11. 基于ARM Cortex-A9中断详解_优先级_存放器

有了中断系统才可以不用一贯轮询（polling）是否有事宜发生，系统效率才得以提高。

一样平常在系统中，中断掌握分为三个部分：「模块、中断掌握器和处理器」。

个中模块常日由寄存器掌握是否使能中断和中断触发条件等；中断掌握器可以管理中断的优先级等，而处理器则由寄存器设置用来相应中断。

作为 ARM 系统中通用中断掌握器的是 GIC（Generic Interrupt Controller），目前有四个版本，V1～V4(V2最多支持8个ARM core，V3/V4支持更多的ARM core，紧张用于ARM64系统构造）。

【把稳】对付一些老的ARM处理器，比如ARM11，Cortex-A8，中断掌握器一样平常是VIC(向量中断掌握器)。

下面以GIC-400为例，它更适宜嵌入式系统，符合v2版本的GIC architecture specification。
GIC-400通过AMBA（Advanced Microcontroller Bus Architecture）片上总线连接到一个或者多个ARM处理器上。

GIC中断掌握器全局图

从上图可以看出， GIC 是联系外设中断和 CPU 的桥梁，也是各 CPU 之间中断互联的通道（也带有管理功能），它卖力检测、管理、分发中断，可以做到：

ARM CPU 对外的连接只有2 个中断： 「IRQ和FIQ」 ，相对应的处理模式分别是一样平常中断（IRQ ）处理模式和快速中断（FIQ ）处理模式。
以是GIC 末了要把中断搜集成2 条线，与CPU 对接。

GIC中断掌握器构造

分发器：卖力各个子中断使能，设置触发办法，优先级排序，分发到哪个 CPU 上； 接口：卖力总的中断的使能，状态的掩护。

分发器的紧张的浸染是检测各个中断源的状态，掌握各个中断源的行为，分发各个中断源产生的中断事宜到指定的一个或者多个CPU接口上。
虽然分发器可以管理多个中断源，但是它总是把优先级最高的那个中断要求送往CPU接口。
分发器对中断的掌握包括：

分发器可以管理多少个中断源，这些中断源用ID来标识，我们称之interrupt ID。

CPU接口紧张用于和CPU进行接口。

紧张功能包括：

key中断管理模块图

以上图为例，该图是按键产生的中断旗子暗记要到达cpu所要经由的路径。

软件中断SWI,是一条CPU指令，用以自陷一个中断。
由于软中断指令常日要运行一个切换CPU至内核态的子例程，它常被用作实现系统调用（System call）。

GIC 中断类型有3种：SGI(Software-generated interrupt)、PPI(Private peripheral interrupt )、SPI(Shared peripheral interrupt)。

常日为边沿触发和电平触发。

Note：电平触发是在高或低电平保持的韶光内触发, 而边沿触发是由高到低或由低到高这一瞬间触发；在GIC中PPI和SGI类型的中断可以有相同的中断ID。

举两个例子解释:

1）UART 吸收到一包数据，产生了一个中断给GIC，GIC可以将该中断分配给CPU0-7中任何一个处理；假设该中断分配给CPU0处理了，那么在中断处理函数里面会把吸收到的数据从UART FIFO读出。
可以想象一下，如果CPU0在读数据时，其余一个CPU也在处理该中断，适值也在读数据，那么CPU0读到的数据是不全的。
这便是1-N model中断，或者说SPI中断。

2）比如CPU0给CPU1-7发送中断，想奉告对方自己正在处理某个进程A。
这种场景下，CPU1-7都吸收到中断，都进入中断处理函数，CPU1-7获取到CPU0的信息后，在进程调度时，就可以绕开进程A，而自己调度其他进程。

注：这个例子只是解释N-N model，实际上进程调度不都全是这样的。

当GIC吸收到一个中断要求，将其状态设置为Pending。
重新产生一个挂起状态的中断不影响该中断状态。
中断处理顺序： ① GIC决定该中断是否使能，若没有被使能对GIC没有影响； ② 对付每个Pending中断，GIC决定目标处理器； ③ 对付每个处理器 ，Distributor根据它拥有的每个中断优先级信息决定最高优先级的挂起中断，将该中断通报给目标CPU Interface； ④ GIC Distributor将一个中断通报给CPU Interface后，该CPU Interface决定该中断是否有足够的优先级将中断要求发给CPU； ⑤ 当CPU开始处理该非常中断，它读取GICC_IAR应答中断。
读取的GICC_IAR获取到中断ID，对付SGI，还有源处理器ID。
中断ID被用来查找精确的中断处理程序。

GIC识别读过程后，将改变该中断的状态： a) 当中断状态变为active时，如果该中断挂起状态持续存在或者中断再次产生，中断状态将从Pending转化为pending & active b) 否则，中断状态将从pending状态变为active

⑥ 当中断完成中断处理后，它须要关照GIC处理已经完成。
这个过程称为 priority drop and interrupt deactivation： a) 总是须要向EOIR寄存器写入一个有效的值(end of interrupt register) b) 也须要接着向GICC_DIR写入值(deactivate interrupt register)

软件可以通过给每一个中断源分配优先级值来配置中断优先级。
优先级的值是个8位的无符号二进制数，GIC支持最小16和最大256的优先级级别。
如果GIC实现的优先级少于256，那么优先级字段的低阶位为RAZ/WI。
这就意味其实现的优先级字段个数范围是4～8，如下图所示：

Effect of not implementing some priority field bits

Note: 1)、如何确定优先级字段所支持的优先级位？ 通过软件往可写GICD_IPRIORITYn优先级字段写入0XFF，然后回读出该字段的值便可以确定优先级字段所支持的优先级位(由于有些位没实现是RAZ/WI) 2)、ARM 推举在检讨中断优先级范围之前先： • 对付外设中断，软件先禁用该中断 • 对付SGI，软件先检讨该中断确定为inactive

在一个active中断处理完之前，CPU interface支持发送更高优先级的挂起中断到目标处理器。
这种情形必要条件如下：

CPU interface的GICC_PMR寄存器定义了目标处理器的优先级阀值，GIC仅上报优先级高于阀值的pending中断给目标处理器。
寄存器初始值为0，屏蔽所有的中断。

下面我们来剖析FS4412开拓板的第一个中断设备按键。

key

由该电路图可得：

以下是key2与soc的连接，

key与soc的连接

可以看到key2复用了GPIX1_1这个引脚，同时该引脚还可以作为中断【XEINT9】利用。

顺便看下GPXCON寄存器的配置

GPX1CON

由上图所示，

key与soc的关系图如下图所示：

按键中断寄存器配置流程

由上图所示：

CPU处理完中断，须要打消中断，对付按键来说，有3个寄存器须要操作：

清中断

由上图所示：

前面剖析了按键连接的是GPX1_1，现在我们来看下对应的寄存器该当如何配置

将GPX1_1引脚的上拉和下拉禁止

GPX1PUD[3:2]=0b00;GPX1CON

GPX1CON

将GPX1_1引脚功能设置为中断功能

GPX1CON[7:4]=0xfEXT_INT41CON

EXT_INT41CON

配置成成低落沿触发：

EXT_INT41CON[6:4]=0x2EXT_INT41_MASK

EXT_INT41_MASK

中断使能寄存器

EXT_INT41_MASK[1]=0b0EXT_INT41_PEND 中断状态寄存器

EXT_INT41_PEND

当GPX1_1引脚吸收到中断旗子暗记，中断发生，中断状态寄存器EXT_INT41_PEND 相应位会自动置1 把稳：中断处理完成的时候，须要打消相应状态位。
置1清0.

EXT_INT41_PEND[1]=0b1【2】GIC

根据外设中断名称EINT9来查看该中断对应的GIC中掩护的HW id。
【所有的中断源在芯片厂商设计的时候都分配了唯一的一个ID，GIC通过该ID来驱动中断源】

查看芯片手册（datasheet -- 9.2表）

GIC中断源表

通过【9.2中断源表】找到和外设中断标示对应的中断掌握器中断标识（GPIO有32个可被唤醒寄存器）其对应「EINT[9]，中断ID为57」，这是非常主要的，在后面的寄存器设置中起很大浸染；

1） ICDISER使能相应中断到分配器

ICDISER

ICDISER用于使能相应中断到分配器，一个bit掌握一个中断源，一个ICDISER可以掌握32个中断源，这里INT[9] 对应的中断ID为57，以是在ICDSER1中进行设置，57/32 =1余25，以是这里在ICDISER1第25位置一。

ICDISER.ICDISER1|=(0x1<<25);//57/32=1...25取整数（那个寄存器）和余数（哪位）ICDIPTR选择CPU接口

ICDIPTR

ICDIPTR

选择cpu

ICDIPTR寄存器每8个bit 掌握一个中断源，个中CPU0可以处理160个中断源，以是须要40个寄存器。
要选择cpu0第一个bit必须是1。

设置SPI[25]/ID[57]由cpu0处理，57/4=16余1 以是选择寄存器ICDIPTR14的第2个字节[15:8]。

//SPI25interruptsaresenttoprocessor0//57/4=14..114号寄存器的[15:8]ICDIPTR.ICDIPTR14|=0x01<<8;ICDDCR使能分配器

还寄存器用于使能分配器。

ICDDCR=1；ICCPMR 优先级屏蔽寄存器，设置cpu0能处理所有的中断。
比如中断屏蔽优先级为255，该值表示优先级最低，所有的中断都能相应。

ICCPMR

CPU0.ICCPMR=0xFF;//设置cpu0中断屏蔽优先级为255最低，所有中断都能相应）ICCICR 全局使能cpu0中断处理

ICCICR

EXYNOS 4412一共有4个cpu,用4个寄存器分别来掌握4个cpu，每个寄存器的bit[0]用于全局掌握对应的cpu。
我们选择cpu0处理中断，将bit[0]置1即可。

CPU0.ICCICR|=0x1;使能中断到CPU。
ICCIAR

ICCIAR

当中断发生之后，中断的HW id值会由硬件写入到寄存器ICCIAR[9:0]中；对付SGIs来说，多处理器环境下，CPU的interface值写入到[12:10]中。

读取HW id：

intirq_num;irq_num=CPU0.ICCIAR&0x3ff;//获取中断号五、代码实现

要处理中断非常，必须安装非常向量表，非常的处理流程可以参考前面的文章《6. 从0开始学ARM-非常、非常向量表、swi》

非常向量表地址是可以修正的，比如uboot在启动的时候，会从flash中搬运代码到RAM中，而flash的非常向量表地址和ram的地址肯定不一样，以是搬运完代码后，就必须要修正对应的非常向量表地址。

修正非常向量表的地址的须要借助协处理器指令mcr：

ldrr0,=0x40008000mcrp15,0,r0,c12,c0,0@VectorBaseAddressRegister

上述命令是将地址0x40008000设置为非常向量表的地址，关于mcr指令，我们没有必要穷究，知道即可。

RAM中非常向量表地址我们选用的是0x40008000，以下是exynos4412 地址空间分布。

exynos4412 地址分布

.text.global_start_start:bresetldrpc,_undefined_instructionldrpc,_software_interruptldrpc,_prefetch_abortldrpc,_data_abortldrpc,_not_usedldrpc,=irq_handlerldrpc,_fiqreset:ldrr0,=0x40008000mcrp15,0,r0,c12,c0,0@VectorBaseAddressRegisterinit_stack://初始化栈……bmain//跳转至c的main函数irq_handler://中断入口函数sublr,lr,#4stmfdsp!,{r0-r12,lr}.weakdo_irqbldo_irqldmfdsp!,{r0-r12,pc}^stacktop:.wordstack+4512//栈顶.datastack:.space4512//栈空间

中断入口函数do_irq()

voiddo_irq(void){staticinta=1;intirq_num;irq_num=CPU0.ICCIAR&0x3ff;//获取中断号switch(irq_num){case57:printf("intheirq_handler\n");//清GPIO中断标志位EXT_INT41_PEND=EXT_INT41_PEND|((0x1<<1));//清GIC中断标志位ICDICPR.ICDICPR1=ICDICPR.ICDICPR1|(0x1<<25);break;}//清cpu中断标志CPU0.ICCEOIR=CPU0.ICCEOIR&(~(0x3ff))|irq_num;位}

实现按键中断的初始化函数key_init()：

voidkey_init(void){GPX1.CON=GPX1.CON&(~(0xf<<4))|(0xf<<4);//配置引脚功能为外部中断GPX1.PUD=GPX1.PUD&(~(0x3<<2));//关闭高下拉电阻EXT_INT41_CON=EXT_INT41_CON&(~(0xf<<4))|(0x2<<4);//外部中断触发办法EXT_INT41_MASK=EXT_INT41_MASK&(~(0x1<<1));//使能中断ICDDCR=1;//使能分配器ICDISER.ICDISER1=ICDISER.ICDISER1|(0x1<<25);//使能相应中断到分配器ICDIPTR.ICDIPTR14=ICDIPTR.ICDIPTR14&(~(0xff<<8))|(0x1<<8);//选择CPU接口CPU0.ICCPMR=255;//中断屏蔽优先级CPU0.ICCICR=1;//使能中断到CPUreturn;}六、轮询办法

除了中断办法之外我们还可以通过轮询办法读取按键的信息，事理如下：

循环检测GPX1_1引脚输入的电平，为低电压时，按键按下，为高电平时，按键抬起。
配置GPX1_1引脚功能为输入，设置内部上拉下拉禁止。

GPX1.CON=GPX1.CON&(~(0xf<<4));GPX1.PUD=GPX1.PUD&~(0x3<<2);按键消抖： 按键按下后由于机器特性，会在极短的韶光内涌现电平忽0忽1，以是我们检测到按键按下后，须要给一个延时，然后再判断按键是不是仍旧按下。
代码实现

intmain(void){led_init();pwm_init();GPX1.CON=GPX1.CON&(~(0xf<<4))|0x0<<4;while(1){if(!(GPX1.DAT&(0x1<<1)))//返回为真，按键按下{delay_ms(10);if(!(GPX1.DAT&(0x1<<1)))//二次检测，去抖{GPX2.DAT|=0x1<<7;//TurnonLED2delay_ms(500);beep_on();GPX2.DAT&=~(0x1<<7);//TurnoffLED2delay_ms(500);while(!(GPX1.DAT&(0x1<<1)));beep_off();}}}return0;}

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