可。
void intc_setvectaddr(unsigned long intnum, void (*handler)(void))
{
//VIC0
if(intnum<32)
{
*( (volatile unsigned long *)(VIC0VECTADDR + 4*(intnum-0)) ) = (unsigned)handler;
}
//VIC1
else if(intnum<64)
{
*( (volatile unsigned long *)(VIC1VECTADDR + 4*(intnum-32)) ) = (unsigned)handler;
}
//VIC2
else if(intnum<96)
{
*( (volatile unsigned long *)(VIC2VECTADDR + 4*(intnum-64)) ) = (unsigned)handler;
}
//VIC3
else
{
*( (volatile unsigned long *)(VIC3VECTADDR + 4*(intnum-96)) ) = (unsigned)handler;
}
return;
}6、VICnADDRESS寄存器
- 内容由硬件自动设置。当发生中断时，硬件自动识别中断编号，并且自动找到这个中断的VECTADDR寄存器，把寄存器的内容复制到VICADDRESS中，以供使用。
- 这样的设计避免了软件查找中断源和isr，节省了时间，提高了210的中断响应速度。
// 真正的中断处理程序。意思就是说这里只考虑中断处理，不考虑保护/恢复现场
void irq_handler(void)
{
//printf("irq_handler.\n");
// SoC支持很多个（在低端CPU例如2440中有30多个，在210中有100多个）中断
// 这么多中断irq在第一个阶段走的是一条路，都会进入到irq_handler来
// 我们在irq_handler中要去区分究竟是哪个中断发生了，然后再去调用该中断
// 对应的isr。(函数指针)
// 虽然硬件已经自动帮我们把isr放入了VICnADDR中，但是因为有4个，所以我们必须
// 先去软件的检查出来到底哪个VIC中断了，也就是说isr到底在哪个VICADDR寄存器中
unsigned long vicaddr[4] = {VIC0ADDR,VIC1ADDR,VIC2ADDR,VIC3ADDR};
int i=0;
void (*isr)(void) = NULL;
for(i=0; i<4; i++)
{
// 发生一个中断时，4个VIC中有3个是全0，1个的其中一位不是0
if(intc_getvicirqstatus(i) != 0)
{
isr = (void (*)(void)) vicaddr[i];
break;
}
}
(*isr)(); // 通过函数指针来调用函数
}
五、总结
整个中断过程可以分为两部分
第一部分是我们为中断响应而做的预备工作：
- 初始化中断控制器
- 绑定写好的isr到中断控制器
- 相应中断的所有条件使能
第二部分是当硬件产生中断后如何自动执行isr：
- 第一步，经过异常向量表跳转入IRQ/FIQ的入口（IRQ_handl:）
- 第二步，做中断现场保护（在start.S中），然后跳入isr_handler
- 第三步，在isr_handler中先去搞清楚是哪个VIC中断了，然后直接去这个VIC的ADDR寄存器中取isr来执行即可
- 第四步，isr执行完，中断现场恢复，直接返回继续做常规任务。