嵌入式学习的第四十八天-中断+OCP原则
一、GIC通用中断控制器
1.GIC通用中断控制器
GIC 是 ARM 公司给 Cortex-A/R 内核提供的一个中断控制器，GIC接收众多外部中断，然后对其进行处理，最终通过VFIQ、VIRQ、FIQ 和 IRQ给内核；这四个 信号的含义如下： VFIQ:虚拟快速 FIQ。 VIRQ:虚拟 IRQ。 FIQ:快速中断 IRQ。 IRQ:中断 IRQ。
2.GIC中断分类
SPI(Shared Peripheral Interrupt),共享中断， (注意！不是 SPI 总线那个中断)，这类中断泛指所有的 外设中断；
PPI(Private Peripheral Interrupt)，私有中断，我们说了 GIC 是支持多核的，每个核肯定有自己独有 的中断。这些独有的中断肯定是要指定的核心处理，因此这些中断就叫做私有中断；
SGI(Software-generated Interrupt)，软件中断，由软件触发引起的中断，通过向寄存器GICD_SGIR 写入数据来触发，系统会使用 SGI 中断来完成多核之间的通信。从图中可以明显看出，Distributor(分发器)可以分发所有共享中断给8个内核，但是私有中断和 软件中断只出现自己独自的内核中。
中断ID：中断源有很多，为了区分这些不同的中断源肯定要给他们分配一个唯一 ID，这些 ID 就 是中断 ID。每一个 CPU 最多支持 1020 个中断 ID，中断 ID 号为 ID0~ID1019。
ID0~ID15：这 16 个 ID 分配给 SGI； ID16~ID31：这 16 个 ID 分配给 PPI；ID32~ID1019：这 988 个 ID 分配给 SPI。
3.GIC的组成
由分发器 （1个）、CPU接口（几核就几个）
（1）分发器
功能：
- 全局中断使能控制；
- 控制每一个中断的使能或者关闭；
- 设置每个中断的优先级；
- 设置每个中断的目标处理器列表；
- 设置每个外部中断的触发模式：电平触发或边沿触发；
- 设置每个中 断属于组 0 还是组 1；
（2）CPU接口
功能：
- 使能或者关闭发送到 CPU Core 的中断请求信号；
- 应答中断；
- 通知中断处理完成；
- 设置优先级掩码，通过掩码来设 置哪些中断不需要上报给 CPU Core；
- 定义抢占策略；
- 当多个中断到来的时候，选择优先级最高的 中断通知给 CPU Core；
4.协处理器
总共由16个，cp0~cp15；其中最常使用的cp15
（1）作用
- 获取GIC的基地址（CBAR）
- MMU的配置（使能/禁用；SCTLR）
- cache的配置
- 监控系统性能
- 配置中断控制器（优先级、分组、使能/禁用，VBAR：设置中断向量表基地址）
- 访问寄存器（mrc读、mcr写）
- 获取或结束中断（IAR、EOIR）
（2）读写访问指令
以MRC指令为例，从CP15的某个寄存器读取数据到ARM寄存器的指令格式为：MRC{cond} p15, <opc1>, <Rt>, <CRn>, <CRm>, <opc2>cond：指令执行的条件码，就是之前我们使用过的指令条件，eq,lt什么的。如果忽略的话就表示无条件执行；p15：表示要读取的是CP15当中的某个寄存器；opc1：协处理器要执行的操作码1，其实就是一个数，要做什么将来查表；Rt：ARM 目标寄存器，读出来的数据放到哪个ARM寄存器里。CP15CRn：CP15 协处理器的目标寄存器，就是你要读取CP15的哪个寄存器(C0~C15)；CRm：协处理器中附加的目标寄存器或者源操作数寄存器，如果不需要附加信息就将CRm 设置 为 C0，否则结果不可预测。opc2：可选的协处理器特定操作码2，使用时查表。MCR与MRC类似的，只是Rt的作用变成了要写入CP15某个寄存器的值。
mrc p15 0, r0, c0, c0, 0
简单总结一下，通过 MIDR 寄存器可以获取到处理器内核信息；通过 SCTLR 寄存器可以使能或禁止 MMU、I/D Cache 等；通过 VBAR 寄存器可以设置中断向量偏移；通过CBAR 寄存器可以获取 GIC 基地址。
二、外部中断
1.设置GIC
（1）读取SCTLR，将V位置0（软件可以通过 VBAR来重新映射这个基地址）I位置1（I cache使能）
（2）通过GIC查询当前中断ID；先获取GIC基地址（CBAR）；对其进行偏移（IAR），获得中断ID，然后进入中断处理函数
2.中断服务函数
（1）中断初始化；重新定位异常向量表的位置到0x87800000；并且调用GIC_Init函数
（2）对于GPIO1->ICR2(触发方式)、GPIO1->IMR（该中断使能）在中断源初始化进行配置
（3）中断服务函数
注意：先要在相对应的中断源的初始化函数里面注册在中断向量数组中；
例子：注册完中断之后，中断发生就会调用中断服务函数
内敛函数：INLINE，定义被放在头文件中
三、OCP原则（开闭原则）
对代码扩展是开放的，对代码的修改是关闭的。
四、启动代码
.global _start
//异常向量表
//位于内存起始位置，当特定异常发生时，处理器会自动跳转到对应的地址上
_start:ldr pc, = _reset_handlerldr pc, = _undefined_handlerldr pc, = _svc_handlerldr pc, = _prefetch_handlerldr pc, = _data_abort_handlerldr pc, = _not_user_handlerldr pc, = _irq_handlerldr pc, = _fiq_handler
//异常处理程序 大多是简单的无限循环
_undefined_handler:ldr pc, = _undefined_handler
_svc_handler:ldr pc, = _svc_handler
_prefetch_handler:ldr pc, = _prefetch_handler
_data_abort_handler:ldr pc, = _data_abort_handler
_not_user_handler:ldr pc, = _not_user_handler
_fiq_handler:ldr pc, = _fiq_handler//IRQ中断处理程序_irq_handler:subs lr,lr,#4 //调整返回地址stmfd sp!,{r0-r12,lr} //保存寄存器//读取中断控制器状态mrc p15,4,r1,c15,c0,0 //获取外设基地址add r1,r1,#0x2000 //偏移到中断控制器ldr r0,[r1,#0x0C] //读取中断状态stmfd sp!,{r0,r1} //保存临时寄存器//切换到系统模式处理中断cps #0x1F //切换到系统模式stmfd sp!,{lr} //保存系统模式LRbl system_interrupt_handler //调用C中断处理函数ldmfd sp!,{lr} //恢复LR模式cps #0x12 //切换回IRQ模式//清除中断ldmfd sp!,{r0,r1} //恢复临时寄存器str r0,[r1,#0x10] //写EQIR寄存器ldmfd sp!,{r0-r12,pc}^ //恢复寄存器并返回//启动代码执行程序
_reset_handler:cpsid i //禁用中断//配置CP15系统控制寄存器mrc p15,0,r0,c1,c0,0 //读取控制寄存器bic r0,r0,#(1<<13) //清除V位(异常向量表位置)orr r0,r0,#(1<<12) //设置I位(启用指令缓存)mcr p15,0,r0,c1,c0,0 //写回控制寄存器// 设置IRQ模式栈指针cps #0x12 // 切换到IRQ模式ldr sp, =0x82000000 // 设置IRQ栈cps #0x1F // 切换到系统模式ldr sp, =0x84000000 // 设置系统栈cpsie i // 启用中断bl _init_bss // 初始化BSS段b main // 跳转到主程序b finished // 永远不会执行(冗余)
//初始化BSS段（清零）
_init_bss:ldr r0,= __bss_start // BSS段起始地址ldr r1,= __bss_end // BSS段结束地址
loop:mov r2,#0 // 清零值str r2,[r0] // 存储0到当前地址add r0,r0,#4 // 移动到下一个字cmp r0,r1 // 比较是否到达结束blt loop // 如果未结束则循环bx lrfinished:b finished