ARM的irq和fiq中斷以及中斷嵌套

     ARM有七種模式,我們這裏只討論SVC、IRQ和FIQ模式。

     我們可以假設ARM核心有兩根中斷引腳(實際上是看不見的),一根叫 irq pin, 一根叫fiq pin.

     在ARM的cpsr中,有一個I位和一個F位,分別用來禁止IRQ和FIQ的。

     先不說中斷控制器,只說ARM核心。正常情況下,ARM核都只是機械地隨着pc的指示去做事情,當CPSR中的I和F位爲1的時候,IRQ和FIQ全部處 于禁止狀態。無論你在irq pin和fiq pin上面發什麼樣的中斷信號,ARM是不會理你的,你根本不能打斷他,因爲他耳聾了,眼也瞎了。

     在I位和F位爲0的時候,當irq pin上有中斷信號過來的時候,就會打斷arm的當前工作,並且切換到IRQ模式下,並且跳到相應的異常向量表(vector)位置去執行代碼。這個過程是自動的,但是返回到被中斷打斷的地方就得您親自動手了。當你跳到異常向量表,處於IRQ的模式的時候,I位被置1,禁止irq中斷。這個時候如果irq pin上面又來中斷信號了,ARM不會相應的。而對於已經響應的irq中斷,退出中斷服務函數時,要清楚中斷源,否則會一直觸發irq中斷,ARM會一直響應。

     但是有一種情況例外,當ARM處在IRQ模式,這個時候fiqpin來了一箇中斷信號,fiq pin是什麼?是快速中斷呀,它會直接打斷當前的IRQ模式,進入到fiq模式下,並且跳到相應的fiq的異常向量表處去執行代碼。那如果當ARM處理FIQ模式,fiq pin又來中斷信號,則ARM不響應新的frq中斷。那如果這個時候irq pin來了呢?ARM更不會響應了。

    所以得出一個結論: IRQ模式只能被FIQ模式打斷,FIQ模式下誰也打不斷。

   在打不斷的情況下,irq pin 或 fiq pin隨便你怎麼發中斷信號,都是白髮。

   所以除了fiq能打斷irq以外,根本沒有所謂真正意義上的中斷嵌套情況。

 

   但是再怎麼說irq pin 和fiq pin加起來也就2根引腳,那這麼多中斷源,怎麼辦呢?

那麼接下來該說誰來給irq pin或者 fiq pin發信號呢?這個事情就是由中斷控制器來管理。

 

    拿最簡單的2410/2440的中斷控制器舉例,這個中斷控制器加一個子中斷控制器,還有一個外部中斷控制器管理了50多箇中斷資源,說穿了有50多個腳。這些腳除了外部中斷都是規定了功能的,比如WDT、LCD、DMA等,這個功能不能改,因爲2410/2440內部硬件連線決定了。

  當你WDT和DMA的中斷都到來的時候,就會被送到SRCPND寄存器中,兩個中斷都在裏面,那到底把哪一個送給ARM呢?這個時候先看INTMOD,也就是模式,哪個是設置成爲了快速中斷,哪個就被送上去;那如果兩個都是設置的快速中斷呢?不可能,因爲同一時間只能有一箇中斷可以被設成快速中斷。所以,如果有快速中斷,這個時候直接就給fiq pin發中斷信號,打斷ARM。

   那要是沒有快速中斷呢,這個時候就看INTMSK,看WDT和DMA有沒有被屏蔽的,如果DMA在INTMSK被屏蔽了,那就只有WDT繼續向上送了,如果都沒有屏蔽,那麼他們兩個同進來到了PRIORITY優先級寄存器,在這裏,根據優先級的設置,一定會分出一個高,一個低的優先級出來,高的那個就被送上去,送到了INTPND寄存器,所以INTPND隨時隨地有且只有一個一箇中斷在裏面。

只要INTPND裏面有中斷,irq pin就不會一直不斷給ARM中斷信號,當第一次發的時候,中斷了ARM,這個時候ARM進入相應的異常向量,並處於IRQ模式,正在這個時候,INTPND仍然在不斷的通過irq pin向ARM發中斷信號,但是ARM這個時候已經處於IRQ模式,CPSR的I位被置1了,是不會理睬你的。

當你中斷處理完了,要退出IRQ模式了,這個時候小心了,如果你在退 出IRQ模式之前不清除INTPND裏面的中斷位,當你剛退出IRQ模式,又被中斷了,因爲INTPND一直在發中斷信號。所以在退出IRQ模式之前要清除INTPND裏面的中斷位。但是光清除INTPND裏面的位還不行,因爲SRCPND裏面WDT和DMA的中斷還在,當你剛清除完INTPND,結果 SRCPND裏面又選了一個出來又送到了INTPND裏面。所以正確的處理方法是退出IRQ模式之前,一定要先清除SRCPND裏相應的中斷位,再清除 INTPND裏相應的位。那麼請注意,SRCPND裏面可能有多位,所以清除你已處理過的中斷就行了,而INTPND裏面只可能有一位,直接清掉就可以了。

  附上一張我用+-號畫的簡圖:

 

     再來說說Linux的情況。Linux不用FIQ,只用到了IRQ。但是我們有時候一箇中斷需要處理很長時間,那我們就需要佔用IRQ模式那麼長的時間嗎?沒有,linuxIRQ模式下只是簡單的記錄是什麼中斷,馬上就切換回了SVC模式,換句話說,Linux的中斷處理都是在SVC模式下處理的。那麼中斷號是怎麼來的呢?在ARM上固死了,相應的中斷號只有一個辦法得到:查詢irqs.h 。那我先用一箇中斷號註冊一箇中斷處理程序,當中斷髮生的時候,Linux怎麼知道是我這個中斷號發生的中斷呢?在處理中斷的時候,先讀取INTPND,根據需要再讀取EINTPEND或SUBSRCPND計算出一箇中斷號,相應的處理算法在 get_irq_nr_base這個宏中。而且irqs.h中的中斷號就是根據這個算法把每個中斷算一下得來的。

 

      還有子中斷、外部中斷,電平觸發、邊沿觸發等,以後再談。

 

         在linux的中斷處理子模塊中,把中斷的處理分爲兩部分,上半部和下半部。上半部運行在IRQ模式,置位I位,禁止IRQ中斷,主要處理一些緊急的事情,比如記錄中斷號、清除中斷源等。下半部運行在SVC模式,清零I位,允許IRQ中斷,處理一些中斷相關的非緊急事情,比如讀取設備緩存等。

 

         再說一下軟中斷嵌套,針對IRQ中斷嵌套。

         進入IRQ中斷後,CPSR的I位被置1,禁止新的irq中斷,但是可以通過清零I位人爲打開irq中斷,允許新的irq中斷被響應。

         不過I位清零的時機要把握好,而且要綜合考慮中斷的觸發頻率和優先級。

         一般是在進入中斷後,先清除中斷源,然後清零CPSR寄存器的I位,執行中斷服務代碼,再次置位CPSR寄存器的I位,退出中斷服務代碼。

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