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); /* VPINTFS44B0X_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; 
}