基于linux-3.3内核的ARM异常处理之irq异常处理

xxl520

接着上一篇继续讲

发生异常会跳到异常向量表执行，但异常向量表里放的是一条跳转指令，调到哪里呢？
当然是中断异常处理函数，这部分源码很长，从999行一直到1127行，我们取其中一段分析（irq异常情况）

__stubs_start:
/*
* Interrupt dispatcher
*/
vector_stubirq, IRQ_MODE, 4

.long__irq_usr @  0  (USR_26 / USR_32)
.long__irq_invalid @  1  (FIQ_26 / FIQ_32)
.long__irq_invalid @  2  (IRQ_26 / IRQ_32)
.long__irq_svc @  3  (SVC_26 / SVC_32)
.long__irq_invalid @  4
.long__irq_invalid @  5
.long__irq_invalid @  6
.long__irq_invalid @  7
.long__irq_invalid @  8
.long__irq_invalid @  9
.long__irq_invalid @  a
.long__irq_invalid @  b
.long__irq_invalid @  c
.long__irq_invalid @  d
.long__irq_invalid @  e
.long__irq_invalid @  f
……此处省略n行
.LCvswi:
.wordvector_swi

.globl__stubs_end
__stubs_end:

是不是想说什么玩意，刚开始我也想说，但别急，来分析一下上面的代码：
vector_stubirq, IRQ_MODE, 4 是个宏，定义在959行：

.macrovector_stub, name, mode, correction=0
.align5

vector_\name:
.if \correction
sublr, lr, #\correction
.endif

@
@ Save r0, lr_ (parent PC) and spsr_
@ (parent CPSR)
@
stmiasp, {r0, lr} @ save r0, lr
mrslr, spsr
strlr, [sp, #8] @ save spsr

@
@ Prepare for SVC32 mode.  IRQs remain disabled.
@
mrsr0, cpsr
eorr0, r0, #(\mode ^ SVC_MODE | PSR_ISETSTATE)
msrspsr_cxsf, r0

@
@ the branch table must immediately follow this code
@
andlr, lr, #0x0f
THUMB(adrr0, 1f )
THUMB(ldrlr, [r0, lr, lsl #2])
movr0, sp
ARM(ldrlr, [pc, lr, lsl #2])
movspc, lr @ branch to handler in SVC mode
ENDPROC(vector_\name)

.align2
@ handler addresses follow this label
1:
.endm

将上面的展开之后，就出现了标号vector_irq，然后做保存现场、切换工作模式等工作

接下来的代码就是.long__irq_usr @  0  (USR_26 / USR_32) 等，这段当中有用的只有
.long__irq_usr @  0  (USR_26 / USR_32)  // 在用户模式下发生中断异常
.long__irq_svc @  3  (SVC_26 / SVC_32)  // 在管理模式下发生中断异常

这些拷贝完成之后，就可以正常的异常处理工作了

假如在用户模式下发生了一个外部中断（irq异常模式），CPU会跳转到异常向量表取出
W(b)vector_irq + stubs_offset            // 0x18
执行，它是一条跳转指令，会跳到上面解析出的标号vector_irq地方，然后执行，接着跳转到__irq_usr
__irq_usr:
usr_entry
kuser_cmpxchg_check
irq_handler
get_thread_info tsk
movwhy, #0
bret_to_user_from_irq
UNWIND(.fnend )
ENDPROC(__irq_usr)

这里有个irq_handler，它也是一个宏，看下它的定义

.macroirq_handler
#ifdef CONFIG_MULTI_IRQ_HANDLER
ldrr1, =handle_arch_irq
movr0, sp
adrlr, BSYM(9997f)
ldrpc, [r1]
#else
arch_irq_handler_default
#endif

由于没有定义：CONFIG_MULTI_IRQ_HANDLER，所以简化下就是执行：arch_irq_handler_default
这有时一个宏，根据包含的头文件看出查找是定义在\linux-3.3\arch\arm\include\asm\entry-macro-multi.S中

.macroarch_irq_handler_default
get_irqnr_preamble r6, lr
1:get_irqnr_and_base r0, r2, r6, lr  /* 这是一个宏，定义在\linux-3.3\arch\arm\include\asm\hardware\entry-macro-iomd.S
                                        它会获取终端号存在r0里面*/
movner1, sp
@
@ routine called with r0 = irq number, r1 = struct pt_regs *
@
adrnelr, BSYM(1b)
bneasm_do_IRQ

#ifdef CONFIG_SMP
/*
* XXX
*
* this macro assumes that irqstat (r2) and base (r6) are
* preserved from get_irqnr_and_base above
*/
ALT_SMP(test_for_ipi r0, r2, r6, lr)
ALT_UP_B(9997f)
movner1, sp
adrnelr, BSYM(1b)
bnedo_IPI
#endif
9997:
.endm

看到上面的asm_do_IRQ你是不是笑了，终于看到曙光了。它是中断的总入口函数，并传入了中断号，
下面的内核代码就不分析了，参见中断处理相关内容。


现在有一个疑问：刚才我们执行异常向量表的跳转指令：W(b)vector_irq + stubs_offset       // 0x18
为什么跳转的地址是上面的这个，加上stubs_offset是什么意思，它又代表什么？

先找出stubs_offset的宏定义：
.equstubs_offset, __vectors_start + 0x200 - __stubs_start

异常向量表使用了两种类型的跳转指令：
   W(b)vector_und + stubs_offset
    W(ldr)pc, .LCvswi + stubs_offset
   
对于B跳转指令的执行，是相对当前的PC值加上偏移地址，在重定位后，由于跳转指令所在位置
与将要跳转到的目的位置之间的相对位置偏移量发生了变化，故要加一个偏移量。例如：以前这
两个位置的相对偏移量是10，重定位后变成了15，那么在进行相对跳转的时候就要再加上偏移量5

对于ldr指令，它是绝对地址跳转，就是直接把要跳转的地址赋给PC，但是重定位后，要跳转的这个
绝对地址处的代码也发生了偏移，偏移量的值和上一种情况是一样的，因为LCvswi是随
__stubs_start一起进行重定位的（.LCvswi在__stubs_start~~__stubs_end段中定义）。
.LCvswi:
    .wordvector_swi
   
所以这两种情况都要加上一个偏移量stubs_offset，那么这个值是怎么计算出来的呢？
下面是网上一位仁兄的计算方法：

首先我们要知道，上面重定位的两部分代码，在重定位前后，其每部分内部的相对位置是没有发生变化的，
只是两部分之间的部分偏移发生了变化。

(irq_entry - _vectors_start) = (irq_entry’ - _vectors_start’) = V1       中断向量表
(vector_irq - _stubs_start) =  (vector_irq’ - _stubs_start’) = V2          目的代码


重定位前：
irq_entry = _vectors_start + V1           IRQ向量表地址   
vector_irq =  _stubs_start + V2          IRQ跳转目的地址  
跳转地址与目的地址间的偏移（相对地址）：
P1 = (vector_irq - irq_entry) =（_stubs_start - _vectors_start） + ( V2 - V1)


重定位后：
irq_entry’ = _vectors_start’ + V1         IRQ向量表地址     
vector_irq’ =  _stubs_start’ + V2               IRQ跳转目的地址   
跳转地址与目的地址间的偏移（重定位后相对地址）：
P2 = (vector_irq’ - irq_entry’) =（_stubs_start’ - _vectors_start’） + ( V2 - V1)


由此可得出重定位后的相对地址和重定位前的相对地址变化量：
P = P2 – P1
= (（_stubs_start’ - _vectors_start’） + ( V2 - V1)) – (（_stubs_start - _vectors_start） + ( V2 - V1))
= 0x200 - （_stubs_start - _vectors_start）
= __vectors_start + 0x200 - __stubs_start


这节讲的是针对irq异常，根据之前的博文我们知道系统调用是产生swi异常的，下一篇博文就以系统调用来分析一下swi异常