基于ARM Linux 中断、异常的处理分析本文是基于ARM S3C2410X系统的Linux 2.6中断、异常和系统调用的处理分析。
主要有以下几个部分：1.ARM的硬件中断机制2.Linux 2.6对ARM中断向量表的初始化3.Linux 2.6对ARM中断、异常的处理（从汇编-->C语言函数；asm_do_IRQ）一、ARM的硬件中断机制1、中断的基本概念在嵌入式系统中外部设备的功能实现主要是依靠中断机制来实现的，即将设备功能程序的实现以中断服务子程序的形式进行组织。
中断（interrupt）通常被定义为一个事件，该事件改变处理器执行的指令顺序。
这样的事件与CPU芯片外部硬件电路产生的电信号相对应。
中断的产生每个能够发出中断请求的硬件设备控制器都有一条称为IRQ(Interrupt ReQuest)的输出线。
所有的IRQ线都与一个中断控制器的输入引脚相连，中断控制器与CPU的INTR引脚相连。
设备设备控制器中断控制器IRQCPUINTR中断向量每个中断和异常由0~255之间的一个数（8位）来标识，Intel称其为中断向量。
中断描述符表（Interrupt Descriptor Table ,IDT）是一个系统表，它与每一个中断或异常向量相联系，每一个向量在表中有相应的中断或异常处理程序的入口地址。
内核在允许中断发生前，必须适当地初始化IDT。
表中的每一项对应一个中断或异常向量，每个向量由8个字节组成。
因此，最多需要256*8=2048字节来存放IDT。
CPU的idtr寄存器指向IDT表的物理基地址。
2、中断和异常的硬件处理在内核被Init进程初始化后，CPU运行在保护模式下。
当执行了一条指令后，cs和eip这对寄存器包含了下一条将要执行的指令的逻辑地址。
在执行这条指令之前，CPU控制单元会检查在运行前一条指令时是否发生了一个中断或者异常。
如果发生了一个中断或异常，那么CPU控制单元执行下列操作：(1) 确定与中断或者异常关联的向量i（0~255）。
(2) 读由idtr寄存器指向的IDT表中的第i项。
(3) 从gdtr寄存器获得GDT的基地址，并在GDT中查找，以读取IDT表项中的选择符所标识的段描述符，这个描述符指定中断或异常处理程序所在段的基地址。
(4) 确定中断是由授权的发生源发出的。
中断：中断处理程序的特权不能低于引起中断的程序的特权（当前特权级CPL —对应CS寄存器中的低两位其值应该小于段描述符—对应GDT表项中的描述符特权级DPL，特权级高于DPL，即当前代码是能够访问相应的段的，产生一个“General protection”异常）；编程异常：还需进一步比较CPL与对应IDT表项中的门描述符的DPL。
即当CPL的特权级高于GDT表项中的描述符特权级DPL，但低于IDT表项中的门描述符的DPL，就是异常。
(5) 检查是否发生了特权级的变化，一般指是否由用户态陷入了内核态。
也就是说CPL是否不同于所选择的段描述符的DPL，如果是，控制单元必须开始使用与新的特权级相关的堆栈，通过以下操作来做到这点：A、读tr寄存器，访问运行进程的TSS段；B、用与新特权级相关的栈段和栈指针装载ss和esp寄存器。
这些值可以在进程的TSS段中找到；C、在新的栈中保存ss和esp以前的值，这些值指明了与旧特权级相关的栈的逻辑地址。
(6) 若发生的是故障，用引起异常的指令地址修改cs和eip寄存器的值，以使得这条指令在异常处理结束后能被再次执行。
(7) 在栈中保存eflags、cs和eip的内容。
(8) 如果异常产生一个硬件出错码，则将它保存在栈中。
(9) 装载cs和eip寄存器，其值分别是IDT表中第i项门描述符的段选择符和偏移量字段。
这对寄存器的值指出中断或者异常处理程序的第一条指令的逻辑地址。
控制单元所执行的最后一步就是跳转到中断或异常处理程序，换句话说，处理完中断信号后，控制单元所执行的指令就是被选中处理程序的第一条指令。
中断/异常处理完后，相应的处理程序会执行一条iret汇编指令，把控制权转交给被中断的进程，这条汇编指令让CPU控制单元做如下事情：(1) 用保存在栈中的值装载cs、eip和eflags寄存器。
如果一个硬件出错码曾被压入栈中，并且在eip内容的上面，那么执行iret指令前必先弹出这个硬件出错码。
(2) 检查处理程序的特权级CPL是否等于cs中最低两位的值(这意味着进程在被中断的时候是运行在内核态还是用户态，即被中断的进程与处理程序是否运行在同一特权级)。
若是，iret终止执行；否则，转入下一步。
(3) 从栈中装载ss和esp寄存器。
这步意味着返回到与旧特权级相关的栈。
(4) 检查ds、es、fs和gs段寄存器的内容，如果其中一个寄存器包含的选择符是一个段描述符，并且特权级比当前特权级高（DPL的值小于CPL的值），则清除相应的寄存器。
控制单元这么做是防止怀有恶意的用户程序利用内核以前所用的寄存器访问内核空间。
二、Linux对ARM中断向量表的初始化1、中断向量表的作用如上在中断的硬件处理的分析中可知：中断首先是一个硬件行为，而处理中断呢，显然又是一个软件行为，那么当硬件触发中断的时候，怎么调用到中断处理函数的呢？要搞清楚这个问题，就要搞清楚发生中断的时候 CPU做了什么。
以S3C2410X系统的异常中断为例：S3C2410X是基于ARM920T内核处理器。
该系统提供的FIQ和IRQ异常中断用于外部设备向CPU请求服务，一般情况下都是采用IRQ。
S3C2410X系统中通常在存储区的低端固化了一个32字节的硬件中断向量表，用来指定各异常中断与其处理程序的对应关系。
CPU知道一个source触发了中断，怎么调用执行一些函数（汇编，或者c语言），就是靠异常向量表（事实上，exception vector table 也是由汇编组成的）异常 模式向量表偏移复位（reset）SVC+0x00未定义指令UND+0x04软件中断（SWI）SVC+0x08预取指终止ABT+0x0c数据终止ABT+0x10未分配--+0x14IRQ IRQ+0x18FIQ FIQ+0x1carm异常表，对应模式及向量表偏移（摘自arm体系结构与编程一书）当一个异常/中断出现后, S3C2410X系统中ARM处理器对其的响应过程如下： (1) 保存处理器当前状态、中断屏蔽位以及各条件标志位。
将当前程序状态寄存器CPSR的内容保存到将要执行的异常中断对应的SPSR寄存器中。
(2) 设置当前程序状态寄存器CPSR中相应的位。
包括设置CPSR中的位，使处理器进入相应的执行模式；设置CPSR中的位，禁止IRQ中断，当进入FIQ 模式时，禁止FIQ中断。
(3) 将寄存器lr_mode设置成返回地址。
(4) 将程序计数器值(PC)，设置成该异常中断的中断向量地址，从而跳转到相应的异常中断处理程序执行。
即处理器跳转到异常向量表中相应的入口（对于IRQ ，显然pc=0x18）。
所以当触发IRQ后，CPU会最后跳入0x18 这个入口，定制kernel时只需在这个入口填入自己的指令（当然是汇编语句），即可调用中断处理函数，可能这样：触发IRQ—CPU jump 到0x18，同时要把irqno传入相应的寄存器调用一个中断通用处理函数如：asm_do_IRQ(unsigned int irqno) asm_do_IRQ() 这个函数根据irqno 就可以找到对应的中断描述符，然后调用中断描述符里面的handler()了。
2、中断向量表的初始化arch/arm/kernel/entry-armv.S ——中断向量表放在这个文件里：__vectors_start:swi SYS_ERROR0b vector_und + stubs_offsetldr pc, .LCvswi + stubs_offsetb vector_pabt + stubs_offsetb vector_dabt + stubs_offsetb vector_addrexcptn + stubs_offsetb vector_irq + stubs_offsetb vector_fiq + stubs_offset.globl __vectors_end__vectors_end:ARM linux内核启动时，通过start_kernel()->trap_init()的调用关系，初始化内核的中断异常向量表。
linux/init/main.c Start_kernel中的中断向量表初始化asmlinkage void __init start_kernel(void){.....trap_init();init_IRQ();....中断的初始化主要和这两个函数相关(1) trap_init()linux/arch/arm/kernel/traps.cvoid __init trap_init(void){unsigned long vectors = CONFIG_VECTORS_BASE;extern char __stubs_start[], __stubs_end[];extern char __vectors_start[], __vectors_end[];extern char __kuser_helper_start[], __kuser_helper_end[];int kuser_sz = __kuser_helper_end - __kuser_helper_start;/** Copy the vectors, stubs and kuser helpers (in entry-armv.S)* into the vector page, mapped at 0xffff0000, and ensure these* are visible to the instruction stream.*/memcpy((void *)vectors, __vectors_start, __vectors_end - __vectors_start);memcpy((void *)vectors + 0x200, __stubs_start, __stubs_end - __stubs_start);memcpy((void *)vectors + 0x1000 - kuser_sz, __kuser_helper_start, kuser_sz);/** Copy signal return handlers into the vector page, and* set sigreturn to be a pointer to these.*/memcpy((void *)KERN_SIGRETURN_CODE, sigreturn_codes,sizeof(sigreturn_codes));flush_icache_range(vectors, vectors + PAGE_SIZE);modify_domain(DOMAIN_USER, DOMAIN_CLIENT);}CONFIG_VECTORS_BASE是一个宏，用来获取ARM异常向量的地址，该宏在include/arch/asm-arm/system.h中定义：include/arch/asm-arm/system.h#define CPU_ARCH_ARMv5 4#define CR_V (1 << 13) /* Vectors relocated to 0xffff0000 */extern unsigned long cr_no_alignment; /* defined in entry-armv.S */extern unsigned long cr_alignment; /* defined in entry-armv.S */#if __LINUX_ARM_ARCH__ >= 4#define vectors_high() (cr_alignment & CR_V)#else#define vectors_high() (0)#endif对于ARMv4以下的版本，这个地址固定为0；ARMv4及其以上的版本，ARM异常向量表的地址受协处理器CP15的c1寄存器(control register)中V位(bit[13])的控制，如果V=1，则异常向量表的地址为0x00000000~0x0000001C；如果V=0，则为:0xffff0000~0xffff001C。
