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关于中断部分系列篇将用三篇详细说明整个过程.
-
中断概念篇 中断概念很多,比如中断控制器,中断源,中断向量,中断共享,中断处理程序等等.本篇做一次整理.先了解透概念才好理解中断过程.用海公公打比方说明白中断各个概念.可前往鸿蒙内核源码分析(总目录)查看.
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中断管理篇(本篇) 从中断初始化
HalIrqInit
开始,到注册中断的LOS_HwiCreate
函数,到消费中断函数的HalIrqHandler
,剖析鸿蒙内核实现中断的过程,很像设计模式中的观察者模式. -
中断切换篇 用自下而上的方式,从中断源头纯汇编代码往上跟踪代码细节.说清楚保存和恢复中断现场
TaskIrqContext
过程.可前往鸿蒙内核源码分析(总目录)查看.
编译开关
系列篇编译平台为 hi3516dv300,整个工程可前往查看. 预编译处理过程会自动生成编译开关 menuconfig.h ,供编译阶段选择编译,可前往查看.
//....
#define LOSCFG_ARCH_ARM_VER "armv7-a"
#define LOSCFG_ARCH_CPU "cortex-a7"
#define LOSCFG_PLATFORM "hi3516dv300"
#define LOSCFG_PLATFORM_BSP_GIC_V2 1
#define LOSCFG_PLATFORM_ROOTFS 1
#define LOSCFG_KERNEL_CPPSUPPORT 1
#define LOSCFG_HW_RANDOM_ENABLE 1
#define LOSCFG_ARCH_CORTEX_A7 1
#define LOSCFG_DRIVERS_HDF_PLATFORM_RTC 1
#define LOSCFG_DRIVERS_HDF_PLATFORM_UART 1
中断初始化
hi3516dv300 中断控制器选择了 LOSCFG_PLATFORM_BSP_GIC_V2
,对应代码为 gic_v2.c GIC(Generic Interrupt Controller)是ARM公司提供的一个通用的中断控制器. 看这种代码因为涉及硬件部分,需要对照ARM中断控制器 gic_v2.pdf文档看.可前往地址下载查看.
//硬件中断初始化
VOID HalIrqInit(VOID)
{
UINT32 i;
/* set externel interrupts to be level triggered, active low. */ //将外部中断设置为电平触发,低电平激活
for (i = 32; i
解读
-
上来四个循环,是对中断控制器寄存器组的初始化,也就是驱动程序,驱动程序是配置硬件寄存器的过程.寄存器分通用和专用寄存器.下图为 gic_v2 的寄存器功能 ,这里对照代码和datasheet重点说下中断配置寄存器(
GICD_ICFGRn
) -
以下是GICD_ICFGRn的介绍
The GICD_ICFGRs provide a 2-bit Int_config field for each interrupt supported by the GIC. This field identifies whether the corresponding interrupt is edge-triggered or level-sensitive
GICD_ICFGRs为GIC支持的每个中断提供一个2位配置字段。此字段标识相应的中断是边缘触发的还是电平触发的
0xC00 - 0xCFC GICD_ICFGRn RW IMPLEMENTATION DEFINED Interrupt Configuration Registers #define GICD_ICFGR(n) (GICD_OFFSET + 0xc00 + (n) * 4) /* Interrupt Configuration Registers */ //中断配置寄存器
如此一个32位寄存器可以记录16个中断的信息,这也是代码中出现
GIC_REG_32(GICD_ICFGR(i / 16))
的原因. -
GIC-v2支持三种类型的中断
- PPI:私有外设中断(Private Peripheral Interrupt),是每个CPU私有的中断。最多支持16个PPI中断,硬件中断号从ID16~ID31。PPI通常会送达到指定的CPU上,应用场景有CPU本地时钟。
- SPI:公用外设中断(Shared Peripheral Interrupt),最多可以支持988个外设中断,硬件中断号从ID32~ID1019。
- SGI:软件触发中断(Software Generated Interrupt)通常用于多核间通讯,最多支持16个SGI中断,硬件中断号从ID0~ID15。SGI通常在内核中被用作 IPI 中断(inter-processor interrupts),并会送达到系统指定的CPU上,函数的最后就注册了三个核间中断的函数.
typedef enum {//核间中断 LOS_MP_IPI_WAKEUP, //唤醒CPU LOS_MP_IPI_SCHEDULE,//调度CPU LOS_MP_IPI_HALT, //停止CPU } MP_IPI_TYPE;
中断相关的结构体
size_t g_intCount[LOSCFG_KERNEL_CORE_NUM] = {0};//记录每个CPUcore的中断数量
HwiHandleForm g_hwiForm[OS_HWI_MAX_NUM];//中断注册表 @note_why 用 form 来表示?有种写 HTML的感觉 :P
STATIC CHAR *g_hwiFormName[OS_HWI_MAX_NUM] = {0};//记录每个硬中断的名称
STATIC UINT32 g_hwiFormCnt[OS_HWI_MAX_NUM] = {0};//记录每个硬中断的总数量
STATIC UINT32 g_curIrqNum = 0; //记录当前中断号
typedef VOID (*HWI_PROC_FUNC)(VOID); //中断函数指针
typedef struct tagHwiHandleForm {
HWI_PROC_FUNC pfnHook; //中断处理函数
HWI_ARG_T uwParam; //中断处理函数参数
struct tagHwiHandleForm *pstNext; //节点,指向下一个中断,用于共享中断的情况
} HwiHandleForm;
typedef struct tagIrqParam { //中断参数
int swIrq; // 软件中断
VOID *pDevId; // 设备ID
const CHAR *pName; //名称
} HwiIrqParam;
注册硬中断
/******************************************************************************
创建一个硬中断
中断创建,注册中断号、中断触发模式、中断优先级、中断处理程序。中断被触发时,
handleIrq会调用该中断处理程序
******************************************************************************/
LITE_OS_SEC_TEXT_INIT UINT32 LOS_HwiCreate(HWI_HANDLE_T hwiNum, //硬中断句柄编号 默认范围[0-127]
HWI_PRIOR_T hwiPrio, //硬中断优先级
HWI_MODE_T hwiMode, //硬中断模式 共享和非共享
HWI_PROC_FUNC hwiHandler,//硬中断处理函数
HwiIrqParam *irqParam) //硬中断处理函数参数
{
UINT32 ret;
(VOID)hwiPrio;
if (hwiHandler == NULL) {//中断处理函数不能为NULL
return OS_ERRNO_HWI_PROC_FUNC_NULL;
}
if ((hwiNum > OS_USER_HWI_MAX) || ((INT32)hwiNum pDevId == NULL))) {
return OS_ERRNO_HWI_SHARED_ERROR;
}
HWI_LOCK(intSave);//中断自旋锁
hwiForm = &g_hwiForm[hwiNum];//获取中断处理项
if ((hwiForm->pstNext != NULL) && ((modeResult == 0) || (!(hwiForm->uwParam & IRQF_SHARED)))) {
HWI_UNLOCK(intSave);
return OS_ERRNO_HWI_SHARED_ERROR;
}
while (hwiForm->pstNext != NULL) {//pstNext指向 共享中断的各处理函数节点,此处一直撸到最后一个
hwiForm = hwiForm->pstNext;//找下一个中断
hwiParam = (HwiIrqParam *)(hwiForm->uwParam);//获取中断参数,用于检测该设备ID是否已经有中断处理函数
if (hwiParam->pDevId == irqParam->pDevId) {//设备ID一致时,说明设备对应的中断处理函数已经存在了.
HWI_UNLOCK(intSave);
return OS_ERRNO_HWI_ALREADY_CREATED;
}
}
hwiFormNode = (HwiHandleForm *)LOS_MemAlloc(m_aucSysMem0, sizeof(HwiHandleForm));//创建一个中断处理节点
if (hwiFormNode == NULL) {
HWI_UNLOCK(intSave);
return OS_ERRNO_HWI_NO_MEMORY;
}
hwiFormNode->uwParam = OsHwiCpIrqParam(irqParam);//获取中断处理函数的参数
if (hwiFormNode->uwParam == LOS_NOK) {
HWI_UNLOCK(intSave);
(VOID)LOS_MemFree(m_aucSysMem0, hwiFormNode);
return OS_ERRNO_HWI_NO_MEMORY;
}
hwiFormNode->pfnHook = hwiHandler;//绑定中断处理函数
hwiFormNode->pstNext = (struct tagHwiHandleForm *)NULL;//指定下一个中断为NULL,用于后续遍历找到最后一个中断项(见于以上 while (hwiForm->pstNext != NULL)处)
hwiForm->pstNext = hwiFormNode;//共享中断
if ((irqParam != NULL) && (irqParam->pName != NULL)) {
g_hwiFormName[hwiNum] = (CHAR *)irqParam->pName;
}
g_hwiForm[hwiNum].uwParam = modeResult;
HWI_UNLOCK(intSave);
return LOS_OK;
}
解读
- 内核将硬中断进行编号,如:
例如:时钟节拍处理函数#define NUM_HAL_INTERRUPT_TIMER0 33 #define NUM_HAL_INTERRUPT_TIMER1 33 #define NUM_HAL_INTERRUPT_TIMER2 34 #define NUM_HAL_INTERRUPT_TIMER3 34 #define NUM_HAL_INTERRUPT_TIMER4 35 #define NUM_HAL_INTERRUPT_TIMER5 35 #define NUM_HAL_INTERRUPT_TIMER6 36 #define NUM_HAL_INTERRUPT_TIMER7 36 #define NUM_HAL_INTERRUPT_DMAC 60 #define NUM_HAL_INTERRUPT_UART0 38 #define NUM_HAL_INTERRUPT_UART1 39 #define NUM_HAL_INTERRUPT_UART2 40 #define NUM_HAL_INTERRUPT_UART3 41 #define NUM_HAL_INTERRUPT_UART4 42 #define NUM_HAL_INTERRUPT_TIMER NUM_HAL_INTERRUPT_TIMER4
OsTickHandler
就是在HalClockInit
中注册的//硬时钟初始化 VOID HalClockInit(VOID) { // ... (void)LOS_HwiCreate(NUM_HAL_INTERRUPT_TIMER, 0xa0, 0, OsTickHandler, 0);//注册OsTickHandler到中断向量表 } //节拍中断处理函数 ,鸿蒙默认10ms触发一次 LITE_OS_SEC_TEXT VOID OsTickHandler(VOID) { UINT32 intSave; TICK_LOCK(intSave);//tick自旋锁 g_tickCount[ArchCurrCpuid()]++;// 累加当前CPU核tick数 TICK_UNLOCK(intSave); OsTimesliceCheck();//时间片检查 OsTaskScan(); /* task timeout scan *///扫描超时任务 例如:delay(300) #if (LOSCFG_BASE_CORE_SWTMR == YES) OsSwtmrScan();//扫描定时器,查看是否有超时定时器,加入队列 #endif }
- 鸿蒙是支持中断共享的,在
OsHwiCreateShared
中,将函数注册到g_hwiForm
中.中断向量完成注册后,就是如何触发和回调的问题.触发在 鸿蒙内核源码分析(总目录)中断切换篇中已经讲清楚,触发是从底层汇编向上调用,调用的C函数就是HalIrqHandler
中断怎么触发的?
分两种情况:
-
通过硬件触发,比如按键,USB的插拔这些中断源向中断控制器发送电信号(高低电平触发或是上升/下降沿触发),中断控制器经过过滤后将信号发给对应的CPU处理,通过硬件改变PC和CPSR寄存值,直接跳转到中断向量(固定地址)执行.
b reset_vector @开机代码 b _osExceptUndefInstrHdl @异常处理之CPU碰到不认识的指令 b _osExceptSwiHdl @异常处理之:软中断 b _osExceptPrefetchAbortHdl @异常处理之:取指异常 b _osExceptDataAbortHdl @异常处理之:数据异常 b _osExceptAddrAbortHdl @异常处理之:地址异常 b OsIrqHandler @异常处理之:硬中断 b _osExceptFiqHdl @异常处理之:快中断
-
通过软件触发,常见于核间中断的情况, 核间中断指的是几个CPU之间相互通讯的过程.以下为某一个CPU向其他CPU(可以是多个)发起让这些CPU重新调度
LOS_MpSchedule
的中断请求信号.最终是写了中断控制器的GICD_SGIR
寄存器,这是一个由软件触发中断的寄存器.中断控制器会将请求分发给对应的CPU处理中断,即触发了OsIrqHandler
.//给参数CPU发送调度信号 VOID LOS_MpSchedule(UINT32 target)//target每位对应CPU core { UINT32 cpuid = ArchCurrCpuid(); target &= ~(1U
中断统一处理入口函数 HalIrqHandler
//硬中断统一处理函数,这里由硬件触发,调用见于 ..archarmarmsrclos_dispatch.S
VOID HalIrqHandler(VOID)
{
UINT32 iar = GIC_REG_32(GICC_IAR);//从中断确认寄存器获取中断ID号
UINT32 vector = iar & 0x3FFU;//计算中断向量号
/*
* invalid irq number, mainly the spurious interrupts 0x3ff,
* gicv2 valid irq ranges from 0~1019, we use OS_HWI_MAX_NUM
* to do the checking.
*/
if (vector >= OS_HWI_MAX_NUM) {
return;
}
g_curIrqNum = vector;//记录当前中断ID号
OsInterrupt(vector);//调用上层中断处理函数
/* use orignal iar to do the EOI */
GIC_REG_32(GICC_EOIR) = iar;//更新中断结束寄存器
}
VOID OsInterrupt(UINT32 intNum)//中断实际处理函数
{
HwiHandleForm *hwiForm = NULL;
UINT32 *intCnt = NULL;
intCnt = &g_intCount[ArchCurrCpuid()];//当前CPU的中断总数量 ++
*intCnt = *intCnt + 1;//@note_why 这里没看明白为什么要 +1
#ifdef LOSCFG_CPUP_INCLUDE_IRQ //开启查询系统CPU的占用率的中断
OsCpupIrqStart();//记录本次中断处理开始时间
#endif
#ifdef LOSCFG_KERNEL_TICKLESS
OsTicklessUpdate(intNum);
#endif
hwiForm = (&g_hwiForm[intNum]);//获取对应中断的实体
#ifndef LOSCFG_NO_SHARED_IRQ //如果没有定义不共享中断 ,意思就是如果是共享中断
while (hwiForm->pstNext != NULL) { //一直撸到最后
hwiForm = hwiForm->pstNext;//下一个继续撸
#endif
if (hwiForm->uwParam) {//有参数的情况
HWI_PROC_FUNC2 func = (HWI_PROC_FUNC2)hwiForm->pfnHook;//获取回调函数
if (func != NULL) {
UINTPTR *param = (UINTPTR *)(hwiForm->uwParam);
func((INT32)(*param), (VOID *)(*(param + 1)));//运行带参数的回调函数
}
} else {//木有参数的情况
HWI_PROC_FUNC0 func = (HWI_PROC_FUNC0)hwiForm->pfnHook;//获取回调函数
if (func != NULL) {
func();//运行回调函数
}
}
#ifndef LOSCFG_NO_SHARED_IRQ
}
#endif
++g_hwiFormCnt[intNum];//中断号计数器总数累加
*intCnt = *intCnt - 1; //@note_why 这里没看明白为什么要 -1
#ifdef LOSCFG_CPUP_INCLUDE_IRQ //开启查询系统CPU的占用率的中断
OsCpupIrqEnd(intNum);//记录中断处理时间完成时间
#endif
}
解读 统一中断处理函数是一个通过一个中断号去找到注册函数的过程,分四步走:
- 第一步:取号,这号是由中断控制器的
GICC_IAR
寄存器提供的,这是一个专门保存当前中断号的寄存器. - 第二步:从注册表
g_hwiForm
中查询注册函数,同时取出参数. - 第三步:执行函数,也就是回调注册函数,分有参和无参两种情况
func(...)
,在中断共享的情况下,注册函数会指向下一个注册函数pstNext
,依次执行回调函数,这是中断共享的实现细节.typedef struct tagHwiHandleForm { HWI_PROC_FUNC pfnHook; //中断处理函数 HWI_ARG_T uwParam; //中断处理函数参数 struct tagHwiHandleForm *pstNext; //节点,指向下一个中断,用于共享中断的情况 } HwiHandleForm;
- 第四步:销号,本次中断完成了就需要消除记录,中断控制器也有专门的销号寄存器
GICC_EOIR
- 另外的是一些统一数据,每次中断号处理内核都会记录次数,和耗时,以便定位/跟踪/诊断问题.
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