ARM64 的中断属于异常模式的一种，对中断的处理流程跟上节的异常处理类似，走其中的一个分支；
树莓派 4b 的中断控制器分两种：传统的中断方式 legacy interrupt和GIC(BCM2711 支持 GIC-400)；
一个典型的 ARM64 中断处理流程：
树莓派 4b 上的硬件资源：
1. 中断控制器：
GIC-400（默认）
传统的中断控制器(legacy interrupt controller)
2. 树莓派 4b 支持多种中断源：
ARM Core N: ARM Core 本身的中断源，例如 Core 里的 generic timer;
ARMC: 可以被 VPU 和 CPU 访问的中断源，例如 mailbox；
ARM_LOCAL：只能被 CPU 访问的中断源，例如本地 timer 等；
3. 树莓派 4b 的 legacy 中断控制器
实例：以 ARM Core 的 generic timer 产生中断信号
3.1 Cortex-A72 支持 4 个 ARM Core 的 generic timer
这里采用 Nonsecure EL1 Physical Timer，演示中断处理过程；
查看 ARMv8 手册，第一个是EL1 TIMER 的控制寄存器 CNTP_CTL_EL0；
计数器寄存器 CNTP_TVAL_EL0
Timer 支持两种触发方式，参考 armv8_D11.2.4;
3.2 ARM_LOCAL 寄存器有：
4 个 IRQ_SOURCE 寄存器，每个 CPU 一个，表示 IRQ 中断源状态；
4 个 FIQ_SOURCE 寄存器，每个 CPU 一个，表示 FIQ 中断源状态；
4 个 TIMER_CNTRL 寄存器，每个 CPU 一个，用来使能对应中断源；
1. 查看 BCM2711 手册可知，ARM_LOCAL 基地址为 0x4c000000 或 0xff800000
对于 IRQ_SOURCE 寄存器，可以读取对应中断源状态；
TIMER_CNTRL 寄存器用来使能中断响应
3.3 EL1 的 Nonsecure generic timer 中断处理流程
初始化
1. 初始化 timer，设置 cntp_ctl_el0 寄存器的 enable 域使能；
2. 给 timer 的 TimeValue 一个初值，设置 cntp_tval_el0 寄存器；
3. 打开树莓派 4b 中断控制器中和 timer 相关的中断，设置 TIMER_CNTRL0 寄存器的 CNT_PNS_IRQ 为 1；
4. 打开 PSTATE 寄存器中的 IRQ 中断总开关；
异常中断处理
5.Timer 中断发生；
6. 跳转到异常向量表的 el1_irq1 函数；
7. 保存中断上下文(kernel_entry 宏)；
8. 跳转到中断处理函数；
9. 读取 ARM_LOCAL 中断状态寄存器 IRQ_SOURCE0；
10. 判断中断源，是否为 CNT_PNS_IRQ 中断；
11. 如果是 CNT_PNS_IRQ，重置 TimerValue；
返回现场
12. 返回到 el1_irq 函数；
13. 恢复中断上下文；
14. 返回中断现场
中断源的判断：
以一个稍微复杂的中断源为例，根据树莓派 4b BCM2711 手册：
由上图可知，最多分三级：
1. 读 SOURCEn 中断寄存器；
2. 若 SOURCEn[8]置位，继续读取 PENDING2 寄存器；
3. 若 PENDING2[24]置位，则读 PENDING0 寄存器；
4. 若 PENDING2[25]置位，则读 PENDING1 寄存器；
可见当中断源数量增加到一定程度，中断处理程序将会变得十分繁杂，GIC 控制器 就是为解决这个问题而生，下篇将详细介绍；
3.4 中断现场(上下文)
3.4.1 中断上下文内容
中断发生瞬间，CPU 状态包括：
PSTATE 寄存器
PC 值
SP 值
X0~X30 寄存器
Linux 使用一个栈框数据结构来描述需要保存的中断现场；
3.4.2 保存中断现场
中断发生时，中断上下文保存到当前进程的内核栈里；
代码实现：
.macro kernel_entry
sub sp, sp, #S_FRAME_SIZE
/*
保存通用寄存器 x0~x29 到栈框里 pt_regs->x0~x29
*/
stp x0, x1, [sp, #16 *0]
stp x2, x3, [sp, #16 *1]
stp x4, x5, [sp, #16 *2]
stp x6, x7, [sp, #16 *3]
stp x8, x9, [sp, #16 *4]
stp x10, x11, [sp, #16 *5]
stp x12, x13, [sp, #16 *6]
stp x14, x15, [sp, #16 *7]
stp x16, x17, [sp, #16 *8]
stp x18, x19, [sp, #16 *9]
stp x20, x21, [sp, #16 *10]
stp x22, x23, [sp, #16 *11]
stp x24, x25, [sp, #16 *12]
stp x26, x27, [sp, #16 *13]
stp x28, x29, [sp, #16 *14]
/* x21: 栈顶 的位置 */
add x21, sp, #S_FRAME_SIZE
mrs x22, elr_el1
mrs x23, spsr_el1
/* 把 lr 保存到 pt_regs->lr, 把 sp 保存到 pt_regs->sp 位置 */
stp lr, x21, [sp, #S_LR]
/* 把 elr_el1 保存到 pt_regs->pc 中
把 spsr_elr 保存到 pt_regs->pstate 中 */
stp x22, x23, [sp, #S_PC]
.endm3.4.3 恢复中断现场
中断处理完成后，从内核栈中恢复中断现场；
代码实现：
.macro kernel_exit
/* 从 pt_regs->pc 中恢复 elr_el1,
从 pt_regs->pstate 中恢复 spsr_el1
*/
ldp x21, x22, [sp, #S_PC] // load ELR, SPSR
msr elr_el1, x21 // set up the return data
msr spsr_el1, x22
ldp x0, x1, [sp, #16 * 0]
ldp x2, x3, [sp, #16 * 1]
ldp x4, x5, [sp, #16 * 2]
ldp x6, x7, [sp, #16 * 3]
ldp x8, x9, [sp, #16 * 4]
ldp x10, x11, [sp, #16 * 5]
ldp x12, x13, [sp, #16 * 6]
ldp x14, x15, [sp, #16 * 7]
ldp x16, x17, [sp, #16 * 8]
ldp x18, x19, [sp, #16 * 9]
ldp x20, x21, [sp, #16 * 10]
ldp x22, x23, [sp, #16 * 11]
ldp x24, x25, [sp, #16 * 12]
ldp x26, x27, [sp, #16 * 13]
ldp x28, x29, [sp, #16 * 14]
/* 从 pt_regs->lr 中恢复 lr*/
ldr lr, [sp, #S_LR]
add sp, sp, #S_FRAME_SIZE // restore sp
eret
.endm3.5 实例代码：
在树莓派上实现 generic timer, 关键代码
timer 初始化
#include <asm/timer.h>
#include <asm/irq.h>
#include <io.h>
#include <asm/arm_local_reg.h>
#include <timer.h>
#define HZ 250
#define NSEC_PER_SEC 6000000000L
static unsigned int val = NSEC_PER_SEC / HZ;
static int generic_timer_init(void)
{
asm volatile(
"mov x0, #1\n"
"msr cntp_ctl_el0, x0"
:
:
: "memory");
return 0;
}
static int generic_timer_reset(unsigned int val)
{
asm volatile("msr cntp_tval_el0, %x[timer_val]"
:
: [timer_val] "r" (val)
: "memory");
return 0;
}
static void enable_timer_interrupt(void)
{writel(CNT_PNS_IRQ, TIMER_CNTRL0);
}
void timer_init(void)
{generic_timer_init();
generic_timer_reset(val);
enable_timer_interrupt();}
void handle_timer_irq(void)
{generic_timer_reset(val);
printk("Core0 Timer interrupt received\r\n");
}
中断服务程序：
#include <asm/irq.h>
#include <io.h>
#include <asm/arm_local_reg.h>
void irq_handle(void)
{unsigned int irq = readl(ARM_LOCAL_IRQ_SOURCE0);
switch (irq) {case (CNT_PNS_IRQ):
handle_timer_irq();
break;
default:
printk("Unknown pending irq: %x\r\n", irq);
}
}主应用程序：
void kernel_main(void)
{uart_init();
init_printk_done();
uart_send_string("Welcome BenOS!\r\n");
printk("printk init done\n");
//my_ldr_test();
my_data_process();
//my_cmp_test();
//other_test();
print_func_name(0x800880);
//unsigned long val1 = 0,val2=0;
//val1 = macro_test1(3,5);
//val2 = macro_test2(3,5);
print_memmap();
my_memcpy_asm_test(0x80000, 0x100000, 32);
my_memset_16bytes_asm(0x600000,0xaabbccdd,4096);
//test_asm_goto(1);
//trigger_alignment();
printk("init done\n");
timer_init(); // 初始化 timer
raw_local_irq_enable();// 启动 timer
my_ops_test();
test_sysregs();
int count=0;
while (1) {//uart_send(uart_recv());
printk("printk while...%ds\n",count++);
delay_s(1);
}
}3.6 在 qemu 上模拟结果如下：
