vxWorks中断处理.doc

Vxworks作为一个实时嵌入式操作系统，通常采用中断的方式来满足系统实时性的要求，因此，熟悉其中断的处理过程对于VxWorks操作系统的开发是至关重要的.本文通过编写和调试基于AT91RM9200处理器的VxWorks嵌入式操作系统的BSP，来讨论VxWorks操作系统的中断机制。
1 VxWorks中断处理机制及AIC
    AT91RM9200使用一个8优先级，可单独屏蔽中断的中断向量控制器AIC。在ARM体系结构中，有7种异常中断，对应有一个异常中断向量表。ARM体系结构要求这个异常中断向量表从0地址处开始，对于外部中断请求IRQ，系统又增加了一块由中断控制器控制的中断向量表。
2 AT91RM9200 BSP的中断驱动的实现
2.1 中断驱动中定义的函数
STATUS at91rm9200LvlVecChk (int*,int*);
STATUS at91rm9200LvlVecAck(int,int);
STATUS at91rm9200LvlEnable(int);
STATUS at91rm9200LvlDisable(int);

2.2 高级中断控制器AIC的初始化
    在usrInit()中excVecInit()函数对异常中断向量进行初始化.整个中断库，以及中断控制器的初始化都是在syslib.c中的sysHwInit2()函数中完成的.该函数在sysClkConnect()中被调用，因为系统时钟中断要在内核开放中断后就要使能，因此内核在初始化为一个多任务环境后，就产生一个usrRoot()的任务，在该任务中要建立系统时钟中断，因此调用了sysClkConnect()函数，中断库以及中断控制器的初始化也就完成了。
    高级中断控制器必须进行初始化，其初始化是在板级支持包BSP的中断驱动程序中。具体的实现函数是void at91rm9200IntDevInit(void)。该函数在文件syslib.c的sysHwInit2()函数中调用。
    at91rm9200IntDevInit(void)函数中主要是配置系统的钩子函数，然后对中断源向量寄存器和中断模式寄存器进行配置，同时要清除并禁止AIC中所有的中断。

2.3 中断驱动中的回调函数
    在intEnt中，程序很快就进入了特权模式(SVC32)，如果是中断可嵌套模式，要设置该模式下的堆栈，并且将中断深度intCnt值加1.然后跳转到intIntRtnPreempt中，在intIntRtnPreempt中为后来调用中断驱动中的函数开辟了32个字节的堆栈空间，并且将程序指针拉到at91rm9200LvlVecChk函数处执行，at91rm9200LvlVecChk函数是在中断驱动中定义的函数，是用来检测当前挂起的中断中，优先级最高的中断源。检测出最高优先级的中断后，首先要禁止该中断，因此要调用at91rm9200LvlDisable函数，该函数也在中断驱动中定义。在禁止中断的过程中，需要通过intLock和intUnLock函数来保护临界代码不被新的中断打断。
    at91rm9200LvlVecChk()函数是通过读AIC_IVR寄存器来获取当前最高优先级的中断，将获得的中断号和中断向量赋给2个变量，并且禁止该中断。at91rm9200LvlVecAek()函数是在中断处理结束后，通过写AIC_EIOC寄存器来清除刚刚处理的中断，并将其使能。at91rm9200LvlEnable(int leve1)和at91rm9200LvlDisable(int level)来允许和禁止中断，从而保护临界代码不被新的中断所打断。

2.4 中断驱动程序实现的流程图
    中断驱动程序实现的流程图如图1所示。

图1 中断驱动程序实现的流程图
3 VxWorks中断模块实现机制
3.1 异常中断向量表的生成及实现
    在usrInit()函数中通过intVecBaseSet((FUNCPTR*)VEC_BASE_ADRS)函数对异常中断向量表的基址进行设置，VEC_BASE_ADRS在configall.h中定义为程序运行空间的起始地址，但是在ARM中并没有中断基址寄存器，由于ARM9有重影射机制，可以将程序运行空间的起始地址影射成0地址，这也符合ARM体系结构通常都是把异常中断向量表放在0地址处的惯例，异常中断向量表可以从反汇编bootrom_uncmp后的0地址处看到。当有内置的外设中断或外部中断产生时，系统首先跳转到异常中断向量表的0x18处，此处是IRQ中断向量的位置，该内存中放置的是一条跳转指令，因为excVecInit()对中断向量表初始化后，生成了一个exeEnterTbl，在这个表中列出了异常向量和对应入口函数的结构表，exeEnterTbl结构如图2所示。

图2 excEnterTbl的结构
    由于ARM9用了重影射机制，因此重影射之后，系统将LOCAL_MEM_LOCAL_ADRS影射成0地址，中断向量表从0地址处开始。从excVecInit()的反汇编代码可以看出，系统把指令ldr pc,[pc,#244]的反汇编代码放在了从0x00000004开始的每个异常中断向量地址处，也就是将excEnterTbl中每个异常处理函数的入口地址都放在了(0xF4+0x8+0x4+所对应异常相对于未定义指令异常(0x00000004)的偏移)的内存中，这样就将异常向量和异常处理入口函数关联起来了。

3.2 中断向量表的结构及生成
    那么当系统产生中断后，VxWorks是如何设置中断向量表，并且将中断向量和中断处理入口程序关联起来的呢?和异常向量表有点类似，但是中断向量表是VxWorks操作系统动态分配的一段连续的内存空间，这个空间的结构如图3所示。

图3 VxWorks中断向量表的结构
    因为是动态分配，所以在这段内存空间中，操作系统只给当前中断分配了中断号、中断处理函数的入口和被传递的参数。每个中断源按照中断号顺序排列，在为每个中断源分配的内存空间中头4个字节是中断向量表的初始化函数的入口，该函数对于每个中断源来说是通用的，然后顺序放置的是中断号、中断处理函数入口和被传递的参数.通过intconnect()函数可以将中断向量和中断处理函数关联起来，因此在系统获知了发生中断的中断号时，就可以找到相应的中断处理函数去处理该中断。当发生IRQ异常时，系统强制把程序指针拉到0x18处，在0x18处是这样一条指令ldrpc,[pc,#244]，IRQ异常相对于未定义指令异常的偏移是0x14，所以相当于把0x114地址处的内容赋给pc，而0x114处的内容正是IRQ异常向量处理的入口函数intEnt的地址，因此程序跳转到intent处去执行。
4 中断处理跟踪调试的部分反汇编代码
   通过使用ARM Developer Site仿真器，在0x18处设置断点后单步执行来分析中断处理的过程。中断处理函数的入口处代码如下：
2070b174[0xe59fb410] ldr r11,0x2070b58c;  /*=#0x207a40c8,0x207a40c8是中断向量表的位置*/
2070b178[0xe59dc018] ldr r12,[r13,#0x18] /*将0x207b1ce8中的内容给r12应该是中断号!!!*/
2070b17c[0xe59bb000] ldr r11,[r11,#0] /*0x207a40c8处的内容是0x21ffbef8*/
2070b180[0xe08b318c] add r3,r11,r12,lsl #3 /*将0x21ffbef8(内存地址)给r3，0x21ffbef8的内容是向量0x207064b0，这是debug口中断处理函数的入口*/
2070b184[0xe79ba18c] ldr r10,[r11,r12,lsl#3]
2070b188[0xe5930004] ldr r0,[r3,#4] /*相应的参数传递给r0*/
2070b18c[0xe1a0e00f] mov r14,pc
2070b190[0xe1a0f00a] mov pc,r10 /* r10=0x207064b0，跳转到debug口中断处理函数处执行*/
    0x21ffbef8(中断向量表基址)处的情况是：
21ffbef8[0x2070b434] dcd 0x2070b434 4.p
21ffbefc[0x00000000] dcd 0x00000000....
21ffbf00[0x207064b0] dcd 0x207064b0.dp
21ffbf04[0x207a9990] dcd 0x207a9990..z
21ffbf08[0x2070b434] dcd 0x2070b434 4.p
21ffbf0c[0x00000002] dcd 0x00000002....
21ffbf10[0x2070b434] dcd 0x2070b434 4.P
21ffbf14[0x00000003] dcd 0x00000003....
21ffbf18[0x2070b434] dcd 0x2070b434 4.P
21ffbf1c[0x00000004] dcd 0x00000004....
5 结语
    Vxworks操作系统首先调用excVecInit()生成一个异常中断向量表excEnterTbl，当有IRQ中断发生时，根据excEnterTbl中0x00000018处的指令ldr pc,[pc,#244]跳转到0x00000114处，即IRQ异常中断的入口处intEnt执行，随后通过读AIC_IVR寄存器得到当前优先级最高的中断，返回这个中断号，并跳转到intConnect()函数给该中断号关联的中断处理程序入口去执行。在这个过程中，中断向量表的生成是Vxworks动态分配的，在AT91RM9200中，为0到31号中断源在中断向量表中都分配了空间，该空间的格式固定。中断处理结束后，通过往AIC_EIOC寄存器中写任意值，从中断中返回。

点灯调试S3C44B0 vxworks BSP 
1. romInit的调试方法： 
/*************点亮0号端口的LED，验证内存配置是否成功 *******************/ 
LDR r1, L$_PCONC 
LDR r2, L$_PCONC_VALUE 
STR r2, [r1] 

LDR r1, L$_PUPC 
LDR r2, L$_PUPC_VALUE 
STR r2, [r1] 

LDR r1, L$_PDATC 
LDR r2, L$_PDATC_LED0 
STR r2, [r1] 

B . /*为了防止后面语句的影响，用该语句进行无限循环，使用ADS进行内存访问 */ 

/*****************************************************************************/ 
2. C函数的调试方法 
#define IOPDATA (*(volatile unsigned *)(0x1d20014)) 
IOPDATA = 0xFFF8; 
while(1); 
/***************** 代码运行到此函数，2004－10－10，9：39 ******************/ 

3. 中断处理函数的调试方法:验证时钟中断服务程序是否工作正常 
void sysClkInt (void) 
{ 

if(intTimers == 0) 
{ 
IOPDATA = 0xFFF2; /*点亮LED1*/ 
intTimers = 1; 
} 
else 
{ 
IOPDATA = 0xFFF1; /* 熄灭LED1 */ 
intTimers = 1; 
} 
if (sysClkRoutine != NULL) 
(* sysClkRoutine) (sysClkArg); 
} 

关于xworks中断的处理函数实现： 
STATUS intEnable ( int level /* level to be enabled */ ) 
{ 
return (*sysIntLvlEnableRtn) (level); /*在自己的BSP中实现 */ 
} 

STATUS intDisable( int level /* level to be disabled */ ) 
{ 
return (*sysIntLvlDisableRtn) (level); 
} 

STATUS intConnect 
( 
VOIDFUNCPTR* vector, /* vector id */ 
VOIDFUNCPTR routine, /* interrupt service routine */ 
int argument /* argument for isr */ 
) 
{ 
int vecNum; 
VEC_ENTRY *pVec; 

if (intVecTable == NULL) 
return ERROR; /* library not initialized */ 

vecNum = IVEC_TO_INUM (vector); 

/* check vector specified is in range allocated */ 

if (vecNum < 0 || vecNum >= intNumVectors) 
return ERROR; 

pVec = &intVecTable[vecNum]; 

if (routine == NULL) 
{ 
routine = intUninitVec; 
argument = vecNum; 
} 

pVec->routine = routine; 
pVec->arg = argument; 

return OK; 
} 

STATUS intLibInit 
( 
int numLevels, /* number of levels */ 
int numVectors, /* number of vectors */ 
int mode /* type of interrupt handling */ 
) 
{ 
int i; 

if (intVecTable == NULL) 
{ 

/* Allocate and initialize the vector table */ 

intVecTable = malloc (numVectors * sizeof (VEC_ENTRY)); 

if (intVecTable != NULL) 
{ 
intNumVectors = numVectors; 

/* initialize table with uninitialized vec handler */ 

for (i = 0; i < numVectors; i++) 
{ 
intConnect (INUM_TO_IVEC(i), NULL, 0); 
} 

/* connect architecture interrupt exception */ 

if (mode & INT_PREEMPT_MODEL) 
EXC_CONNECT_INTR_RTN (intIntRtnPreempt); 
else 
EXC_CONNECT_INTR_RTN (intIntRtnNonPreempt); 

return OK; 
} 

return ERROR; /* malloc failure */ 
} 

return OK; /* already initialized */ 
} 

STATUS excVecInit (void) 
{ 
FAST int i; 

/* initialise ARM exception mode registers */ 

armInitExceptionModes (); 

/* initialise hardware exception vectors */ 

for (i = 0; i < NUM_EXC_VECS; ++i) 
{ 
/* 
* Each vector contains a LDR PC,[PC,#offset] instruction to 
* load the PC from a table of addresses stored at 
* EXC_VEC_TABLE_BASE. This allows full 32 bit addressing rather 
* than 12 bit (MOV #) or 24 bit (B). 
*/ 
*(UINT32 *)excEnterTbl[i].vecAddr = 0xE59FF000 | 
(EXC_VEC_TABLE_BASE - 8 - FIRST_VECTOR); 
*(VOIDFUNCPTR *) 
(excEnterTbl[i].vecAddr + EXC_VEC_TABLE_BASE - FIRST_VECTOR) = 
excEnterTbl[i].fn; 
} 

/* 
* Branch through zero has to be handled differently if it is 
* possible for address 0 to be be branched to in ARM and Thumb 
* states (no LDR pc,[pc,#n] in Thumb state). The following 
* instruction, installed at address 0, will cause an undefined 
* instruction exception in both ARM and Thumb states. 
*/ 

*(UINT32 *)EXC_OFF_RESET = 0xE7FDDEFE; 

/* now sort out the instruction cache to reflect the changes */ 

CACHE_TEXT_UPDATE(EXC_OFF_RESET, EXC_OFF_IRQ + 4); 

/* install default IRQ handler */ 

_func_armIrqHandler = excIntHandle; 

return OK; 
} 

中断的调试： 
1． 验证romInit.s能否捕获中断，中断控制器能否正确产生中断，在romInit.s的IRQ中断处理入口处点灯： 
_romIRQ: 
SUB sp, sp, #4 
STMFD sp!, {r1} 

/******点亮1号端口的LED，验证是否捕获到中断 **************************************/ 
LDR r1, L$_PDATC 
LDR r2, L$_PDATC_LED0 
STR r2, [r1] 
/****************************************************************************************/ 

LDR r1, L$_IRQVec 
LDR r1, [r1] 
STR r1, [sp, #4] 
LDMFD sp!, {r1, pc} 

为了验证中断发生时，是否可以跳转到intEnter中处理，写了如下测试代码替代intEnter: 
void sysKeyInt(void) 
{ 
FS44B0XIntLvlVecAck(21,21); 

if(IOPDATA&(0x08) != 0x08) 
IOPDATA = 0xFFF8; /*点亮LED*/ 
else 
IOPDATA = 0xFFF1; /* 熄灭LED */ 
} 
void FS44B0XExcVecSet(void) 
{ 
int i; 
i=(int)&excEnterUndef; 
*(volatile int *)(S3C_EXE_BASE+0x0) = i; 

i=(int)&excEnterSwi; 
*(volatile int *)(S3C_EXE_BASE+0x4) = i; 

i=(int)&excEnterPrefetchAbort; 
*(volatile int *)(S3C_EXE_BASE+0x8) = i;

i=(int)&excEnterDataAbort; 
*(volatile int *)(S3C_EXE_BASE+0xC) = i; 

i=(int)&sysKeyInt; /* intEnt; */ 
*(volatile int *)(S3C_EXE_BASE+0x14) = i; 

return; 
} 

为了验证intEnter函数是否被执行，添加如下调试代码： 
STATUS FS44B0XIntLvlVecChk 
( 
int* pLevel, /* ptr to receive old interrupt level */ 
int* pVector /* ptr to receive current interrupt vector */ 
) 
{ 

int newLevel; 
int intPendMask = 0x2000000; /*0～26位为正常中断，27位保留 */ 
int count; 
UINT32 isr; 

int i; 
for(i=0;i<5;i++) 
{ 
Delay(2000);
Led_DisplayOn(0x01); /* VPINT(FS44B0X_PDATC)= 0xFFF2; 点亮第1盏灯*/ 
Delay(2000); 
Led_DisplayOn(0x02); /* VPINT(FS44B0X_PDATC)= 0xFFF4; */ 
} 
Led_DisplayOn(0x02); 

/* Read pending interrupt register and mask undefined bits */ 

FS44B0X_INT_REG_READ (FS44B0X_INT_PEND, newLevel); 

/* 
* Step through the bits looking for a 1. This *will* terminate. 
* We could use ffsLsb() for this if we don't mind the function call 
* overhead 
*/ 
for (count = 0, isr = 25; count < FS44B0X_INT_NUM_LEVELS; count++) 
{ 
if (intPendMask & newLevel) 
break; 
isr--; 
intPendMask >>= 1; 
} 
*pVector = 21; 

/* Acknowledge the interrupt as given in FS44B0X sample code */ 
/* FS44B0X_INT_REG_WRITE(FS44B0X_INT_PEND,(1 << isr)); */ 

FS44B0X_INT_REG_WRITE(FS44B0X_I_ISPC,0xFFFFFFF); /*清除IRQ_MASK中的悬挂位*/ 
return OK; 
}