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]
    .endm

3.4.3 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
    .endm

3.5 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：